01导体载流量和运行温度计算资料.ppt

第三章第三章 常用计算的基本理论和常用计算的基本理论和方法方法§3.1 导体载流量和运行温度计算导体载流量和运行温度计算 一、概述一、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、概述一、概述①绝缘性能降低：n温度升高 => 有机绝缘材料老化加快②机械强度下降：n温度升高 => 材料退火软化③接触电阻增加：n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发热对电气设备的影响一、概述一、概述①长期发热：n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：n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、概述一、概述n正常时：n+70℃；n计及日照+80℃；n表面镀锡+85℃。

n短路时：n硬铝及铝锰合金+200℃；n硬铜+300℃4. 最高允许温度最高允许温度二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热n导体的发热：n导体电阻损耗的热量n导体吸收太阳辐射的热量n导体的散热：n导体对流散热n导体辐射散热n导体导热散热二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热1. 导体电阻损耗的热量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二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热2. 导体吸收太阳辐射的热量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 二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热3. 导体对流散热量导体对流散热量Qln由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程，称为对流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bhbhbbbhbbbbD二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热n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. 导体对流散热量导体对流散热量QlθW — 导体温度；θ0 — 周围空气温度。

二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热n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：自然对流散热：3. 导体对流散热量导体对流散热量Qlal — 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：强迫对流散热：强迫对流风向修正系数：强迫对流散热量：二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热4. 导体辐射散热量导体辐射散热量Qfn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、导体的发热和散热二、导体的发热和散热5. 导体导热散热量导体导热散热量Qdn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，称为导热导热系数导热面积物体厚度三、导体载流量的计算三、导体载流量的计算导体长期发热过程中的热量平衡关系为导体长期发热过程中的热量平衡关系为：用一个总散热系数来代替两种散热的作用可得导体稳定温度和空气温度下的容许电流值，上式将限制导体长期工作电流的条件从温度转化为电流。

上式将限制导体长期工作电流的条件从温度转化为电流我国生产的各类导体截面已标准化，有关部门已经计算出载流量，选用导体时只需查表即可导体额定电流导体额定电流I 的修正的修正当实际环境温度与额定环境温度不同时，应对导体的载流量进行修正两式两边相除，得出实际环境温度为实际环境温度为时的载流量时的载流量：载流导体的长期发热计算举例例例1 某降压变电所某降压变电所10kV屋内配电装置采用裸铝母线，屋内配电装置采用裸铝母线，母线截面积为母线截面积为120×10(mm)2，，规定容许电流规定容许电流I 为为1905(A)配电装置室内空气温度为配电装置室内空气温度为36℃℃试计算母线实际容许电流母线实际容许电流θ0 取取25℃℃) 解：因铝母线的解：因铝母线的θw =70℃℃，，规定的周围介质极限温规定的周围介质极限温度度 θ0 =25℃℃，，介质实际温度为介质实际温度为36℃℃，规定容许电，规定容许电流流I 为为1905(A)利用公式可得：利用公式可得：正常负荷电流的发热温度的计算 n式中式中θθ0 0------导体周围介质温度；导体周围介质温度；θθe e------导导体体的的正正常常最最高高容容许许温度；温度；I IF F ------导导体体中中通通过过的的长长期期最最大负荷电流；大负荷电流；I I‘‘e e --- ---导体容许电流，为导体容许电流，为导体额定电流导体额定电流I Ie e 的修正的修正值。

值 载流导体的长期发热计算举例例例2 铝猛合金管状裸母线，直径为铝猛合金管状裸母线，直径为Ф120／／110（（mm））,最高容许工作温度最高容许工作温度80℃℃时的额定载流时的额定载流量是量是2377(A)如果正常工作电流为如果正常工作电流为1875(A),周围周围介质介质(空气空气)实际温度实际温度θ0为为25℃℃计算管状母线的正计算管状母线的正常最高工作温度常最高工作温度θF?(θ0e =25℃℃) 解：解：§3.2载流导体的短时发热计算载流导体的短时发热计算 n载流导体的短时发热，是指短路开始至短路切除为止载流导体的短时发热，是指短路开始至短路切除为止很短一段时间内导体发热的过程很短一段时间内导体发热的过程 n短时发热计算的目的，就是要确定导体的最高温度短时发热计算的目的，就是要确定导体的最高温度θθh h，，以校验导体和电器的热稳定是否满足要求以校验导体和电器的热稳定是否满足要求n载载流流导导体短体短时发热时发热的特点是：的特点是：发热时间发热时间很短，很短， 基本上基本上是一个是一个绝热过绝热过程即导导体体产产生的生的热热量，全都用于使量，全都用于使导导体温度升高。

体温度升高n又因又因载载流流导导体短路前后温度体短路前后温度变变化很大，化很大，电电阻和比阻和比热热容容也随温度而也随温度而变变，故也不能作，故也不能作为为常数常数对对待 一、短时发热过程 在在导导体体短短时时发发热热过过程程中中热热量量平平衡衡的的关关系系是是，，电电阻阻损损耗产生的热量应等于使导体温度升高所需的热量耗产生的热量应等于使导体温度升高所需的热量 (W(W／／m)m)电阻损耗产生的热量＝导体的吸热量短时发热过程中，导体的电阻和比热容与温度的函数关系为：由热量平衡微分方程得将代入得整理得：对两边积分，时间从0（短路开始）到 （短路切除），温度对应从（导体短路开始温度）到（通过短路电流发热后最高温度），令称为短路电流热效应称为短路电流热效应和　曲线，见书图具有相同的函数关系，与导体的材料和温度有关，有关部门给出常用材料的铜、铝、钢三种材料的Aθ=f(θ)曲线 短路终了时的Ａ值：短路终了时的Ａ值：根据根据曲线计算短时发热最高温度的方法曲线计算短时发热最高温度的方法：由短路开始温度（通常取正常运行时最高允许温度），查出对应的如已知短路电流热效应 则计算出再由查出短路终了温度，即短时发热最高温度。

如果该值小于所规定的导体短时发热允许温度，导体不会因短时发热而损坏，称之满足热稳定要求短路电流热效应工程上常采用近似计算法来计算短路电流热效应1)等等值时间法法利用曲线面积代表导体在短路过程终所发出的热量，导体的电流始终是稳态短路电流 ，短路电流发热等值时间，则短路电流热效应积分式子转化成：二、短路电流热效应Qk的计算短路电流是由短路电流周期分量和非周期分量短路电流发热等值时间也分为两部分：短路电流周期分量发热等值时间和短路电流非周期分量发热等值时间周期分量等值时间和短路切除时间以及短路衰减特性相关组成，为短路电流周期分量0s值周期分量等值时间曲线　见书表　　　　　非周期分量等值时间　　　　短路　　　短路电流非周期分量衰减很快，短路切除流非周期分量衰减很快，短路切除时间，可以不，可以不计非周期分量的影响，非周期分量的影响，，，则必必须考考虑但短路切除时间但短路切除时间二、短路电流热效应Qk的计算2 2）实用计算法实用计算法采采用用近近似似的的数数值值积积分分法法，，即即可可求求出出短短路路电电流流周周期期分分量量热热效应为效应为 周期分量热效应非周期分量热效应非周期分量等效时间T(s)短路点短路点 T(s)T(s) t td d≤0.1≤0.1t td d>0.1>0.1 发电机出口及母线发电机出口及母线发电机电压电抗器后发电机电压电抗器后 0.150.150.20.2 发电厂升高电压发电厂升高电压母线及出线母线及出线 0.080.08 0.10.1 变电所各级电压变电所各级电压母线及出线母线及出线 0.050.05 短路电流热效应Qd的计算举例 例例 发发 电电 机机 出出 口口 的的 短短 路路 电电 流流I I““(0)(0)=18=18（（ kAkA）） ，，I I（（0.50.5））=9=9（（kAkA）），，I I（（1 1））=7.8=7.8（（kAkA）），，短短路路电电流流持持续续时时间间t td d=l=l（（s s），），试求短路电流热效应。

试求短路电流热效应 + 载流导体热稳定校验举例 例例 截截面面为为150×10150×10-6-6(m(m2 2) )的的10kV10kV铝铝芯芯纸纸绝绝缘缘电电缆缆，，正正常常 运运 行行 时时 温温 度度θθF F 为为 50℃50℃，， 短短 路路 电电 流流 热热 效效 应应 为为165.8(kA165.8(kA2 2·s)·s)，，试校验该电缆能否满足热稳定要求试校验该电缆能否满足热稳定要求。