电气设备的发热和电动力计算知识培训.ppt

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1、第8章电气设备的发热和电动力计算电流通过电气设备有热效应和力效应,本章介绍电气设备(正常状态,短路状态)的发热和电动力的计算.由于学时数有限,对于具体的计算不做太高要求,只要求理解其原理和相关概念.这一章也是第九章电气设备选择的理论基础.第8章电气设备的发热和电动力计算电流通过导体时产生电能损耗;铁磁物质在交变磁场中产生涡流和磁滞损耗;绝缘材料在强电场作用下产生介质损耗热能散失到周围介质中加热导体和电器使其温度升高8.1电气设备的允许温度一、发热的危害当导体和电器的温度超过一定范围以后，将会加速绝缘材料的老化，降低绝缘强度，缩短使用寿命，显著地降

2、低金属导体机械强度(见图8.1)；将会恶化导电接触部分的连接状态(接触电阻增加)，以致破坏电器的正常工作。图8.1金属材料机械强度与温度的状态（a）铜1—连续发热；2—短时发热（b）不同的金属导体1—硬粒铝；2—青铜；3—钢；4—电解铜；5—铜（a）（b）二、发热类型长期发热：由正常工作电流引起的发热。导体通过的电流较小，时间长，产生的热量有充分时间散失到周围介质中，热量是平衡的。达到稳定温升之后，导体的温度保持不变。短路时发热：由短路电流引起的发热。由于导体通过的短路电流大，产生的热量很多，而时间又短，所以产生的热量向周围介质散发的很少，几乎都

3、用于导体温度升高，热量是不平衡的。导体和电器在运行中经常的工作状态有：（1）正常工作状态：电压、电流均未超过允许值，对应的发热为长期发热；（2）短路工作状态：发生短路故障，对应的发热为短时发热。为了限制发热的有害影响，保证导体和电器工作的可靠性和正常的使用寿命，对上述两种发热的允许温度和允许温升做了明确的规定，见表8.1和表8.2。如果长期正常工作电流或短路电流通过导体、电器时，实际发热温度不超过它们各自的发热允许温度。即有足够的热稳定性。8.2导体的长期发热计算导体的长期发热计算是根据导体长期发热允许温度θy来确定其允许电流Iy。只要导体的最大

4、长期工作电流不大于导体的允许通过电流，那么导体长期发热温度就不会超过θy；或者根据通过导体的最大长期工作电流Imax来计算导体长期发热温度θc，导体的长期发热温度θc不大于长期发热允许温度θy。1、允许电流Iy的确定对于母线、电缆等均匀导体的允许电流Iy，在实际电气设计中，通常采用查表法来确定.国产的各种母线和电缆截面已标准化，根据标准截面和导体计算环境温度为25℃及最高发热允许温度θy为70℃，编制了标准截面允许电流表。设计时可从中查取。当任意环境温度为θ时允许电流为(A)Iyθ——实际环境温度为θ时的导体允许电流，A；Iy——计算环境温度为θ

5、0时的导体允许电流，A；θy——导体长期发热允许温度，℃，θ——实际环境温度，℃（见表8.3）；θ0——计算环境温度，℃（见表8.4）。[例]某发电厂主母线的截面为50mm×5mm，材料为铝。θ0为25℃，θ为30℃。试求该母线竖放时长期工作允许电流。解：从母线载流量表中查出截面为50mm×50mm，θ0＝25℃，铝母线竖放时的长期允许电流Iy=665A。将其代入式（5.1）中，得到θ＝30℃时的母线长期允许电流，即（A）当实际环境温度为θ,通过载流导体的长期负荷电流为Imax时，稳定温度θc可按下式计算。2、导体长期发热稳定温度θc的确定式中θ

6、c——导体长期发热温度，℃；Imax——通过导体的最大长期工作电流(持续30min以上的最大工作电流)A；Iyθ——校正后的导体允许电流，A。8.3导体短路时的发热计算(短路电流的热效应)1、计算载流导体短路发热的目的.确定当载流导体附近发生最严重的短路时，导体的最高发热温度θd是否超过所规定的短时发热允许最高温度θdy（铝及其合金为200℃；铜为300℃）。2、短时发热的特点1）短路电流大而持续时间短（0.15～8秒），导体内产生的热量来不及扩散，可视为绝热过程；3、热稳定性的概念：是指电器通过短路电流时，电器的导体和绝缘部分不因短路电流的热效

7、应使其温度超过它的短路时最高允许温度，而造成损坏。当θd≤θdy时，就满足导体或电器的热稳定性2）短路时，温度变化范围很大，导体电阻和比热不能再视为常数，而应为温度的函数。4、短路电流热效应Qk的计算S——导体的截面积，m2。id——短路电流的有效值，AAd为导体短路发热至最高温度时所对应的A值Aq为短路开始时刻导体起始温度为θq所对应的A值。发生短路时，导体温度变化范围很大，从几十度升高几百度。所以，导体的电阻率和比热不能看做常数，应是温度的函数。根据短路时导体发热计算条件，导体产生的全部热量与其吸收的热量相平衡:此式左边的与短路电流产生的热量

8、成比例，称为短路电流的热效应（或热脉冲），用Qk表示,故有：[J/(Ω·m4)]Qk的计算和Ad与Aq的计算，用解析方法都很麻烦，因此，