发电厂及变电站气设备.docx

第9章电气设备选择

教学要求：熟悉电器和载流导体发热及电动力效应的计算；掌握电气设备的一般选择条件和具体设备选择校验的主要内容；掌握主要设备的选择条件、方法和技巧。

9.1电器和载流导体的发热

当电器和载流体通过电流时，有部分电能以不同的损耗形式转化为热能，使电器和载流体的温度升高，这就是电流的热效应。

这些电能损耗，主要是由于电器和载流体存在着电阻，通过电流时将产生电阻损耗。这部分电阻损耗，可以由焦耳—楞次定律来计算其发热量，

Q=I2Rt(J)(9-1)

式中I——通过的电流(A);

t——电流作用的时间(s);

R——电阻(Ω),如为直流电路，即为直流欧姆电阻Rd;如为交流电路，则为交流电阻

R=K.Rdc,

其中K,——集肤系数，其大小与电流的频率、导体的形状和尺寸有关。在大截面母线中，其影响

往往不可忽略。而对于绞线和空心导线，通常都可以认为K,=1。

其它的损耗还有：在电器或载流体附近的用磁性材料制成的零配件中，当电器或载流体通过交流电流时产生的磁滞和涡流损耗；用非磁性导电材料制成的零件中，由于交变磁场的作用而产生的涡流损耗；用绝缘材料制成的零件中，由于电场的作用而引起的介质损耗等。在正常情况下，这些损耗在总的能量损耗中占的比例很小，或者可以采取措施予以限制，因此通常可以忽略不计。

电器和载流体过度发热的影响主要有：

(1)机械强度下降金属材料温度升高时，会使材料退火软化，机械强度降低。例如，铝导体在长期发热时，当温度超过100℃,其抗拉强度便急剧降低。

(2)接触电阻增加导体的接触连接处，如果温度过高，接触连接表面会强烈氧化，使得接触电阻增加，温度便随着增加，因而可能导致接触处松动或烧熔。

(3)绝缘性能降低有机绝缘材料长期受到高温作用，将逐渐变脆和老化，以致绝缘材料失去弹性和绝缘性能下降，使用寿命大为缩短。

电器和载流体主要有两种发热状况，即正常工作情况下的持续发热和故障情况下的短时发热。这两种发热的过程是大不相同的，因此，对电器和载流导体也就有着不同的影响，在这两种状态下的允许发热也就有着不同的标准。

为了安全运行，必须对电器和载流体在正常工作和故障(短路)情况下的发热进行计算，保证均不超过相应的最高允许温度。

进行热力计算的目的，就是要分析在不同的发热状况下，电器或载流体可能达到的最高温度，并与允许温度相比较，以判定该电器或载流体的热稳定性能.

9.1.1正常工作情况下持续发热的热力计算

电器或载流体在未通过电流时，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，热量将逐步散失到周围介质中去。在正常工作情况下，通过的工作电流是持续的，因此，发热的过程也是持续进行的。对某一工作状况而言，在经过一段时间后，该电流所产生的全部热量将随时完全散失到周围介质中去，建立热的平衡，使电器或载流体的温度达到某一稳定值。当工作状况改变时，则热平衡被破坏，温度发生变化；再过一段时间，又能建立新的热平衡，达到另一个稳定温度。显然，在这种正常工作情况下持续发热时产生的热量，将使其温度升高所需的热量及向周围介质散失的热量相平衡。

为了便于讨论，以同一材料制成并且有相同截面的均匀导体(如母线)为例来进行分析。对于均匀导体，其持续发热的热平衡方程式是

I2Rdt=mcdθ+KA(θ-θ;)dt(9-2)

式中I——通过导体的电流(A);

R——已考虑了集肤系数的导体交流电阻(Q);K——散热系数[W/(m2·℃)];

A——导体散热表面积(m2);θ——导体温度(℃);

θ,——周围介质温度(℃);m——导体质量(kg);

c——导体比热容(W·s/kg·℃)。

导体通过正常工作电流时，导体的温度变化范围不大，可以认为电阻R、比热容c、散热系数K为常数，将式(9-2)积分，

求解得

令to=θ?-θ;、t,=θ,-θ;,To、t,分别称为导体起始和t(s)时的温升。

如果发热过程开始时，导体温度等于周围介质的温度，即θ?=θ;,则to=0,上式可以简化为

(9-3)当t→0时，导体的温升称为导体的稳定温升，即

(9-4)

由此可见，在工作电流作用下，当导体因流过电流而消耗的电功率(I2R),与散发到周围介