第二章 载流导体的发热和电动力
第二章 载流导体的发热和电动力
内容 ○G ●第一节概述 ●第二节导体的发热和散热 ●第三节导体的长期发热及其载流量的计算 ●第四节短路时导体的发热及其最高温度的计算 ●第五节短路时导体的电动力计算
内 容 第一节 概述 第二节 导体的发热和散热 第三节 导体的长期发热及其载流量的计算 第四节 短路时导体的发热及其最高温度的计算 第五节 短路时导体的电动力计算
第一节概述 一.问题的引出 电流作用于电阻消 耗功率R 电气设备运行>电路中流有电流I 产生磁场
第一节 概述 一 .问题的引出 电气设备运行 电路中流有电流I 电流作用于电阻消 耗功率I2R 产生磁场
消耗在电阻上的电 机械强度下降； 阻损耗，电磁变换 导体到底可以承受 接触电阻增加； 中的磁滞和涡流损 绝缘性能下降 多大的热积累 耗及电场产生的介 质损耗 载流量 导体在磁场中受到 过大的电动力将 导体到底可以承受 力的作用F=BL 造成导体变形和 多大力的作用 损坏 电动力
消耗在电阻上的电 阻损耗，电磁变换 中的磁滞和涡流损 耗及电场产生的介 质损耗 导体在磁场中受到 力的作用F＝IBL 机械强度下降； 接触电阻增加； 绝缘性能下降 导体到底可以承受 多大的热积累 导体到底可以承受 多大力的作用 过大的电动力将 造成导体变形和 损坏 载流量 电动力
导体正常运行时发 热情况一长期发热 导体正常运行时和 导体发生故障时发 故障时候I变化很 热情况-短时发热 大，故障时电流远 远大于正常运行时 侯 导体发生故障时受 力的情况-电动力
导体正常运行时和 故障时候I变化很 大，故障时电流远 远大于正常运行时 候 导体正常运行时发 热情况－长期发热 导体发生故障时发 热情况－短时发热 导体发生故障时受 力的情况－电动力
导体和电器运行中的两种状态： 正常工作状态：U>I。 短时间内，导体要承受短时发热和电动力的作用 导体正常工作时，产生的各种损耗（电阻损耗，介质 损耗，涡流和磁滞损耗)变成热能使导体的温度升高， 带来不良影响，如机械强度下降，接触电阻增加，绝 缘性能降低等
导体和电器运行中的两种状态： 正常工作状态： U＜Ue I＜Ie 可以长期安全经济的运行 短路工作状态： Id >> Ie 短时间内，导体要承受短时发热和电动力的作用 导体正常工作时，产生的各种损耗(电阻损耗，介质 损耗，涡流和磁滞损耗）变成热能使导体的温度升高， 带来不良影响，如机械强度下降，接触电阻增加，绝 缘性能降低等
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， 若超过允许值，将会使导体发生变形或损坏。 发热温度不得超过一定数值，称为最高允许温度。 正常最高允许工作温度：70C(一般裸导体)、 80℃（计及日照时的钢芯铝绞线、管形导体）、 85C（接触面有镀锡的可靠覆盖层) 95℃（接触面有银的覆盖层) 短时最高允许温度：200C（硬铝及铝锰合金)、 300C（硬铜) 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
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， 若超过允许值，将会使导体发生变形或损坏。 发热温度不得超过一定数值，称为最高允许温度。 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 正常最高允许工作温度：70℃（一般裸导体）、 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） 95℃（接触面有银的覆盖层） 短时最高允许温度：200℃（硬铝及铝锰合金）、 300℃（硬铜 ）
第二节 导体的发热和散热 在稳定状态下，导体吸收的热量等于散去的热量 2r+2=2+2 2取单位长度导体电阻损耗的热量 2,~单位长度导体吸收太阳辐射的热量 2一单位长度导体的对流散热量 Q~单位长度导体向周围介质辐射的散热量
在稳定状态下，导体吸收的热量等于散去的热量 第二节 导体的发热和散热 QR ＋Qt ＝ Ql ＋Qf QR －单位长度导体电阻损耗的热量 Qt － 单位长度导体吸收太阳辐射的热量 Ql－ 单位长度导体的对流散热量 Qf － 单位长度导体向周围介质辐射的散热量
来自导体电阻损耗产生的热量和太阳日照的热量。 1.电阻损耗的热量2 QR=I·R Rell+a,(0-20. S 式中： Rc-导体的交流电阻(2/m) -导体温度为20℃时的直流电阻率(2mm2/m) α，-电阻温度系数（℃） Ow -导体的运行温度（℃） K 一集肤效应系数 S 导体截面积(mm2)
来自导体电阻损耗产生的热量和太阳日照的热量。 式中： Rac － 导体的交流电阻(Ω/m) ρ － 导体温度为20℃时的直流电阻率(Ω·mm2/m) αt － 电阻温度系数(℃-1) θW － 导体的运行温度(℃) Kf － 集肤效应系数 S － 导体截面积(mm2) 1．电阻损耗的热量QR R W R ac Q = I ⋅ 2 f t W ac K S R [1 ( 20)] ⋅ + − = ρ α θ
电阻率P及电阻温度系数C心， 材料名称 p(2.mm2/m) C(℃-1) 纯铝 0.02900 0.00403 铝锰合金 0.03790 0.00420 铝镁合金 0.04580 0.00420 铜 0.01790 0.00385 钢 0.13900 0.00455 导体的集肤效应系数K与电流的频率、导体的形状和尺寸有关。矩形截面导体的集 肤效应系数，如图2-1所示，图中为电流频率。圆柱及圆管导体的集肤效应系数K如 图2-2所示
材料名称 （℃-1） 纯铝 0.02900 0.00403 铝锰合金 0.03790 0.00420 铝镁合金 0.04580 0.00420 铜 0.01790 0.00385 钢 0.13900 0.00455 2 ρ( mm /m) Ω⋅ α 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。矩形截面导体的集 肤效应系数，如图2-1所示，图中f为电流频率。圆柱及圆管导体的集肤效应系数Kf 如 图2-2所示。 电阻率ρ 及电阻温度系数α t