电力设备的电子保护

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1、电气设备的电子保护技术上海交通大学第一章电气设备的过负荷特性及其保护第一节电气设备的过负荷特性1设电流I流过导体D(D的等效电阻为R),发热量Q1:Q1=I2R(1-1)则D由温度T0上升为T,温升为,设D的热阻为RT(℃/w),则D向周围散热Q2:Q2=(T-T0)/RT=/RT(1-2)设D的热容量为C(J/℃)，则D在温升未达稳态时热平衡方程为：(1-3)当Q1=Q2，D温升(I,t)达到稳态∞(I)，此时：∞(I)=Q1RT=I2RRT结论：电气设备的最终温升与发热量和热阻成正比，与散热系数成反比。第

2、一节电气设备的过负荷特性2将∞(I)=I2RRT带入式(1-3),热平衡方程可改写成：(1-4)设t=0时D的初始温升为0，则有：上式中，Th为发热时间常数，且Th=CRT（s）。(I,t)用下图中的曲线表示(1-5)电气设备的过负荷时间电气设备允许温升倍数：=极限温升m/额定温升n电气设备允许过负荷倍数：=实际电流I/额定电流In电气设备初始温升系数：=初始温升0/额定温升n1、则电气设备通过电流I时（从t=0时起），允许的过负荷时间可表示为：2、冷态过负荷时间tac：=0时（t=0时，I

3、=0）3、热态过负荷时间tah：=1时（t=0时，I=In）极限温升m：取决于绝缘材料允许温升。额定温升n和初始温升0：可以通过测量得到。中小电机的过负荷运行时间允许过负荷运行时间中国<20min<3min>3s,5s,8s,15sIEC/VDE<2h<2min>2s(轻载)>5s(重载)第二节电气设备过负荷保护方法1、过负荷运行的危害虽然电气设备的极限温升都大于额定温升，过负荷造成的过热危害极大，经验表明：电气设备长期在额定温升以上运行，平均每高11℃，设备寿命减半。2、过负荷保护方法：（1）直接温度保护：将

4、温度传感器预埋在设备内最高温度区域（2）间接电流保护：不用埋设温度传感器，通过测量电流来实施保护，可以与断相、短路保护同时进行，使用方便。间接电流保护定时限保护分段定时限保护反时限保护可变时限保护第三节温度测量一、常用过负荷保护的温度传感器的要求：1、响应时间快（小于1s）2、线形度要求不高（温度整定值附近测量误差5%以内即可）3、测温范围不超过250℃。二、常用温度传感器的种类半导体热敏电阻:符合上述要求负温度系数热敏电阻（NTC）正温度系数热敏电阻（PTC）CTRPN结温度传感器:符合上述要求热电偶:符合上述要求金

5、属热电阻:响应时间长(1-60s),不符合半导体热敏电阻特点电阻温度特性：指数关系，线性度差，互换性差时间常数（热容量*热阻）：<1s，比Pt和热电偶快灵敏度：高，比Pt和热电偶高10倍测温范围：-20℃-+250℃种类NTC：负温度系数PTC：正温度系数CTR：负温度系数突变热敏电阻的结构热电偶利用热电效应将温度直接转换为电势，应用广泛。1、工作原理：将两种不同材料的金属导体串接成闭合回路，当两个结点处于不同温度即“热端T≠冷端T0”时，导体在回路中产生与两结点有关的温差热电势的现象，称为温差电效应（塞贝克效应）。结

6、论:（1）同种材料不产生热电势；（2）两种材料若无温差也不产生热电势。EAB(T,T0)=α(T-T0)+β(T-T0)2+……EAB(T,T0)——由A,B两种材料组成的热电偶，结点温度为T,T0时的热电势。α，β…——多项式系数，对于A,B材料一定时为一常量。在一定温度范围内：上式可近似为：EAB(T,T0)=K(T-T0)——与温差成正比当T0＝0时，则EAB(T,T0)=KT——温度直接转换成电势热电偶基本定律匀质导体定律：由同一种匀质导体组成的闭合回路，不论导体的截面积和长度如何，也不论各处的温度分布如何，都

7、不能产生热电势。中间导体定律：当热电偶回路中插入第三种导体C时，只要保证导体C两端的温度相等，连C与否对电势无影响。C可换为仪表或测量电路。中间温度定律：EAB(T,0)=EAB(T,T0)+EAB(T0,0)主要解决冷端温度补偿。EAB(T,T0)为输出,可测量;通过其它方法测量冷端温度T0，查分度表得到EAB(T0,0)，即得到EAB(T,0)，再查分度表可得热端温度T。热电偶主要技术参数分度号：国标规定的热偶的类型，共8种分度号,用S,R,B,K,E,J,T,N代表。分度表：热电势E(T,0)与温度T的关系表格,

8、国家/国际标准分度表是用表格的方式列出每种分度号在冷端温度为0度时,温度与热电动势的对应关系。允许误差：热电偶的热电势温度关系对分度表的最大偏差。根据允许误差将热电偶分为1、2、3级。测量范围不同材料的热电偶，有不同的使用温度极限，最高可达1700℃。（详见后）热响应时间也称时间常数，用来表示热电偶对温度变化响应快慢的热惰性参数