变电工程设计 电气设备发热和电动力计算

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1、张长利教授王立舒副教授东北农业大学网络学院E-mail:wanglishu@neau.edu.cn变电工程设计第5章电气设备的发热和电动力计算§5-1载流导体的发热导体和电器在运行中常遇到两种工作状态：(1)正常工作状态——指运行参数都不超过额定值，电气设备能够长期经济地工作的状态。(2)短路工作状态——当电力系统中发生短路故障时，电气设备要流过很大的短路电流，在短路故障被切除前的短时间内，电气设备要承受短路电流产生的发热和电动力的作用。导体正常工作时将产生各种损耗，包括：电阻损耗（铜损）；介质损耗；涡流和磁滞损耗（铁损）。这些损耗变成热能使导体的温度升高，以致使材料的物理性

2、能和化学性能变坏。一、导体的发热和散热1.发热电流通过载流导体时电能以热能的形式产生损耗，其中一部分散失到周围介质中，一部分使导体本身温度升高。式中I——通过载流导体的电流，AR――导体的电阻，Ωm——导体质量，㎏，m=γsLρm——导体材料的密度，㎏/m32.散热散热的过程实质是热量的传递过程，其形式一般有三种:（1）传导。使热量由高温区传至低温区。（2）对流。在气体中，各部分气体发生相对位移将热量带走的过程。（3）辐射。热量从高温以热射线方式传至低温物体的传播过程。载流导体的发热电气设备由正常工作电流引起的发热称为长期发热，由短路电流引起的发热称为短时发热。发热不仅消耗能

3、量，而且导致电气设备的温度升高，从而产生不良的影响。发热对导体和电器产生的不良影响包括：(1)机械强度下降(2)接触电阻增加(3)绝缘性能降低为了保证导体可靠地工作，必须使其发热温度不得超过一定数值，这个限值叫做最高允许温度。二、导体最高允许温度的规定导体的正常最高允许温度一般不超过+70℃。在计及太阳辐射(日照)的影响时，钢芯铝绞线及管形导体，可按不超过+80℃来考虑。当导体接触面处有镀(搪)锡的可靠覆盖层时，可提高到+85℃。短时最高允许温度对硬铝及铝锰合金可取220℃，硬铜可取320℃。§5.2载流导体的长期发热一、导体的温升过程二、导体的载流量三、提高导体载流量的措施

4、一、导体的温升过程导体在未通过电流时，其温度和周围介质温度相同。当通过电流时，由于发热，使温度升高，并因此与周围介质产生温差，热量将逐渐散失到周围介质中去。在正常工作情况下，导体通过的电流是持续稳定的，因此经过一段时间后，电流所产生的全部热量将随时完全散失到周围介质中去，即达到发热与散热的平衡，使导体的温度维持在某一稳定值。当工作状况改变时，热平衡被破坏，导体的温度发生变化；再过一段时间，又建立新的热平衡，导体在新的稳定温度下工作。所以，导体温升过程也是一个能量守恒的过程。从均匀导体持续发热时温升与时间的关系式看出：（1）温升过程是按指数曲线变化，开始阶段上升很快，随着时间的

5、延长，其上升速度逐渐减小。（2）对于某一导体，当通过的电流不同，发热量不同，稳定温升也就不同。电流大时，稳定温升高；电流小时，稳定温升低。（3）大约经过（3～4）T的时间，导体的温升即可认为已趋近稳定温升τW。二、导体的载流量导体长期通过电流Ⅰ时,稳定温升为。由此可知：导体的稳定温升，与电流的平方和导体材料的电阻成正比，而与总换热系数和换热面积成反比。导体允许的长期工作电流为：式中，，称为导体载流量的修正系数。三、提高导体载流量的措施在工程实践中，为了保证配电装置的安全和提高经济效益，应采取措施提高导体的载流量。常用的措施有：（1）减小导体的电阻。因为导体的载流量与导体的电阻

6、成反比，故减小导体电阻可以有效的提高导体载流量。减小导体电阻的方法：①采用电阻率ρ小的材料作导体，如铜、铝合金等；②减小导体的接触电阻（Rj）；③增大导体的截面积(S),但随着截面积的增加，往往集肤系数(Kf)也跟着增加，所以单条导体的截面积不宜做得过大，如矩形截面铝导体，单条导体的最大截面积不超过1250mm2。（2）增大有效散热面积。导体的载流量与有效散热表面积（F）成正比，所以导体宜采用周边最大的截面形式，如矩形截面、槽形截面等，并采用有利于增大散热面积的方式布置，如矩形导体竖放。提高导体载流量的措施（3）提高换热系数。提高换热系数的方法主要有：①加强冷却。如改善通风条

7、件或采取强制通风，采用专用的冷却介质，如SF6气体、冷却水等；②室内裸导体表面涂漆。利用漆的辐射系数大的特点，提高换热系数，以加强散热，提高导体载流量。表面涂漆还便于识别相序。正常负荷电流的发热温度的计算式中θ0---导体周围介质温度；θe---导体的正常最高容许温度；IF---导体中通过的长期最大负荷电流；I‘e---导体容许电流，为导体额定电流Ie的修正值。导体额定电流Ie的修正当周围介质的温度θ0不等于规定的周围介质极限温度θ0e时，应将导体额定电流Ie乘以修正系数Kl。当实际并列敷设的电缆根数不