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1、发电厂电气部分 短路时间虽然不长，但电流大，因此发热量也很大，短路时间虽然不长，但电流大，因此发热量也很大， 造成导体迅速升温。同时，导体还受到电动力的作用造成导体迅速升温。同时，导体还受到电动力的作用 ，若超过允许值，将会使导体发生变形或损坏。，若超过允许值，将会使导体发生变形或损坏。 作者： 版权所有 一、概述一、概述 发热温度不得超过一定数值，称为最高允许温度。发热温度不得超过一定数值，称为最高允许温度。 vv正常运行时最高允许温度：正常运行时最高允许温度： LGJ LGJ 70 70 电缆电缆 8080 vv短路时最高允许温度：短路时最高允许温度： 铝铝 200 200 铜铜 3003
2、00 按正常工作电流及额定电压选择设备按正常工作电流及额定电压选择设备 按短路情况来校验设备按短路情况来校验设备 二、发热和散热二、发热和散热 vv来自导体电阻损耗产生的热量和太阳日照的热量。来自导体电阻损耗产生的热量和太阳日照的热量。 式中：式中： R Rac ac 导体的交流电阻导体的交流电阻(/m)(/m) 导体温度为导体温度为2020时的直流电阻率时的直流电阻率( mmmm 2 2 /m)/m) t t 电阻温度系数电阻温度系数(-1 -1 ) ) W W 导体的运行温度导体的运行温度()() K Kf f 集肤效应系数集肤效应系数 S S 导体截面积导体截面积(mm(mm 2 2)
3、) 1 1电阻损耗的热量电阻损耗的热量Q Q R R 作者： 版权所有 一、发热一、发热 vv来自导体电阻损耗产生的热量和太阳日照的热量。来自导体电阻损耗产生的热量和太阳日照的热量。 式中：式中： E E t t 太阳照射功率密度太阳照射功率密度(W/m(W/m 2 2) ) A At t 导体的吸收率导体的吸收率 D D 导体的直径导体的直径(m)(m) 2 2太阳日照的热量太阳日照的热量Q Q t t 对于圆管导体，日照的热量可按下式计算：对于圆管导体，日照的热量可按下式计算： 太阳照射的能量造成导体温度升高。凡安装在户外的太阳照射的能量造成导体温度升高。凡安装在户外的 导体，应考虑日照的
4、影响。导体，应考虑日照的影响。 作者： 版权所有 二、热量的传递过程二、热量的传递过程 vv热量的传递有对流、辐射和传导热量的传递有对流、辐射和传导3 3种形式。种形式。 对流换热所传递的热量与温差及换热面积成正比，即：对流换热所传递的热量与温差及换热面积成正比，即： 1 1对流对流 气体各部分相对位移将热量带走的过程。气体各部分相对位移将热量带走的过程。 分为：自然对流和强迫对流分为：自然对流和强迫对流 对流换热对流换热 系数系数 导体导体 温度温度 环境环境 温度温度 单位长度单位长度 换热面积换热面积 作者： 版权所有 二、热量的传递过程二、热量的传递过程 单位长度导体的对流换热面积是指
5、有效面积，它与导体单位长度导体的对流换热面积是指有效面积，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形状、尺寸、布置方式和多条导体的间距等因素有关 A1 A2 作者： 版权所有 二、热量的传递过程二、热量的传递过程 槽形导体槽形导体 A1 A2 园管形导体园管形导体 作者： 版权所有 二、热量的传递过程二、热量的传递过程 vv热量的传递有对流、辐射和传导热量的传递有对流、辐射和传导3 3种形式。种形式。 2 2辐射辐射 热量从高温物体，以热射线方式从高温物体传至低温热量从高温物体，以热射线方式从高温物体传至低温 物体的过程。由史蒂芬波尔兹曼定律物体的过程。由史蒂芬波尔兹曼定律 导
6、体材料的辐射系数 Ff 单位长度导体的辐射散热表面积 作者： 版权所有 二、热量的传递过程二、热量的传递过程 单位长度导体的辐射换热面积是指有效面积，它与导体单位长度导体的辐射换热面积是指有效面积，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形状、尺寸、布置方式和多条导体的间距等因素有关 A1 A2 作者： 版权所有 二、热量的传递过程二、热量的传递过程 槽形导体槽形导体 A1 A2 园管形导体园管形导体 作者： 版权所有 二、热量的传递过程二、热量的传递过程 vv热量的传递有对流、辐射和传导热量的传递有对流、辐射和传导3 3种形式。种形式。 3 3传导传导 由于物体内部自由电子或
7、分子运动，从高温区到低温由于物体内部自由电子或分子运动，从高温区到低温 区传递热量的过程。区传递热量的过程。 导热系数 Fd 导热面积 物体厚度 1 2高温区和低温区的温度 作者： 版权所有 三、导体载流量的计算三、导体载流量的计算 vv导体的长期发热是指：导体的长期发热是指： 导体正常工作时长期通过工作电流所引起的发热。导体正常工作时长期通过工作电流所引起的发热。 vv导体长期发热的导体长期发热的计算目的：计算目的： 根据导体长期发热允许温度确定导体载流量（即导体根据导体长期发热允许温度确定导体载流量（即导体 长期允许通过电流），研究提高导体允许电流或降低长期允许通过电流），研究提高导体允许
8、电流或降低 导体温度的各种措施。导体温度的各种措施。 作者： 版权所有 1 1、导体的温升过程、导体的温升过程 导体的温度由最初温度（环境温度）开始上升，经过导体的温度由最初温度（环境温度）开始上升，经过 一段时间后达到稳定温度（正常工作时的温度）。一段时间后达到稳定温度（正常工作时的温度）。 vv导体的升温过程，可按热量平衡关系描述。导体的升温过程，可按热量平衡关系描述。 式中：式中： Q Q R R 导体产生的热量导体产生的热量 Q Qc c 导体本身温度升高所需的热量导体本身温度升高所需的热量 Q QI I 通过对流方式散失的热量通过对流方式散失的热量 Q Qf f 通过辐射方式散失的热
9、量通过辐射方式散失的热量 作者： 版权所有 1 1、导体的温升过程、导体的温升过程 电流热效应用于导体温升及散热，即：电流热效应用于导体温升及散热，即： 由于导体各部分温度相同，所以无传导方式散热。由于导体各部分温度相同，所以无传导方式散热。 作者： 版权所有 1 1、导体的温升过程、导体的温升过程 即：即： qq工程上，将工程上，将 QQ I I QQ f f 用一个总换热系数来表示，即：用一个总换热系数来表示，即： 在在dtdt 时间内，有时间内，有 式中：式中： I I 流过导体的电流流过导体的电流 R R 导体的电阻导体的电阻 m m 导体的质量导体的质量 c c 导体的比热容导体的比
10、热容 w w 导体的总换热系数导体的总换热系数 F F 导体的换热面积导体的换热面积 W W 导体的温度导体的温度 0 0 周围空气的温度周围空气的温度 作者： 版权所有 1 1、导体的温升过程、导体的温升过程 导体通过正常工作电流时，其温度变化范围不大，导体通过正常工作电流时，其温度变化范围不大， 因此认为因此认为R R、c c、 为常数（实际上，为常数（实际上，R R、c c、 为温度为温度 的函数），该方程为一阶常系数线性非齐次方程。的函数），该方程为一阶常系数线性非齐次方程。 设起始温升为设起始温升为 k k k k 0 0 ，则两边取拉式变换得，则两边取拉式变换得 设温升设温升 0
11、0 ，则，则dd dd，有，有 则有：则有： 作者： 版权所有 1 1、导体的温升过程、导体的温升过程 则方程式的解为则方程式的解为 令令 （3 31515）式）式 则则 （3 31818）式）式 可见，升温过程是按指数曲线变化的。可见，升温过程是按指数曲线变化的。 t w Tr k 2 1 0 作者： 版权所有 1 1、导体的温升过程、导体的温升过程 导体的温升按时间变化的曲线如图所示：导体的温升按时间变化的曲线如图所示： 当当tt时，导体的温时，导体的温 升趋于稳定温升升趋于稳定温升 w w 此时此时 即在稳定发热状态下，导体中产生的全部热量都散失即在稳定发热状态下，导体中产生的全部热量都
12、散失 到周围环境中。到周围环境中。 w w 与电流平方成正比，与导体散热与电流平方成正比，与导体散热 能力成反比，而与导体起始温度无关。能力成反比，而与导体起始温度无关。 作者： 版权所有 1 1、导体的温升过程、导体的温升过程 发热时间常数发热时间常数T T r r 表示发热进程的快慢。表示发热进程的快慢。 物理意义物理意义 实际上，当实际上，当t=(3t=(34)T4)T r r 时，时， 已趋于稳定温升已趋于稳定温升 w w 。 T Tr r 与导体的热容量成与导体的热容量成 正比，与导体散热能正比，与导体散热能 力成反比，而与电流力成反比，而与电流 无关。无关。 t w Tr k 2
13、1 0 作者： 版权所有 2 2、导体的载流量、导体的载流量 根据稳定温升根据稳定温升 w w 的公式的公式 有：有： 而稳定温升而稳定温升 w w = = w w - - 0 0 ， 其中：其中： 0 0 是环境温度，是环境温度， w w 是导体正常工作时长期发热稳是导体正常工作时长期发热稳 定温度。定温度。 如果令如果令 w w = = al al ，即导体长 ，即导体长 期发热允许温度，则长期发热期发热允许温度，则长期发热 允许电流允许电流 I Ial al 为： 为： 则有：则有： 作者： 版权所有 2 2、导体的载流量、导体的载流量 通常，厂家给出的导体载流量是在环境温度通常，厂家给
14、出的导体载流量是在环境温度 0 0 为额定为额定 环境温度环境温度2525时得出的。而当导体工作的实际环境温时得出的。而当导体工作的实际环境温 度度与该温度不同时，则该导体的实际载流量应进行与该温度不同时，则该导体的实际载流量应进行 修正。修正。 即当实际环境温度为即当实际环境温度为 0 0 时，导体的实际载流量时，导体的实际载流量 其中其中是温度修正系数是温度修正系数 作者： 版权所有 3 3、提高导体载流量的方法、提高导体载流量的方法 1. 1. 减小导体交流电阻减小导体交流电阻R Rac ac = = K K f f R R dcdc = = K K f f LL/S/S 2. 2. 增
15、大散热面积增大散热面积 F F 和换热系数和换热系数 FF：矩形导体：矩形导体槽形导体槽形导体 ：导体表面涂油漆；合理布置导体；强迫冷却：导体表面涂油漆；合理布置导体；强迫冷却 比如采用电阻率比如采用电阻率小的导体；增大导体截面积小的导体；增大导体截面积S S ； 采用槽形、管形导体减小集肤效应采用槽形、管形导体减小集肤效应K K f f 等。等。 作者： 版权所有 3 3、提高导体载流量的方法、提高导体载流量的方法 例31 3.2 3.2 载流导体短路时发热计算载流导体短路时发热计算 作者： 版权所有 导体的短时发热导体的短时发热 vv导体的短时发热是指：导体的短时发热是指： 短路开始到短路切除为止，很短一段时间内导体通过短路开始到短路切除为止，很短一段时间内导体通过 短路电流所引起的发热。短路电流所引起的发热。 vv导体短时发热的导体短时发热的计算目的：计算目的： 确定导体通过短路电流时的最高温度确定导体通过短路电流时的最高温度 h h 。 vv如果如果
