导体载流量和运行温度计算

1、导体载流量和运行温度计算 导体载流量和运行温度计算 3.1 导体载流量和运行温度计算导体载流量和运行温度计算 导体载流量和运行温度计算 一、概述一、概述 n 载流导体的电阻损耗 n 绝缘材料内部的介质损耗 n 金属构件中的磁滞和涡流损耗 1. 电气设备通过电流时产生的损耗电气设备通过电流时产生的损耗 热量 电气设备的 温度升高 导体载流量和运行温度计算 一、概述一、概述 n 绝缘性能降低： n温度升高 = 有机绝缘材料老化加快 n 机械强度下降： n温度升高 = 材料退火软化 n 接触电阻增加： n温度升高 = 接触部分的弹性元件因退火而压 力降低，同时接触表面氧化，接触电阻增加，引 起温度继

2、续升高，产生恶性循环 2. 发热对电气设备的影响发热对电气设备的影响 导体载流量和运行温度计算 一、概述一、概述 n 长期发热： n导体在正常工作状态下由工作电流产生的发热。 n 短时发热： n导体在短路工作状态下由短路电流产生的发热。 3. 两种工作状态时的发热两种工作状态时的发热 1o）短路电流大，发热量多 2o）时间短，热量不易散出 短时发热的特点： 在短路时，导体还受到很大的电动力作用，如果超过 允许值，将使导体变形或损坏。 导体的温度迅速升高 导体载流量和运行温度计算 一、概述一、概述 n正常时： n+70； n计及日照+80； n表面镀锡+85。 n短路时： n硬铝及铝锰合金+20

3、0； n硬铜+300。 4. 最高允许温度最高允许温度 导体载流量和运行温度计算 二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热 n导体的发热： n导体电阻损耗的热量 n导体吸收太阳辐射的热量 n导体的散热： n导体对流散热 n导体辐射散热 n导体导热散热 导体载流量和运行温度计算 二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热 1. 导体电阻损耗的热量导体电阻损耗的热量QR ac 2 WR RIQ f t ac )20(1 K S R W （W/m） （/m） 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。 导体载流量和运行温度计算 二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热 2. 导体吸收

4、太阳辐射的热量导体吸收太阳辐射的热量Qt DAEQ ttt （W/m） 太阳辐射功率密度 导体的吸收率 导体的直径 导体载流量和运行温度计算 二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热 3. 导体对流散热量导体对流散热量Ql n由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程，称为 对流。 l0Wll )(FQ Fl 单位长度导体散热面积， 与导体尺寸、布置方式等因素 有关。导体片（条）间距离越 近，对流条件就越差，故有效 面积应相应减小。 b h 100 1 h A 100 2 b A b h b b 21 21 1 l 43 5 . 2 2 mm10 mm8 mm6 AA AA A Fb，当 )(4

5、 43 mm10 mm8 21 21 l AA AA Fb，当 b h b b b b )(2 21l AAF DF l D 导体载流量和运行温度计算 二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热 n由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程，称为 对流。 3. 导体对流散热量导体对流散热量Ql l0Wll )(FQ W 导体温度； 0 周围空气温度。 导体载流量和运行温度计算 二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热 n由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程，称为 对流。 (1) 自然对流散热：自然对流散热： 35. 0 0Wl )(5 . 1 3. 导体对流散热量导体对流散热量Ql l0Wll

6、 )(FQ al 对流散热系数。根据 对流条件的不同，有不同 的计算公式。 (2) 强迫对流散热：强迫对流散热： D Nu l 强迫对流风向修正系数： n BA)(sin 强迫对流散热量：DBA D N Q n u )(sin)( 0Wl 导体载流量和运行温度计算 二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热 4. 导体辐射散热量导体辐射散热量Qf n热量从高温物体以热射线方式传给低温物体的传播过 程，称为辐射。 f 4 0 4 W f 100 273 100 273 73. 5FQ Ff 单位长度导体的辐射散热面积，依导体形状和布置 情况而定。 导体载流量和运行温度计算 二、导体的发热和散热二、

7、导体的发热和散热 5. 导体导热散热量导体导热散热量Qd n固体中由于晶格振动和自由电子运动，使热量由高温 区传至低温区；而在气体中，气体分子不停地运动， 高温区域的分子比低温区域的分子具有较高的速度， 分子从高温区运动到低温区，便将热量带至低温区。 这种传递能量的过程，称为导热。 21 dd FQ 导热系数 导热面积 物体厚度 导体载流量和运行温度计算 三、导体载流量的计算三、导体载流量的计算 Rlf QQQ 2 0 () lfww I RQQaF 导体长期发热过程中的热量平衡关系为导体长期发热过程中的热量平衡关系为： 用一个总散热系数来代替两种散热的作用 0 () lf ww QQ aF

8、I RR 可得导体稳定温度和空气温度下的容许电流值， 上式将限制导体长期工作电流的条件从温度转化为电流。上式将限制导体长期工作电流的条件从温度转化为电流。 我国生产的各类导体截面已标准化，有关部门已经计算 出载流量，选用导体时只需查表即可。 导体载流量和运行温度计算 导体额定电流导体额定电流I 的修正的修正 0 () lf ww QQ aF I RR 0 () lf ww QQ aF I RR 0 w w II 当实际环境温度与额定环境温度 不同时，应对导体的载流量进行修正。 两式两边相除，得出实际环境温度为实际环境温度为 时的载流量时的载流量： 导体载流量和运行温度计算 载流导体的长期发热计

9、算举例 0 0 例例1 某降压变电所某降压变电所10kV屋内配电装置采用裸铝母线，屋内配电装置采用裸铝母线， 母线截面积为母线截面积为12010(mm)2，规定容许电流，规定容许电流I 为为 1905(A)。配电装置室内空气温度为。配电装置室内空气温度为36。试计算。试计算 母线实际容许电流。母线实际容许电流。(0 取取25) 解：因铝母线的解：因铝母线的w =70，规定的周围介质极限温，规定的周围介质极限温 度度 0 =25，介质实际温度为，介质实际温度为36，规定容许电，规定容许电 流流I 为为1905(A)。利用公式可得：。利用公式可得： 0 w w II 导体载流量和运行温度计算 正常

10、负荷电流的发热温度的计算 n式中式中 0 0-导体周围介质温度；导体周围介质温度； e e-导体的正常最高容许导体的正常最高容许 温度；温度； I IF F - -导体中通过的长期最导体中通过的长期最 大负荷电流；大负荷电流； I Ie e - -导体容许电流，为导体容许电流，为 导体额定电流导体额定电流I Ie e 的修正的修正 值。值。 导体载流量和运行温度计算 载流导体的长期发热计算举例 例例2 铝猛合金管状裸母线，直径为铝猛合金管状裸母线，直径为120110 （mm）,最高容许工作温度最高容许工作温度80时的额定载流量是时的额定载流量是 2377(A)。如果正常工作电流为。如果正常工作

11、电流为1875(A),周围介质周围介质 (空气空气)实际温度实际温度0为为25。计算管状母线的正常最。计算管状母线的正常最 高工作温度高工作温度F?(0e =25) 解：解： 导体载流量和运行温度计算 3.2载流导体的短时发热计算载流导体的短时发热计算 导体载流量和运行温度计算 n载流导体的短时发热，是指短路开始至短路切除为止载流导体的短时发热，是指短路开始至短路切除为止 很短一段时间内导体发热的过程。很短一段时间内导体发热的过程。 n短时发热计算的目的，就是要确定导体的最高温度短时发热计算的目的，就是要确定导体的最高温度h h， 以校验导体和电器的热稳定是否满足要求。以校验导体和电器的热稳定

12、是否满足要求。 n载流导体短时发热的特点是：发热时间很短，载流导体短时发热的特点是：发热时间很短， 基本上基本上 是一个绝热过程。即导体产生的热量，全都用于使导是一个绝热过程。即导体产生的热量，全都用于使导 体温度升高。体温度升高。 n又因载流导体短路前后温度变化很大，电阻和比热容又因载流导体短路前后温度变化很大，电阻和比热容 也随温度而变，故也不能作为常数对待。也随温度而变，故也不能作为常数对待。 导体载流量和运行温度计算 一、短时发热过程 在导体短时发热过程中热量平衡的关系是，电阻损在导体短时发热过程中热量平衡的关系是，电阻损 耗产生的热量应等于使导体温度升高所需的热量。耗产生的热量应等于

13、使导体温度升高所需的热量。 (W(Wm)m) 电阻损耗产生的热量导体的吸热量。 Rw QQ 导体载流量和运行温度计算 0(1 ) l R S 0(1 )CC 2 kt iR dtmC d m mSl 2 00 1 (1)(1) ktm idtSCd S 2 0 2 0 1(1) (1) m kt C idtd S 短时发热过程中，导体的电阻和比热容与温度的函数关系为： 由热量平衡微分方程得 将 代入得 整理得： 导体载流量和运行温度计算 k t w h 2 0 2 0 0 00 22 00 1(1) (1) ln(1)ln(1) kh w t m kt mm hhww hw C idtd S

14、CC aa AA 2 0 k t kkt Qidt 2 1 khw QAA S k Q 对两边积分，时间从0（短路开始）到 （短路切除）， 温度对应从 （导体短路开始温度）到 （通过短路电流发热 后最高温度）， 令 称为短路电流热效应。称为短路电流热效应。 导体载流量和运行温度计算 h A w A ( )f A 和 曲线，见书图。 0 2 0 0 2 0 ln(1) ln(1) m hhh m www C A a C A a 具有相同的函数关系，与导体的材料和温度有关， 有关部门给出常用材料的 导体载流量和运行温度计算 铜、铝、钢三种材料的A=f()曲线 导体载流量和运行温度计算 2 1 hw

15、k AAQ S ( )f A w w A k Q h A h A h 短路终了时的值：短路终了时的值： 根据根据 曲线计算短时发热最高温度的方法曲线计算短时发热最高温度的方法： 由短路开始温度 （通常取正常运行时最高允许温度），查出对应的 如已知短路电流热效应 则计算出 再由 查出短路终了温度 ，即短时发热最高温度。 如果该值小于所规定的导体短时发热允许温度， 导体不会因短时发热而损坏，称之满足热稳定要求。 导体载流量和运行温度计算 2 0 k t kkt Qidt I eq t 工程上常采用近似计算法来计算短路电流热效应。 等值时间法等值时间法 利用曲线面积代表导体在短路过程终所发出的热量，

16、导 体的电流始终是稳态短路电流 ，短路电流发热等值时间 ，则短路电流热效应积分式子转化成： 二、短路电流热效应Qk的计算 22 0 k t kkteq QidtIt 导体载流量和运行温度计算 p I np I p t np t 222 0 () k t kkteqpnp QidtItItt k t I I 短路电流是由短路电流周期分量和非周期分量 短路电流发热等值时间也分为两部分：短路电流周期分量 发热等值时间和短路电流非周期分量发热等值时间 周期分量等值时间和短路切除时间以及短路衰减特性相关 组成， I为短路电流周期分量0s值 周期分量等值时间p t 曲线见书表 导体载流量和运行温度计算 2

17、 0.05 np t 1 k ts 1 k ts 非周期分量等值时间 短路电流非周期分量衰减很快，短路切除时间短路电流非周期分量衰减很快，短路切除时间 ，可以不计非周期分量的影响，可以不计非周期分量的影响， ，则必须考虑，则必须考虑 但短路切除时间但短路切除时间 导体载流量和运行温度计算 二、短路电流热效应Qk的计算 2 2）实用计算法。）实用计算法。 采用近似的数值积分法，即可求出短路电流周期分量热采用近似的数值积分法，即可求出短路电流周期分量热 效应为效应为 周期分量热效应 导体载流量和运行温度计算 非周期分量热效应 导体载流量和运行温度计算 非周期分量等效时间T(s) 短路点短路点 T(s)T(s) t td d0.10.1t td d0.1 0.1 发电机出口及母线发电机出口及母线 发电机电压电抗器后发电机电压电抗器后 0.2 发电厂升高电压发电厂升高电压 母线及出线母线及出线 0.080.08 0.10.1 变电所各级电压变电所各级电压 母线及出线母线及出线 0.050.05 导体载流量和运行温度计算 短路电流热效应Qd的计算举例 例例 发电机出口的短路电流发电机出口的短路电流I I“(0) (0)=18 =18（kAkA），），I I（ （0.50.5）=9 =9 （