载流导体的发热幻灯片.ppt

载流导体的发热载流导体的发热第1页，共29页，编辑于2022年，星期三导体和电器在运行中常遇到两种工作状态：(1)正常工作状态;(2)短路工作状态导体正常工作时将产生各种损耗，包括：电阻损耗；涡流和磁滞损耗；介质损耗。这些损耗变成热能使导体的温度升高，以致使材料的物理性能和化学性能变坏。3.1 载流导体的发热第2页，共29页，编辑于2022年，星期三发热对导体和电器产生的不良影响包括：1)机械强度下降 2)接触电阻增加 3)绝缘性能降低第3页，共29页，编辑于2022年，星期三导体最高允许温度的规定导体最高允许温度的规定:导体的导体的正常最高正常最高允许温度允许温度：一般不超过+70。在计及太阳辐射(日照)的影响时，钢芯铝绞线及管形导体，可按不超过+80来考虑。当导体接触面处有镀(搪)锡的可靠覆盖层时，可提高到+85。短时最高短时最高允许温度：允许温度：对硬铝及铝锰合金可取220，硬铜可取320。第4页，共29页，编辑于2022年，星期三3.1.1 导体的长期发热导体的长期发热式中：式中：l0-导体周围介质温度；导体周围介质温度；l-导体的温度；导体的温度；l I-导体中通过的负荷电流；导体中通过的负荷电流；ls-导体的起始温度；导体的起始温度；l-导导体散体散热热系数；系数；l A-导导体散体散热热面面积积第5页，共29页，编辑于2022年，星期三导体的安全载流量导体的安全载流量式中：式中：l-导导体散体散热热系数；系数；l A-导导体散体散热热面面积积lal-导体长期发热最高允许温度；导体长期发热最高允许温度；l Ial-允许载流量；允许载流量；第6页，共29页，编辑于2022年，星期三对于电气设备，按照一定的标准使用条件，给出了允许的最大工作电流。当周围介质温度与标准条件不同时，导体的安全载流量应加以修正，温度修正系数可按下式进行修正第7页，共29页，编辑于2022年，星期三3.1.2 导体的短时发热导体的短时发热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。第8页，共29页，编辑于2022年，星期三第9页，共29页，编辑于2022年，星期三一、短时发热过程一、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。式中：式中：l tk-短路切除短路切除时间时间；l Ak，Aw 与与导导体的材料有关，材料一定体的材料有关，材料一定时为时为常数。常数。第10页，共29页，编辑于2022年，星期三铜、铝、钢三种材料的铜、铝、钢三种材料的 曲线曲线第11页，共29页，编辑于2022年，星期三代表短路全电流全电流在其存在时间内的热效应。求得短路电流热效应值后，就可根据 曲线查的导体短路时的最高温度。第12页，共29页，编辑于2022年，星期三二、二、Qk的计算的计算式中：式中：l Qp-短路周期短路周期电电流流热热效效应应；l Qnp-短路短路电电流非周期分量流非周期分量热热效效应应。第13页，共29页，编辑于2022年，星期三1）短路电流周期分量热效应2）短路电流非周期分量热效应第14页，共29页，编辑于2022年，星期三短路点 T(s)td0.1td0.1 发电机出口及母线0.150.2 发电厂升高电压母线及出线 0.08 0.1 变电所各级电压母线及出线 0.05 非周期分量等效时间非周期分量等效时间Ta第15页，共29页，编辑于2022年，星期三三、短路时导体允许的最小截面三、短路时导体允许的最小截面计及集肤效应，与导体形状有关Kf与导体截面形状有关。第16页，共29页，编辑于2022年，星期三3.2 导体的电动力计算 载流导体处在磁场中将受到电磁作用力。在配电装置中，许多地方都存在着电磁作用力。短路电流产生的电磁力称为电动力效应。短路电流数值很大，产生的电动力也非常大，足以使电气设备和载流导体产生变形或破坏。第17页，共29页，编辑于2022年，星期三3.2.1 两平行导体通过电流时的电动力两平行导体通过电流时的电动力式中：式中：l Kx-导导体截面形状系数体截面形状系数 受邻近效应的影响，实际电流il 和i2并非在轴线而是向导体截面外侧排挤，电流在导体截面上分布不均匀。所以在公式中应引入一个形状系数。第18页，共29页，编辑于2022年，星期三3.2.2 三平行导体通过电流时的电动力三平行导体通过电流时的电动力第19页，共29页，编辑于2022年，星期三 最大电动力出现在短路发生后的半个周期；今后在设计水平布置的三相平行载流导体时，以B相所受最大电动力作为验算机械强度的依据。第20页，共29页，编辑于2022年，星期三3.2.3 三相导体的共振三相导体的共振 母线作为一个弹性振动系统，具有固有振动频率。如果短路电动力中的工频分量和二倍工频分量工频分量和二倍工频分量的频率与母线固有频率相等或接近，母线将产生共振(强迫振动)。振动时的位移在两支点中间就是挠度挠度，挠度越大，母线材料所受弯曲应力越大，超过容许极限应力时母线将变形损坏。第21页，共29页，编辑于2022年，星期三l 先计算系统的固有频率；设计时应使母线的固有频率避开某段频率范围（查表）l 不能避开的话，应力计算时计及共振修正系数第22页，共29页，编辑于2022年，星期三3.3 母线的选择 母线材料、截面形状和布置方式；母线截面尺寸；电晕；热稳定；动稳定；共振频率。按正常工作条件按正常工作条件按故障条件按故障条件第23页，共29页，编辑于2022年，星期三3.3.1 母线材料、截面形状和布置方式母线材料、截面形状和布置方式 母线一般采用导电率高的母线一般采用导电率高的铝、铜铝、铜型材制成。型材制成。常用的硬母线截面形状为常用的硬母线截面形状为矩形、槽形和管形矩形、槽形和管形。母线的散热条件和机械强度与母线的布置方式有关。母线的散热条件和机械强度与母线的布置方式有关。第24页，共29页，编辑于2022年，星期三3.3.2 母线截面选择母线截面选择 按最大长期工作电流选择按最大长期工作电流选择 按经济电流密度选择按经济电流密度选择第25页，共29页，编辑于2022年，星期三第26页，共29页，编辑于2022年，星期三3.3.3 校验校验 电晕校验 发热校验(如果按经济电流密度选择）第27页，共29页，编辑于2022年，星期三 热稳定校验（硬母线）动稳定校验（硬母线）第28页，共29页，编辑于2022年，星期三 母线受到的应力 当应力不满足要求时，可以减小跨距第29页，共29页，编辑于2022年，星期三