2章-导体发热

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1、第二章载流导体的发热和电动力本章主要内容•载流导体长期发热的特点,导体长期允许载流量的计算方法及提高导体载流量的措施•载流导体短时发热的特点,导体短时最高发热温度的计算方法、短路电流热效应的计算方法、热稳定的概念•三相导体短路电动力的计算方法和特点、动稳定的概念第一节概述1.发热的原因：•电阻损耗导体内部•磁滞和涡流损耗导体周围的金属构件•介质损耗绝缘材料内部长期发热，由正常工作电流产生短时发热，由故障短路电流产生2.发热的危害：•金属材料的机械强度下降；•导体接触部分的接触电阻增加；•绝缘材料的绝缘性能下降3.最高允许温度•正常最高允许工作温度：70℃（一

2、般裸导体）80℃（计及日照时的钢芯铝绞线、管形导体）85℃（接触面有镀锡的可靠覆盖层）--主要决定于系统接触电阻的大小•短时最高允许温度：200℃（硬铝及铝锰合金）300℃（硬铜）--主要决定于短时发热过程中导体机械强度的大小、介质绝缘强度的大小第二节导体的发热和散热导体的发热来自导体电阻损耗的热量。热量的耗散有对流、辐射和导热三种形式。热平衡方程式Q+Q=Q+Q+QRt1fd式中Q----单位长度导体电阻损耗的热量，W/m;RQ----单位长度导体吸收太阳日照的热量，W/m;tQ----单位长度导体的对流散热量，W/m;1Q----单位长度导体向周围介质辐

3、射散热量，W/m;f1.导体电阻损耗的热量QR单位长度的导体，通过母线电流I时，wQ=I2R(W/m)Rwac[1tw(20)]RKacf(/)mS常用电工材料的电阻率ρ及电阻温度系数α，如表2-1所示。t导体的集肤效应系数Kf与电流的频率、导体的形状和尺寸有关。矩形导体的集肤效应系数，如图2-1所示。圆柱及圆管导体的集肤效应系数，如图2-2所示。图中f为电源频率，R为1000m长导体的直流电阻。dc图2-1矩形导体的集肤效应系数图2-2圆柱及圆管导体的集肤效应系数2.导体吸收太阳辐射的热量Qt凡安装在屋外的导体应考虑日照的影响。对于圆管型导体

4、Qt=EtAtFt＝EtAtD(W/m)式中E---太阳辐射功率密度，W/m2,我国取E=1000W/m;ttA---导体的吸收率，对铝管取A=0.6ttF---单位长度导体受太阳照射面积，m2tD---导体的直径，m。对于屋内导体，因无日照的作用，这部分热量可忽略不计。3.导体对流散热量Ql由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程，称为对流。Q()F(W/m)llw0l式中α---对流散热系数，W/（m2．℃）；1θ---导体温度，℃wθ---周围空气温度，℃0F---单位长度导体散热面积，m2/m。l由于对流条件不同，分为自然对流和强迫对流两种

5、情况：（1）自然对流散热屋内自然通风或屋外风速小于0.2m/s，属于自然对流散热。0.3521.5()[W/(mC)]lw01.35Q1.5()F(W/m)lw0lF与导体尺寸布置方式等因素有关。导体片（条）间距离越近，l对流条件就越差，故有效面积应相应减少。单条导体Fl2(A1A2)圆管导体FlD其中hbA,A1210001000（2）强迫对流散热屋外配电装置中的管型导体，常受到大气中风吹的作用，风速越大，空气分子与导体表面接触的数目增多，对流散热条件就越好，因而形成强迫对流散热。Nλαu（2-7）1D0.65VDN

6、0.13uν式中λ---空气的导热系数，当气温为20℃时，λ=2.52×10-2W/(m·℃)；D---圆管外径，m；Nu---努谢尔特准则数，是传热学中表示对流散热强度的一个数据；V---风速，m/s；ν---空气的运动黏度系数，当空气温度为20℃时，ν=15.7×10-6m2/s。如果风向与导体不垂直，二者之间有一夹角φ，则式（2-7）须乘以修正系数β。其值为β=A+B（sinφ）n当0°<φ≤24°时，A=0.42,B=0.68,n=1.08；当24°<φ≤90°时，A=0.42,B=0.58,n=0.9。将式（2--7）带入式（2--5），

7、即得强迫对流散热量为NuλnQ1(θwθ0)ABsinφπDD0.65VDn0.13πλθw0θA+Bsinφ(W/m)ν4.导体辐射散热量Qf热量从高温物体以热射线的方式传给低温物体的传播过程，称为辐射。44273w2730Qf5.7Ff（W/m）100100式中ε---导体材料的相对辐射系数（黑度系数）F---单位长度导体的辐射散热表面积，m2/m。f材料辐射系数材料辐射系数绝对黑体1.0氧化了的钢0.80表面磨光的铝0.040有光泽的黑漆0.82氧化

8、了的铝0.20~0.30无光泽的黑漆0.91氧化了的