电气设备课程课件河北工程技术高等专科学校 二

第六章载流导体的发热和电动力第一节概述第二节导体的长期发热第三节短路电流的电动力效应思考题与习题第一节概述一、发热和电动力对电气设备的影响▉电气设备的两种工作状态▉电气设备工作中的两种损耗▉电气设备工作时的两种发热及不良影响▉电气设备流过短路电流时的巨大危害二、导体的发热和散热▉发热▉散热

▉发热和电动力对电气设备的影响

1.电气设备在运行中的两种工作状态

（1）正常工作状态。指运行参数都不超过额定值，电气设备能够长期而经济地工作的状态。（2）短路时工作状态。当电力系统中发生短路故障时，电气设备要流过很大的短路电流，在短路故障被切除前的短时间内，电气设备要承受短路电流产生的发热和电动力的作用。

2.电气设备工作中的两种损耗（1）“铜损”，即电流在导体电阻中的损耗；（2）“铁损”，即在导体周围的金属构件中产生的磁滞和涡流损耗；（3）“介损”，即绝缘材料在电场作用下产生的损耗。这些损耗都转换为热能，使电气设备的温度升高。本章主要讨论铜损发热问题。

▉发热和电动力对电气设备的影响▉发热和电动力对电气设备的影响

3.电气设备工作时的两种发热及不良影响电气设备由正常工作电流引起的发热称为长期发热，由短路电流引起的发热称为短时发热。发热不仅消耗能量，而且导致电气设备的温度升高，从而产生不良的影响。（1）机械强度下降。（2）接触电阻增加。（3）绝缘性能下降。

▉发热和电动力对电气设备的影响

4.电气设备流过短路电流时的巨大危害当电气设备通过短路电流时，短路电流所产生的巨大电动力对电气设备具有很大的危害性。如：（1）载流部分可能因为电动力而振动，或者因电动力所产生的应力大于其材料允许应力而变形，甚至使绝缘部件（如绝缘子）或载流部件损坏。（2）电气设备的电磁绕组，受到巨大的电动力作用，可能使绕组变形或损坏。（3）巨大的电动力可能使开关电器的触头瞬间解除接触压力，甚至发生斥开现象，导致设备故障。

▉导体的发热和散热

1.发热导体的发热主要来自导体电阻损耗的热量和太阳日照的热量。（1）导体电阻损耗的热量QR；（2）太阳日照产生的热量。

2.散热散热的过程实质是热量的传递过程，其形式一般由三种:（1）导热。使热量由高温区传至低温区。（2）对流。在气体中，各部分气体发生相对位移将热量带走的过程。（3）辐射。热量从高温以热射线方式传至低温物体的传播过程。第二节导体的长期发热一、导体的温升过程二、导体的载流量三、提高导体载流量的措施

▉导体的温升过程—（1）

导体在未通过电流时，其温度和周围介质温度相同。当通过电流时，由于发热，使温度升高，并因此与周围介质产生温差，热量将逐渐散失到周围介质中去。在正常工作情况下，导体通过的电流是持续稳定的，因此经过一段时间后，电流所产生的全部热量将随时完全散失到周围介质中去，即达到发热与散热的平衡，使导体的温度维持在某一稳定值。当工作状况改变时，热平衡被破坏，导体的温度发生变化；再过一段时间，又建立新的热平衡，导体在新的稳定温度下工作。所以，导体温升过程也是一个能量守恒的过程。▉导体温升过程—（2）

（1）温升过程是按指数曲线变化，开始阶段上升很快，随着时间的延长，其上升速度逐渐减小。（2）对于某一导体，当通过的电流不同，发热量不同，稳定温升也就不同。电流大时，稳定温升高；电流小时，稳定温升低。（3）大约经过（3～4）T的时间，导体的温升即可认为已趋近稳定温升τW。从均匀导体持续发热时温升与时间的关系式看出：

▉导体的载流量

导体长期通过电流Ⅰ时,稳定温升为。由此可知：导体的稳定温升，与电流的平方和导体材料的电阻成正比，而与总换热系数和换热面积成反比。导体允许的长期工作电流为：

式中，，称为导体载流量的修正系数。

▉提高导体载流量的措施—（1）

在工程实践中，为了保证配电装置的安全和提高经济效益，应采取措施提高导体的载流量。常用的措施有：

（1）减小导体的电阻。因为导体的载流量与导体的电阻成反比，故减小导体电阻可以有效的提高导体载流量。减小导体电阻的方法：①采用电阻率ρ小的材料作导体，如铜、铝合金等；②减小导体的接触电阻（Rj）；③增大导体的截面积(S),但随着截面积的增加，往往集肤系数(Kf)也跟着增加，所以单条导体的截面积不宜做得过大，如矩形截面铝导体，单条导体的最大截面积不超过1250mm2。▉提高捕导体席载流润量的银措施—（2线）（2匙）增恨大有冬效散甘热面去积。导体盟的载伶流量径与有腊效散鞋热表牢面积货（F字）成拆正比廊，所陕以导从体宜昂采用背周边五最大孤的截待面形中式，见如矩窃形截尾面、族槽形守截面防等，廊并采治用有鸦利于慎增大培散热罪面积示的方撞式布骆置，榴如矩偏形导矿体竖拦放。（3鸡）提馅高换桃热系肠数。提高爷换热当系数漆的方今法主沫要有宗：①加踢强冷伪却。亩如改鸡善通脂风条渠件或稼采取闸强制算通风值，采剃用专摩用的员冷却听介质锁，如尾SF6气体膜、冷毛却水体等；②室标内裸温导体部表面帽涂漆弟。利斯用漆岭的辐镜射系飞数大惧的特陷点，牛提高馋换热症系数幕，以权加强粉散热浇，提赴高导易体载膏流量泰。表嘱面涂蠢漆还宁便于翻识别看相序茂。第三塘节短路拦电流阳的电掠动力陈效应一、削两平先衡导洽体间胡的电态动力阅计算▉两根恢平行明载流谷导体脉间的作用除力▉虫导体惕间的电动腔力二、肚三相颜短路样时的权电动象力计刻算▉三相嘱短路时的停电动奏力▉两相宾短路时的掉电动党力三、罗考虑刘母线盼共振叙影响俊时对错电动原力的项修正▉两平祖行导罚体间升电动秒力的薪计算1.累两搜根平饿行载您流导列体间妖的作用嘴力当两结个平夺行导规体通护过电盼流时桑，由御于磁柿场相比互作窑用而筋产生鞭电动搁力，稳电动雅力的仔方向衔与所京通过爷的电顽流的稼方向卧有关径。如鲜图6钳-7宏所示挡，当醉电流旨的方丑向相暗反时惹，导广体间宅产生笼斥力步；而坑当电姿流方靠向相过同时先，则终产生币吸力拘。▉两平尘行导愤体间朵电动丈力的解计算2.见两译根导海体间吸的电动镇力根据婆比奥辩——糟沙瓦熊定律圣，导拥体间社的电缠动力姐为式中板i1、i2——虑—分锯别通票过两匀平行棕导体紧的电眉流（卷A）赏；l—娱——息该段供导体轨的长作度（钞m）伤；a—努——与两根胖导体苍轴线端间的芦距离蚂（m出）；Kx——页形状惕系数伯。形状捎系数肾表示涂实际构形状拆导体挣所受树的电萄动力获与细航长导森体（政把电流励看作真是集银中在虽轴线学上）熔电动董力之艰比。▉三相子短路朵时的喇电动维力计伞算—（1羊）三相志短路筐时，桌每相葱导体借所承妖受的刚电动烟力等翼于该婆相导处体与螺其它偷两相鸦之间情电动往力的嘉矢量铅和。适三相康导体践布置候在同赛一平买面时旦，各骆相导节体所塑通过教的电允流不愚同，致故边杨缘相斯与中宴间相刻所承密受的胜电动堡力也隙不同止。图盏6-结8为必对称砍三相汉短路员时的偷电动俘力示罚意图陕。▉三相翅短路绕时的蛛电动混力计番算—（2疗）最大雁冲击盾力发肌生在坡短路监后0建.1歇s，久而且性以中喜间相讯受力帮最大遣。用三胆相冲皂击短颗路电断流ich(k亚A)浮表示仙的中挤间相嫩的最攀大电仁动力满为根据犁电力手系统预短路往故障某分析瘦的知惜识：深，书故两拍相短路时呢的冲朴击电做流为劲。发畅生两传相短袖路时旋，最晕大电骄动力为两相饱短路窗时最助大电爹动力阵小于滚同一远地点键三相惕短路凝时的高最大市电动力膀，要爽用三捎相短贤路时窑的最桨大电淘动力惧校验乓电气意设备改的动汗稳定编。▉考虑婶母线踩共振客影响孔时对辨电动春力的嗽修正—（1象）如果宅把导膜体看汽成是沸多垮苹的连锡续梁户，则煎母线阻的一哄阶固奇有振动频沈率为式中买Nf——县频率皆系数着；里L样——灯跨距照，m心；E—席—导砍体材食料的僻弹性粪摸具乱，P成a；Ⅰ—围—导洞线断享面二贯次矩潜，m4；m全——册导线为单位乌长度知的质住量，终kg封/m奥。Nf根据漠导体昆连续记跨数宽和支伐撑方皱式决收定，趋其值稿如表锡6-幅4示条。表6背-4侄导沿体不找同固定方裂式时律的频决率系谈数血Nf值▉考虑阻母线炭共振等影响钥时对筋电动晨力的纹修正—（2扛）当一蠢阶固娇有振报动频腿率f1在3瓣0～和16滩0H祸z范勺围内尊时，捧因其纳接近电进动力救的频泊率（避或倍倘频）连而产渡生共顶振，岁导致嫁母线候材料芳的应力增怨加，喘此时匠用动卵态应幸力系税数β方进行栗修正您，故味考虑藏共振工影响后的斑电动猛力的兽公式作为（1）裹单条宇导体戒及一外组中骆的各条导纲体漆35座～1往35师Hz（2精）多花条导看体及姜有引千下线咳的单条活导体泪3概5～舒15厘5H芝z（3么）槽多形和恋管形演导体30祖～1易60抹Hz贼。▉载流忽导体镰的发矮热和巷电动类力—思考想题（霜