电流的热效应和力效应.ppt

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1、第二章电流的热效应和力效应知识重点1发热计算原理、原则2电动力计算作业P35：1，2，4第一节电流效应对电器性能的影响电阻发热涡流磁滞损耗介质损耗热源一、电流的热效应和力效应广泛存在于大量高压电器中第一节电流效应对电器性能的影响任何导体当有电流通过时,它必然处在其自身或所连通的电流回路别的导体(或相邻导电系统)电流所形成的磁场中，因而它会受到力的作用，电器中的电动力是载流体相互作用的电磁机械力，是洛仑兹力的宏观表现开关电器中的电弧伴随开关触头的分离或即将合拢时而产生，因而也会受到电动力的作用，它同时又是强功率的热源，往往与巨大的短路电流

2、同时存在。二.最大允许温升的规定GB11021将电气绝缘材料按耐热分为Y、A、E、B、F、H、C七个等级，愈往后的等级，其长期工作下的极限温度愈高，如A级，其极限温度为105℃，B级130℃，而C级可高于180℃。例如对A级绝缘材料，当温度高于105℃，每增加8～10℃，热使用寿命将缩短一半。绝缘材料的介质损耗也随温度的上升而增加，因而其介质强度就下降，如图2.2，当温度超过80℃以后，随温度的升高，电瓷的击穿强度迅速下降。材料性质随温度的变化图2.1铜的抗拉强度与温度的关系图2.2瓷的击穿强度与温度的关系1—长期工作2—短时工作第二节

3、电器的发热和散热规律一、电器中热量的产生1、电阻损耗P=I2R集肤效应和邻近效应使电流密度的分布不均匀同相电流交流电阻的表达式考虑上述两效应后，交流电阻的表达式可写为电阻率与温度有关=20[1+(20)]=0(1+T)铁磁损耗2.铁磁损耗当导体上有交变电流时，这些钢铁件会产生铁磁损耗涡流和磁滞损耗。通常情况下在铁件中垂直于磁通的截面上总会存在感生的涡流，且涡流的磁场方向总是抵消激磁磁通的，因此磁场总是集中在铁件的表层，这称之为磁通的趋表效应，磁通的渗透深度往往只有几毫米。3.介质损耗二.热的散失散热有传导、对流、辐

4、射三种方式，傅立叶定律式中负号表示热流向温度降低的方向传递，为比例系数，称为导热系数。它表征了物体导热能力的大小，也即单位时间、单位面积、每度温差能传导的热量。不同物质在常温下的导热系数见表2-3，的量纲为W/m·K。三.物质的导热系数四.热阻概念对于一维情况x(m)等温导体q1(K)2(K)整个S面的热流qs(W)为：热阻公式五.固态发热体对流体媒质的散热计算在实际的工程热计算中，采用牛顿公式牢记综合散热系数Ks第三节均质导体的升温与冷却过程若假定升温过程电流I和电阻Rac都是不变的定值，以通电开始作为计时的起点，且在时间增

5、量dt内有温度增量d、温升增量d。那么可得热平衡方程：式中P—发热功率(W)，C—比热容，1kg的该物体，温度升高一度所需的热量(J/kg·K)，G—导体本身的质量(kg)，—导体的温升(K)，t—电流通过的时间(S)。导体的温升变化曲线图2.8导体的温升与冷却曲线图2.9导体的热时间常数与短时过载能力w0t12mt1w23tdT沿导体长度方向的温度分布在稳定温升的情况下，有热平衡方程式：整理为其中l是导体横截面的周长沿导体长度方向的温度分布上式的通解为沿导体长度的温度分布图2.11沿导体长度的温度分布考虑温度随时间和

6、位置的变化第四节短时及短路情况下的热计算一短时及短路情况下的热计算1.电器有四种工作制：长期工作制间断长期工作制(如8小时工作制)、短时工作制反复短时工作制工作时间愈短，允许通流能力愈强设短时工作的时间为td，并使短时工作的温升d与长期工作的稳定温升w相等，则工作时间愈短，允许通流能力愈强二、短路电流下的热计算当负载被短路时，已处于某一载流温升状态下的开关电路将要流过巨大的短路电流。由于短路电流通过的时间不会太长，但因发热功率与电流的平方成正比。因此其热计算可作绝热过程考虑。短路电流下的热计考虑进短路过程电阻和电流的变化情况后，较详

7、细的推导其中S是导体的截面积，是电阻温升系数具有不同非周期分量的瞬态电流处理三、电器的短时电流耐受能力(即热稳定性)导体的截面大小确定后，在一定的温升下所允许的I2t值是不变的，那么能否在保持I2t值情况下，减小电流增大时间，或增大电流减少时间呢？经验表明当t值在0.5S～5S的范围内变动时，可近似认为其I2t的热效应对开关电器是等效的。第五节少油断路器导电系统的长期发热计算举例断路器导电杆的温升某10kV少油断路器额定电流Ie=600A，回路电阻RAC=120，有关传热的主要结构尺寸(单位mm)如图2.12，试计算断路器导电杆的

8、温升。1、热功率(热流)qq=I2R=6002×120×10－6=43W断路器导电杆的温升(1)导电杆到油的对流换热热阻—Rr1参考表2-4，取K=75W/m2·K，由实际结构可得散热面积约为0.04m2，