第三章 常用计算的基本理论和方法.

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1 第三章 常用计算的基本理论和方法

2 §3.1 正常运行时导体载流量计算

3 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

4 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

5 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。

6 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℃。

7 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

8 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

9 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。

10 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

11 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

12 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

13 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：

14 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。

15 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

16 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）

17 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

18 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：

19 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。