华北电力大学发电厂电气部分内部课件(考研期末考试必备)03-01-正常运行时导体载流量计算

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载流导体的电阻损耗②绝缘材料内部的介质损耗③金属构件中的磁滞和涡流损耗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一、概述①绝缘性能降低：温度升高=有机绝缘材料老化加快②机械强度下降：温度升高=材料退火软化③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2.发热对电气设备的影响一、概述①长期发热：导体在正常工作状态下由工作电流产生的发热。②短时发热：导体在短路工作状态下由短路电流产生的发热。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℃。4.最高允许温度二、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1.导体电阻损耗的热量QRac2WRRIQftac)]20(1[KSRW（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。二、导体的发热和散热2.导体吸收太阳辐射的热量QtDAEQttt（W/m）太阳辐射功率密度导体的吸收率导体的直径二、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。l0Wll)(FQ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。bh10001hA10002bAbhbb21211l435.22mm10mm8mm6AAAAAFb，当)(443mm10mm82121lAAAAFb，当bhbbbb)(221lAAFDFlD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。3.导体对流散热量Qll0Wll)(FQθW—导体温度；θ0—周围空气温度。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。(1)自然对流散热：35.00Wl)(5.13.导体对流散热量Qll0Wll)(FQ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：DNul强迫对流风向修正系数：nBA)(sin强迫对流散热量：DBADNQnu])(sin)[(0Wl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。f404Wf10027310027373.5FQ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。21ddFQ导热系数导热面积物体厚度高温区温度低温区温度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，1.导体的温升过程RIQ2RdflQQQflRQQQw0ww2dd)(dmctFtRIflQQF)(0wWcQ用于导体升温三、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。1.导体的温升过程w0ww2dd)(dmctFtRIw0ww2dd)]([mctFRIw0ww2d)(dFRImct)](d[)(10ww20ww2wFRIFRIFmc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，1.导体的温升过程)](d[)(1d0ww20ww2wFRIFRIFmctk)](d[)(1d0ww20ww2w0FRIFRIFmctt)()(ln0kw20w2wFRIFRIFmct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，1.导体的温升过程)()(ln0kw20w2wFRIFRIFmctkw2w2wlnFRIFRItmcFtmcFeFRIFRIwkw2w2tmcFeFRIFRIw][kw2w2三、导体载流量的计算1.导体的温升过程tmcFeFRIFRIw][kw2w2tmcFtmcFeFeRIFwwkw2w1tmcFtmcFeeFRIwwkw21三、导体载流量的计算当时间t→∞时，导体的温升趋于稳定值τw1.导体的温升过程tmcFtmcFeeFRIwwkw21FRIw2w令——导体的热时间常数FmcTwrrrkw1TtTtee导体升温过程表达式三、导体载流量的计算导体升温过程表达式1.导体的温升过程rrkw1TtTtee导体温升变化曲线tτr1wTterkTtewk三、导体载流量的计算导体长期通过电流I时，稳定温升为2.导体的载流量FRIw2wFRIww2flQQ则导体的载流量为RFI)(0wwRQQflRQQQtfl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。2.导体的载流量RQQQRQQRFItflfl0ww)(例3-1