第三章 常用计算的基本理论和方法.

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第三章 常用计算的基本理论和方法

§3.1 正常运行时导体载流量计算

一、概述 1. 电气设备通过电流时产生的损耗 载流导体的电阻损耗 绝缘材料内部的介质损耗 金属构件中的磁滞和涡流损耗 热量 电气设备的温度升高

一、概述 2. 发热对电气设备的影响 绝缘性能降低: 机械强度下降: 接触电阻增加: 温度升高 => 有机绝缘材料老化加快 温度升高 => 材料退火软化 接触电阻增加: 温度升高 => 接触部分的弹性元件因退火而压力降低,同时接触表面氧化,接触电阻增加,引起温度继续升高,产生恶性循环

一、概述 3. 两种工作状态时的发热 长期发热: 短时发热: 导体在正常工作状态下由工作电流产生的发热。 导体在短路工作状态下由短路电流产生的发热。 短路时发热的特点: 1o)短路电流大,发热量多 2o)时间短,热量不易散出 导体的温度迅速升高 在短路时,导体还受到很大的电动力作用,如果超过允许值,将使导体变形或损坏。

一、概述 4. 最高允许温度 正常时: 短路时: +70℃; 计及日照+80℃; 表面镀锡+85℃。 硬铝及铝锰合金+200℃; 硬铜+300℃。

二、导体的发热和散热 导体的发热: 导体电阻损耗的热量 导体吸收太阳辐射的热量 导体的散热: 导体对流散热 导体辐射散热 导体导热散热

二、导体的发热和散热 稳态时: QR+Qt=Ql+Qf QR -单位长度导体电阻损耗的热量 Qt -单位长度导体吸收的热量

二、导体的发热和散热 1. 导体电阻损耗的热量QR (W/m) (Ω/m) ρ -导体温度为20 ºC的直流电阻率Ωmm2/m αt -导体温度系数 ºC-1 θ -导体温度 ºC S -导体的截面积mm2 Kf -导体的集肤效应,导体的集肤效应系数Kf与电流的频率、导体的形状和尺寸有关。

二、导体的发热和散热 2. 导体吸收太阳辐射的热量Qt 导体的吸收率 (W/m) 太阳辐射功率密度 导体的直径

二、导体的发热和散热 3. 导体对流散热量Ql 由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程,称为对流。 b h Fl —单位长度导体散热面积,与导体尺寸、布置方式等因素有关。导体片(条)间距离越近,对流条件就越差,故有效面积应相应减小。 b h b h D

二、导体的发热和散热 3. 导体对流散热量Ql 由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程,称为对流。 αl -对流散热系数 W/(m2ºC) θ0 — 周围空气温度。 Fl -导体的散热面积

二、导体的发热和散热 3. 导体对流散热量Ql 由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程,称为对流。 (1) 自然对流散热: al — 对流散热系数。根据对流条件的不同,有不同的计算公式。 (2) 强迫对流散热: 强迫对流风向修正系数: 强迫对流散热量:

二、导体的发热和散热 4. 导体辐射散热量Qf 热量从高温物体以热射线方式传给低温物体的传播过程,称为辐射。 ε -导体材料的辐射系数 Ff —单位长度导体的辐射散热面积,依导体形状和布置情况而定。

二、导体的发热和散热 5. 导体导热散热量Qd 固体中由于晶格振动和自由电子运动,使热量由高温区传至低温区;而在气体中,气体分子不停地运动,高温区域的分子比低温区域的分子具有较高的速度,分子从高温区运动到低温区,便将热量带至低温区。这种传递能量的过程,称为导热。 导热面积 导热系数 物体厚度

三、导体载流量的计算 1. 导体的温升过程 dt时间内 (J/m) I-流过导体的电流A R-导体的电阻Ω m-导体的质量kg 1. 导体的温升过程 dt时间内 (J/m) I-流过导体的电流A R-导体的电阻Ω m-导体的质量kg c-导体的比热容J/(kg ºC)

三、导体载流量的计算 1. 导体的温升过程 对应时间t内的温升 当时间t很长,温升趋于稳定值 令

三、导体载流量的计算 2. 导体的载流量 导体的载流量 考虑到日照影响:

三、导体载流量的计算 2. 导体的载流量 为提高导体的载流量,应采用电阻率小的材料。 导体的形状不同,散热面不同。 2. 导体的载流量 为提高导体的载流量,应采用电阻率小的材料。 导体的形状不同,散热面不同。 导体的布置方式不同,散热效果不同。