大学课件 发电厂电气 导体载流量和运行温度计算

第三章常用计算的基本理论和方法§3.1导体载流量和运行温度计算一、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、概述为保证导体可靠工作，发热温度不超过限值正常时：一般不超过+70℃；计及日照+80℃；表面镀锡+85℃；表面有银的覆盖层+95℃.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tacf[1(20)]WdcfRRKKS（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。t—20°C时的电阻温度系数W—导体的运行温度S—导体的截面积—导体温度为20°C时的直流电阻率2/mmm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对太阳照射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。bh11000hA21000bA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。(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。对流条件不同，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空气导热系数努谢尔特准则数，表征对流散热强度二、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。4.导体辐射散热量Qff404wf10027310027373.5FQ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。—导体材料的相对辐射系数二、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和低温区温度三、导体载流量的计算1．导体的温升过程RIQ2R导体的散热：导体的发热：FQQQQQ)(0wwfldfl导体的温度由最初温度开始上升，经过一段时间后达到稳定温度省略掉传导工程上将辐射散热量表示成与对流散热量相似的计算形式。w—总散热系数；F—总散热面积。三、导体载流量的计算cflRQQQQ热平衡方程：cQ—导体本身温度升高所需的热量2wdddIRtFtmcI为流过导体的电流(A)，在t时刻导体的运行温度为其温升为在dt时间内，有w0wm为单位长度导体的质量，c为导体的热容比W—总散热系数；F—总散热面积。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、aw可视为常数。则有2w[]ddIRFtmc2wddmctIRF2w2ww1d[]mcIRFFIRF三、导体载流量的计算设t=0，初始温度当时间由0→t时，温升由，对上式进行积分k2w2ww01dd[]tmctIRFFIRF2w2wwlnkIRFmctFIRF解得：0kkktmcFeFRIFRIwkw2w2tmcFeFRIFRIw][kw2w2tmcFtmcFeFeRIFwwkw2w1tmcFtmcFeeFRIwwkw21w当时间t→∞时，导体的温升趋于稳定值故稳定温升为wFRIw2w三、导体载流量的计算令FmcTwr—导体的热时间常数。则有三、导体载流量的计算rrkw1TtTteew此即导体升温过程表达式。上式说明，升温的过程按指数曲线变化，大约经过(3~4)Tr时间，便趋近稳定温升tτr1wTterkTte三、导体载流量的计算2.导体的载流量导体长期通过电流I时，稳定温升为得：FRIw2wFRIww2flQQ则导体的载流量为RQQQRQQRFItflfl0ww)(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。计及日照例题3-13-6