导体载流量和运行温度计算.ppt

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,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,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,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,2. 发热对电气设备的影响,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,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,,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Ql,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：,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：,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，称为导热导热系数,导热面积,,,物体厚度,,,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：,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 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I 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,时的载流量：,载流导体的长期发热计算举例,例1 某降压变电所10kV屋内配电装置采用裸铝母线，母线截面积为120×10(mm)2，规定容许电流I 为1905(A)配电装置室内空气温度为36℃试计算母线实际容许电流θ0 取25℃) 解：因铝母线的θw =70℃，规定的周围介质极限温度 θ0 =25℃，介质实际温度为36℃，规定容许电流I 为1905(A)利用公式可得：,正常负荷电流的发热温度的计算,式中 θ0---导体周围介质温度； θe---导体的正常最高容许温度； IF ---导体中通过的长期最大负荷电流； I‘e ---导体容许电流，为导体额定电流Ie 的修正值。

载流导体的长期发热计算举例,例2 铝猛合金管状裸母线，直径为Ф120／110（mm）,最高容许工作温度80℃时的额定载流量是2377(A)如果正常工作电流为1875(A),周围介质(空气)实际温度θ0为25℃计算管状母线的正常最高工作温度θF?(θ0e =25℃) 解：,§3.2载流导体的短时发热计算,,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 短时发热计算的目的，就是要确定导体的最高温度θh，以校验导体和电器的热稳定是否满足要求 载流导体短时发热的特点是：发热时间很短， 基本上是一个绝热过程即导体产生的热量，全都用于使导体温度升高 又因载流导体短路前后温度变化很大，电阻和比热容也随温度而变，故也不能作为常数对待一、短时发热过程,在导体短时发热过程中热量平衡的关系是，电阻损耗产生的热量应等于使导体温度升高所需的热量W／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。

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：,根据,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 等值时间法 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,短路电流非周期分量衰减很快，短路切除时间,，可以不计非周期分量的影响，,，则必须考虑,但短路切除时间,二、短路电流热效应Qk的计算,2）实用计算法。

采用近似的数值积分法，即可求出短路电流周期分量热效应为,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),短路电流热效应Qd的计算举例,例 发电机出口的短路电流I“(0)=18（kA），I（0.5）=9（kA），I（1）=7.8（kA），短路电流持续时间td=l（s），试求短路电流热效应载流导体热稳定校验举例,例 截面为150×10-6(m2)的10kV铝芯纸绝缘电缆，正常运行时温度θF 为50℃，短路电流热效应为165.8(kA2·s)，试校验该电缆能否满足热稳定要求。