电气发热与计算

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1、张锐2015.31内容提要：本章内容主要从理论上讲述了发热对载流导体产生的不良影响，以及载流导体长时和短时的发热与散热工况。本章重点：了解电气发热的各种计算方法和提高导体长期允许通过载流量方法与措施。2第3章电气发热与计算3.1电气发热的危害3.2接触电阻3.3电气发热与允许温升及散热3.4导体的长度与短时发热3绝缘材料绝缘材料的电阻率一般在109欧姆/厘米以上绝缘材料的耐热温度。常用的绝缘材料有陶瓷、橡胶、塑料与寿命、云母、玻璃、3.1木材电气发热与计算、布、纸、矿物油，以及某些高

2、分子合成材料等温度的长期作用。绝缘材料会逐渐“老化”而失去绝缘性能下老化速度会逐渐的，一般绝缘材料可正常使用•3.1.1发热对载流导体的不良影响20年。加剧，图3-1表示几电击穿——绝缘物在强电场的作用下种绝缘材料的使用寿，遭到急剧的破发热对载流导体的不良影响主要表现在绝缘材坏，丧失绝缘性能的现象。命与温度的关系。料的绝缘性能、导体的机械强度和导体接触部分性使绝缘材料产生击穿的最小电压叫做击穿电压在某一温度限值，此时能等三个方面。的电场强度称材料的耐压强度。内寿命一定，但当超过这一“限值”时

3、，1)绝缘性能降低温度增加则使用寿命2)机械强度下降降低。因此绝缘材料有3)导体接触部分性能变坏耐热温度和许用温度。43.1电气发热与计算如图3-2所示，连续发热150℃时，短时发热300℃时，铜的抗拉强度迅速•3.1.1发热对载流导体的不良影响下降。1-连续发热，2-短时发热1)绝缘性能降低机械强度下降当导体的温度超过一2)机械强度下降定允许值后，温度过高会3)导体接触部分性能变坏导致导体材料退火，使其机械强度显著下降。例如铝和铜导体在温度分别超导体接触性能性能变坏过100℃和150℃

4、后，其抗当接触连接处温度过高时，接触连接表面会强拉强度急剧下降。这样当烈氧化并产生一层电阻率很高的氧化层薄膜，从而短路时在电动力的作用下，使接触电阻增加，接触连接处的温度更加升高，当就可能使导体变形，甚至温度超过一定允许值后，就会形成恶性循环，导致使导体结构损坏。接触连接处烧红，松动甚至熔化。53.1电气发热与计算•3.1.2载流导体运行中的工作状态1)正常工作状态电压和电流都不超过额定值时，导体能够长期、安全、经济地运行。2)短路工作状态系统因绝缘故障发生短路时，流经导体的短路电流比额定值要高出

5、几倍甚至几十倍。保护装置动作、将故障切除的短期内，导体将承受短时发热和电动力的作用。63.1电气发热与计算•3.1.3载流导体运行中的损耗P=I2Rt1)电阻损耗输电线或电磁线的导体本身和机械连接处都有电阻存在，当电流通过时，即产生电损耗，电阻损耗与电流的平方、电阻和时间成正比。2)磁滞、涡流损耗载流导体周围的铁磁物质在交变磁场反复磁化作用下，将产生磁滞、涡流损耗，使铁质物质发热。73.1电气发热与计算•3.1.3载流导体运行中的损耗1)电阻损耗P=I2Rt2)磁滞、涡流损耗磁滞损耗①磁滞损耗

6、铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗。②涡流损耗即铁磁物质在交变磁场的磁化作用下由于内部的不可逆过程而使铁磁物质发热所造成的一种损耗。nPfBczm83.1电气发热与计算涡流损耗•3.1.3载流导体运行中的损耗铁在变化着的磁场中，2或者在磁场中运动时，铁磁1)电阻损耗P=IRt物质内部会产生感应电动势2)磁滞、涡流损耗(或感应电流)。涡流是感应nPfB电流之一，在铁心内围绕着①磁滞损耗czm磁感应强度，呈旋涡状流动，②涡流损耗其方向可按楞次定律来决定。图3-4涡流的产生通常采用增大

7、涡流回路电阻的方法减小涡流。如图所示：图3-5减小涡流的方法93.1电气发热与计算•3.1.3载流导体运行中的损耗1)电阻损耗P=I2Rt涡流损耗涡流损耗与电源频率的2)磁滞、涡流损耗平方成正比，与磁感应强度nPfB①磁滞损耗czm最大值的平方和体积成正比。22②涡流损耗PfBwm103.1电气发热与计算•3.1.3载流导体运行中的损耗1)电阻损耗P=I2Rt2)磁滞、涡流损耗铁损①磁滞损耗nPczfBm交变磁通在铁芯中产生的22②涡流损耗Pw磁滞损耗和涡流损耗合起来fBm③铁

8、损=磁滞损耗叫做铁磁损耗+涡流损耗Pcz，简称铁损。n22PPPfBfBmczwmm表3-2磁滞损耗和涡流损耗的计算系数钢片厚度普通发电机硅钢片变压器硅钢片（mm）10.50.350.50.35η（W/kg）4.44.44.73.02.4ζ（W/kg）22.55.73.01.30.7113.1电气发热与计算•3.1.3载流导体运行中的损耗1)电阻损耗P=I2Rt附加损耗当直流电流流过导体时，电2)磁滞、涡流损耗n22PPPfB