03 01 正常运行时导体载流量计算整理.ppt

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 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 一、概述 绝缘性能降低： 温度升高 = 有机绝缘材料老化加快 机械强度下降： 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 长期发热： 导体在正常工作状态下由工作电流产生的发热。 短时发热： 导体在短路工作状态下由短路电流产生的发热。 一、概述 正常时： +70℃； 计及日照+80℃； 表面镀锡+85℃。 短路时： 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 二、导体的发热和散热 二、导体的发热和散热 由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程，称为对流。 二、导体的发热和散热 由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程，称为对流。 二、导体的发热和散热 由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程，称为对流。 二、导体的发热和散热 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。 二、导体的发热和散热 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。 三、导体载流量的计算 什么叫导体的载流量？ 导体长期允许通过电流。 为什么要计算导体载流量？ 因为导体通过电流时，导体发热，温度升高。通过电流越大，发热量越多，温度升得越高，可能超过允许值。 三、导体载流量的计算 导体的发热： 导体的散热： 热平衡方程： 在dt时间内， 三、导体载流量的计算 导体通过正常工作电流时，其温度变化范围不大，因此，R、c、a可视为常数。 三、导体载流量的计算 对上式进行积分，当时间由0→t时，温度从开始温度θk上升至相应温度θ， 三、导体载流量的计算 设开始温升为τk =θk –θ0，对应于时间 t 的温升为τ =θ –θ0，代入上式， 三、导体载流量的计算 三、导体载流量的计算 当时间t→∞时，导体的温升趋于稳定值τw 三、导体载流量的计算 导体升温过程表达式 三、导体载流量的计算 导体长期通过电流 I 时，稳定温升为 三、导体载流量的计算 提高导体载流量的措施： ① 采用电阻率小的材料，如铝、铝合金等； ② 采用表面积较大的形状，如矩形、槽形； ③ 采用散热效果最佳的方式，如矩形导体竖放。 * * 1. 电气设备通过电流时产生的损耗 热量 电气设备的温度升高 2. 发热对电气设备的影响 3. 两种工作状态时的发热 1o）短路电流大，发热量多 2o）时间短，热量不易散出 短时发热的特点： 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。 导体的温度迅速升高 4. 最高允许温度 1. 导体电阻损耗的热量QR （W/m） （Ω/m） 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。 2. 导体吸收太阳辐射的热量Qt （W/m） 太阳辐射功率密度 导体的吸收率 导体的直径 3. 导体对流散热量Ql 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 b b b h b b b b D 3. 导体对流散热量Ql θW — 导体温度； θ0 — 周围空气温度。 (1) 自然对流散热： 3. 导体对流散热量Ql 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： 4. 导体辐射散热量Qf 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。 5. 导体导热散热量Qd 导热系数 导热面积 物体厚度 高温区温度 低温区温度 1. 导体的温升过程 用于导体升温 1. 导体的温升过程 1. 导体的温升过程 1. 导体的温升过程 1. 导体的温升过程 1. 导体的温升过程 令 ——导体的热时间常数 导体升温过程表达式 1. 导体的温升过程 导体温升变化曲线 t τ 2. 导体的载流量 则导体的载流量为 2. 导体的载流量 例3-1 *