01導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算資料

第三章常用計(jì)算的基本理論和方法§3.1導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算

一、概述載流導(dǎo)體的電阻損耗絕緣材料內(nèi)部的介質(zhì)損耗金屬構(gòu)件中的磁滯和渦流損耗1.電氣設(shè)備通過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生的損耗熱量電氣設(shè)備的溫度升高一、概述絕緣性能降低：溫度升高=>有機(jī)絕緣材料老化加快機(jī)械強(qiáng)度下降：溫度升高=>材料退火軟化接觸電阻增加：溫度升高=>接觸部分的彈性元件因退火而壓力降低，同時(shí)接觸表面氧化，接觸電阻增加，引起溫度繼續(xù)升高，產(chǎn)生惡性循環(huán)2.發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響一、概述長(zhǎng)期發(fā)熱：導(dǎo)體在正常工作狀態(tài)下由工作電流產(chǎn)生的發(fā)熱。短時(shí)發(fā)熱：導(dǎo)體在短路工作狀態(tài)下由短路電流產(chǎn)生的發(fā)熱。3.兩種工作狀態(tài)時(shí)的發(fā)熱1o）短路電流大，發(fā)熱量多2o）時(shí)間短，熱量不易散出短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)：在短路時(shí)，導(dǎo)體還受到很大的電動(dòng)力作用，如果超過(guò)允許值，將使導(dǎo)體變形或損壞。導(dǎo)體的溫度迅速升高一、概述正常時(shí)：+70℃；計(jì)及日照+80℃；表面鍍錫+85℃。短路時(shí)：硬鋁及鋁錳合金+200℃；硬銅+300℃。4.最高允許溫度二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體的發(fā)熱：導(dǎo)體電阻損耗的熱量導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射的熱量導(dǎo)體的散熱：導(dǎo)體對(duì)流散熱導(dǎo)體輻射散熱導(dǎo)體導(dǎo)熱散熱二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱1.導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR（W/m）（Ω/m）導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)Kf與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱2.導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射的熱量Qt（W/m）太陽(yáng)輻射功率密度導(dǎo)體的吸收率導(dǎo)體的直徑二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3.導(dǎo)體對(duì)流散熱量Ql由氣體各部分發(fā)生相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程，稱為對(duì)流。Fl—單位長(zhǎng)度導(dǎo)體散熱面積，與導(dǎo)體尺寸、布置方式等因素有關(guān)。導(dǎo)體片（條）間距離越近，對(duì)流條件就越差，故有效面積應(yīng)相應(yīng)減小。bhbhbbbhbbbbD二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱由氣體各部分發(fā)生相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程，稱為對(duì)流。3.導(dǎo)體對(duì)流散熱量QlθW—導(dǎo)體溫度；θ0

—

周圍空氣溫度。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱由氣體各部分發(fā)生相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程，稱為對(duì)流。(1)自然對(duì)流散熱：3.導(dǎo)體對(duì)流散熱量Qlal—對(duì)流散熱系數(shù)。根據(jù)對(duì)流條件的不同，有不同的計(jì)算公式。(2)強(qiáng)迫對(duì)流散熱：強(qiáng)迫對(duì)流風(fēng)向修正系數(shù)：強(qiáng)迫對(duì)流散熱量：二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱4.導(dǎo)體輻射散熱量Qf熱量從高溫物體以熱射線方式傳給低溫物體的傳播過(guò)程，稱為輻射。Ff—單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的輻射散熱面積，依導(dǎo)體形狀和布置情況而定。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱5.導(dǎo)體導(dǎo)熱散熱量Qd固體中由于晶格振動(dòng)和自由電子運(yùn)動(dòng)，使熱量由高溫區(qū)傳至低溫區(qū)；而在氣體中，氣體分子不停地運(yùn)動(dòng)，高溫區(qū)域的分子比低溫區(qū)域的分子具有較高的速度，分子從高溫區(qū)運(yùn)動(dòng)到低溫區(qū)，便將熱量帶至低溫區(qū)。這種傳遞能量的過(guò)程，稱為導(dǎo)熱。導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱面積物體厚度三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱過(guò)程中的熱量平衡關(guān)系為：用一個(gè)總散熱系數(shù)來(lái)代替兩種散熱的作用可得導(dǎo)體穩(wěn)定溫度和空氣溫度下的容許電流值，上式將限制導(dǎo)體長(zhǎng)期工作電流的條件從溫度轉(zhuǎn)化為電流。我國(guó)生產(chǎn)的各類導(dǎo)體截面已標(biāo)準(zhǔn)化，有關(guān)部門已經(jīng)計(jì)算出載流量，選用導(dǎo)體時(shí)只需查表即可。導(dǎo)體額定電流I的修正當(dāng)實(shí)際環(huán)境溫度與額定環(huán)境溫度不同時(shí)，應(yīng)對(duì)導(dǎo)體的載流量進(jìn)行修正。兩式兩邊相除，得出實(shí)際環(huán)境溫度為時(shí)的載流量：載流導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱計(jì)算舉例

例1某降壓變電所10kV屋內(nèi)配電裝置采用裸鋁母線，母線截面積為120×10(mm)2，規(guī)定容許電流I

為1905(A)。配電裝置室內(nèi)空氣溫度為36℃。試計(jì)算母線實(shí)際容許電流。(θ0取25℃)解：因鋁母線的θw=70℃，規(guī)定的周圍介質(zhì)極限溫度θ0=25℃，介質(zhì)實(shí)際溫度為36℃，規(guī)定容許電流I

為1905(A)。利用公式可得：正常負(fù)荷電流的發(fā)熱溫度的計(jì)算

式中θ0---導(dǎo)體周圍介質(zhì)溫度；θe---導(dǎo)體的正常最高容許溫度；IF---導(dǎo)體中通過(guò)的長(zhǎng)期最大負(fù)荷電流；I‘e---導(dǎo)體容許電流，為導(dǎo)體額定電流Ie

的修正值。

載流導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱計(jì)算舉例

例2鋁猛合金管狀裸母線，直徑為Ф120／110（mm）,最高容許工作溫度80℃時(shí)的額定載流量是2377(A)。如果正常工作電流為1875(A),周圍介質(zhì)(空氣)實(shí)際溫度θ0為25℃。計(jì)算管狀母線的正常最高工作溫度θF?(θ0e=25℃)解：§3.2載流導(dǎo)體的短時(shí)發(fā)熱計(jì)算

載流導(dǎo)體的短時(shí)發(fā)熱，是指短路開始至短路切除為止很短一段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體發(fā)熱的過(guò)程。短時(shí)發(fā)熱計(jì)算的目的，就是要確定導(dǎo)體的最高溫度θh，以校驗(yàn)導(dǎo)體和電器的熱穩(wěn)定是否滿足要求。載流導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)是：發(fā)熱時(shí)間很短，基本上是一個(gè)絕熱過(guò)程。即導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，全都用于使導(dǎo)體溫度升高。又因載流導(dǎo)體短路前后溫度變化很大，電阻和比熱容也隨溫度而變，故也不能作為常數(shù)對(duì)待。

一、短時(shí)發(fā)熱過(guò)程

在導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱過(guò)程中熱量平衡的關(guān)系是，電阻損耗產(chǎn)生的熱量應(yīng)等于使導(dǎo)體溫度升高所需的熱量。

(W／m)電阻損耗產(chǎn)生的熱量＝導(dǎo)體的吸熱量。短時(shí)發(fā)熱過(guò)程中，導(dǎo)體的電阻和比熱容與溫度的函數(shù)關(guān)系為：由熱量平衡微分方程得將代入得整理得：對(duì)兩邊積分，時(shí)間從0（短路開始）到（短路切除），溫度對(duì)應(yīng)從（導(dǎo)體短路開始溫度）到（通過(guò)短路電流發(fā)熱后最高溫度），令稱為短路電流熱效應(yīng)。和

曲線，見書圖。具有相同的函數(shù)關(guān)系，與導(dǎo)體的材料和溫度有關(guān)，有關(guān)部門給出常用材料的銅、鋁、鋼三種材料的Aθ=f(θ)曲線

短路終了時(shí)的Ａ值：根據(jù)曲線計(jì)算短時(shí)發(fā)熱最高溫度的方法：由短路開始溫度（通常取正常運(yùn)行時(shí)最高允許溫度），查出對(duì)應(yīng)的如已知短路電流熱效應(yīng)則計(jì)算出再由查出短路終了溫度，即短時(shí)發(fā)熱最高溫度。如果該值小于所規(guī)定的導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱允許溫度，導(dǎo)體不會(huì)因短時(shí)發(fā)熱而損壞，稱之滿足熱穩(wěn)定要求。短路電流熱效應(yīng)工程上常采用近似計(jì)算法來(lái)計(jì)算短路電流熱效應(yīng)。等值時(shí)間法利用曲線面積代表導(dǎo)體在短路過(guò)程終所發(fā)出的熱量，導(dǎo)體的電流始終是穩(wěn)態(tài)短路電流，短路電流發(fā)熱等值時(shí)間，則短路電流熱效應(yīng)積分式子轉(zhuǎn)化成：二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計(jì)算短路電流是由短路電流周期分量和非周期分量短路電流發(fā)熱等值時(shí)間也分為兩部分：短路電流周期分量發(fā)熱等值時(shí)間和短路電流非周期分量發(fā)熱等值時(shí)間周期分量等值時(shí)間和短路切除時(shí)間以及短路衰減特性相關(guān)組成，為短路電流周期分量0s值周期分量等值時(shí)間曲線見書表

非周期分量等值時(shí)間

短路電流非周期分量衰減很快，短路切除時(shí)間，可以不計(jì)非周期分量的影響，，則必須考慮但短路切除時(shí)間二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計(jì)算2）實(shí)用計(jì)算法。采用近似的數(shù)值積分法，即可求出短路電流周期分量熱效應(yīng)為

周期分量熱效應(yīng)非周期分量熱效應(yīng)非周期分量等效時(shí)間T(s)

短路點(diǎn)

T(s)

td≤0.1td>0.1

發(fā)電機(jī)出口及母線發(fā)電機(jī)電壓電抗器后

0.150.2

發(fā)電廠升高電壓母線及出線

0.08

0.1

變電所各級(jí)電壓母線及出線

0.05

短路電流熱效應(yīng)Qd的計(jì)算舉例例發(fā)電機(jī)出口的短路電流I“(0)=18（kA），I（0.5）=9（kA），I（