流导体的发热和电动力

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1、第五章导体的发热与电动力第一节概述第二节导体的长期发热第三节导体的短时发热第四节短路电流的电动力效应本章计划学时:4~6学时本章教学要求了解发热和电动力对设备的影响熟悉导体的发热和散热方式及计算掌握导体长期发热和短期发热的计算掌握三相短路电动力的计算掌握硬母线共振频率计算本章学习重点本章学习难点掌握导体长期发热和短期发热的计算掌握三相短路电动力的计算掌握硬母线共振频率计算掌握导体长期发热和短期发热的计算掌握三相短路电动力的计算第一节概述1）当电流通过导体时，在导体电阻中所产生的电阻损耗。2）绝缘材料在电压作

2、用下所产生的介质损耗。3）导体周围的金属构件，特别是铁磁物质，在电磁场作用下，产生的涡流和磁滞损耗。3.发热对导体和电器的不良影响（1）长期发热：导体和电器中长期通过正常工作电流所引起的发热。（2）短时发热：由短路电流通过导体和电器时引起的发热。2.发热的分类（1）机械强度下降高温会使金属材料退火软化，机械强度下降。1.引起导体和电器发热的原因退火是生产中常用的预备热处理工艺。大部分机器零件及工、模具的毛坯经退火后，可消除铸、锻及焊件的内应力与成分的组织不均匀性；能改善和调整钢的力学性能，为下道工序作好组织

3、准备。对性能要求不高、不太重要的零件及一些普通铸件、焊件，退火可作为最终热处理。钢的退火是把钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。退火的目的在于均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应力并为零件最终热处理作好组织准备。钢的退火工艺种类颇多，包括完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火和扩散退火等（2）接触电阻增加高温将造成导体接触连接处表面氧化，使接触电阻增加，温度进一步升高，产生恶性循环，可能导致连接处松动或烧熔。（3）绝缘性能降低有机绝缘材料（如电缆纸

4、、橡胶等）长期受高温的作用，将逐渐变脆和老化，使用年限缩短，甚至碳化而烧坏。4.为了保证导体在长期发热和短时发热作用下能可靠、安全地工作，应使其发热的最高温度不超过导体的长期发热和短时发热最高允许温度。（1）导体的长期发热最高允许温度不应超过+70℃，在计及日照影响时，钢心铝线及管形导体可按不超过+80℃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℃。（2）导体的短时最高允许温度，对硬铝及铝锰合金可取+200℃，硬铜可取+300℃。（3）影响长期发热最高允许温度的因素主要是保证导体接触部分

5、可靠地工作。（4）影响短时发热最高允许温度的因素主要是机械强度和带绝缘导体的绝缘耐热度（如电缆），机械强度的下降还与发热持续时间有关，发热时间越短，引起机械强度下降的温度就越高，故短时发热最高允许温度远高于长期发热最高允许温度。5.发生短路故障时，除了引起发热外，还会产生很大的电动力，造成导体变形或损坏。导体发热和散热的计算一、导体发热的计算发热包括导体电阻损耗热量的计算和太阳日照热量的计算。1．导体电阻损耗产生的热量单位长度导体的交流电阻：单位长度的导体，通过有效值为Iw的交流电流时，由电阻损耗产生的热量

6、：导体的集肤系数Ks与电流的频率、导体的形状和尺寸有关。2．太阳日照（辐射）的热量太阳照射（辐射）的热量也会造成导体温度升高，安装在屋外的导体，一般应考虑日照的影响，圆管形导体吸收的太阳日照热量为：对流换热系数αC的计算我国取太阳辐射功率密度；取铝管导体的吸收率；D为导体的直径（m）。二、导体散热的计算热量传递有三种方式：对流、辐射和传导。导体的散热过程主要是对流和辐射。空气的热传导能力很差，导体的传导散热可忽略不计。1．对流换热量的计算对流换热量与导体对周围介质的温升及换热面积成正比:（1）自然对流换热量

7、的计算屋内空气自然流动或屋外风速小于0.2m/s，属于自然对流换热。此种情况的对流换热系数取:单位长度导体的对流换热面积Fc是指有效面积，它与导体形状、尺寸、布置方式和多条导体的间距等因素有关。单条矩形导体竖放时（如图5-3a所示）的对流换热面积（单位为m2/m）为（2）强迫对流换热量的计算屋内人工通风或屋外导体处在风速较大的环境时，可以带走更多的热量，属于强迫对流换热。圆管形导体的对流换热系数为:当空气温度为20℃时，空气的导热系数为当空气温度为20℃时，空气的运动粘度系数为v为风速（m/s）圆管形导体(

8、直径为D)，如图5-3d所示，的对流换热面积为单位长度圆管形导体的对流换热面积。当24º<≤90º时，A=0.42，B=0.58，n=0.9。当0º<≤24º时，A=0.42，B=0.68，n=1.08；风向与导体不垂直的修正系数2．辐射换热量的计算根据斯蒂芬——玻尔兹曼定律，导体向周围空气辐射的热量为：θW、θ0——导体温度和周围空气温度（℃）；ε——导体材料的辐射系数（又称黑度），磨光的表面小，粗糙或涂漆的表