矩形复合导体允许载流量的计算方法

矩形复合导体允许载流量的计算方法东北电力设计脘张大文f ( 273 + tDL V To oo内容提要本文介绍了由矩形复合导体允许载流量的计算方法，大 大方便了设计选用非常用规格导体，可供同类工程的孝考。工程设计选用导体的允许载流量系根据设 计技术规定及设计手册等所规定的数据进行 的。而这类数据总是在某种条件下得出的，但 工程设计有时会超出上述规定的范围，为此有 必要提出导体允许载流量的计算方法，供工程 设计计算使用。本文提出的计算公式已经过了 若干工程的实例计算并与电力工程设计手 册中的有关数据进行对比分析，表明本计算 方法基本上是可用的。一、基本概念导体的散热形式有传导、辐射和对流二种 形式，而户内配电装置的导体散热n有辐射和 对流，因空气热传导性很小及支持导体绝缘子 导热极差，因此可以认为导体发热不向周围空 气及支持导体的钢架上传导。在上述假定下， 导体在某一环境父气温度卜的%*体表面温度稳 定在+ 70C时，通过导体的电流即为该环境温 度下的允许载流量。二、导体允许载流量计算式导体表面温度为+70C时允许电流17所 产生的热量全被辐射及自然对流所带走，而导 体表面温度稳定在+ 70C，在此假设条件下 的计算式如下。Fdlcm长导体的有效对流散热表 面积(cm2)。R70在+ WC时每lcm长纯铝导 体表面的交流电阻(Q/cm);R70 = 0. 0291 + 0. 00434(70 - 20) K./100A(2)Kf-一集肤效应系数；0. 029+20C时纯铝的电阻率（Q- m m2 / m) 50. 00434纯铝温度系数；A导体截面积(mm 2);Qf导体向空气辐射的热量根据斯蒂芬-波尔茨曼定律，绝对黑体每 小时每平方米辐射的热量QF为：Qf = oqT4 (kcal/m zh) a0绝对黑体辐射常数； 其值为4. gxlOikcal/mlK；4 T绝对温度n _ 4.9（273 + h)4 -(打3卞 ioo1 (kca /m z h)Qf =-(-27tlL-)4(W/Cm2)to导体表面温度，取+ 70Cj“环境气温；对于非纯黑物体可乘以辐射系数S，其值随 导体表面颜色不同而异，对于导体表面涂以相 序标志色漆时，S = 0.95273 + tp 1000式中：Fflcm长导体的有效福射散热表面积（cm2);. Qf = 5.415(b 两导体内侧间距。菱形母线幅射角系数印2为CP2 =（3)导体的对流散热量Qd根据试验公式，条 状导体的散热量为：Qd =1.5xlO4(tD -tt)1-35立放母线幅数角系数心为1= V1 + (T)2式中：h导体高度j/hib h J(6)式中：h两导体之间的中心距三、导体允许载流量的对比与分析今对100mm x 10mm矩形单片招导体及以 此单片组成的二片、三片及四片复合导体在立 放及平放时的允许载流量，根据前面的（1)、 (2)、（3)及（4)式进行分析；分析中忽略了 支持绝缘子及构架对导体的散热影响，并因为 户内配电装置的空间比导体本身大得多，故假 定导体的散热量不会使户内配电装置内空气温 度升高。下面将计算的允许载流量与1972年3 月版电力工程设计手册（第一册)刊载的实 测值进行对比和分析。1、三片立放导体安装示意图见图1，辐射散热及对流散热 情况与两片立放相同，为0.9,所以（1)式中的 Ff = 30cm 2 ,Fd = 56cm2，（2)式中的kf =1.4(1) tt = 4- 25 C Qf = 0.0322W/cra2 Qd = 0.256W/cm2 R7 0 = 164 xlO9Q/cm ly =S615A (实测值36幼入 误差为-0.69%(2) tk = +35CQF =0.02622W/cm2 Qd = 0.01822W/cm2 R7 0 = 164 xlOBQ/cm 1, =3147A.(实测值3190A)误差为-1.3 %。(3) tt = +40CQf = 0.02298W/cm2 Qd =0. 0148W/cm2 R 7 o = 164 x 10_B Q/cm Iy =2890A(实测值2950A)误差为- 2 %。2、三片平放导体安装示意图见图2。辐射散热条件与三片 立放相同。对流散热条件与二片平放相同，故 (L)式中的Fd =31 cm2。（2)式中的kf =1.4。图2(1) tk = +25CQf = 0. 0322W/cm2 Qd = 0. 0256W/cmz R7l) = 164 x 10一9Q/cm ly =3275.A (实测值3350A) 误差为-2.2%(2) tk = +35CQF =0. 02622W/cmz Qd = 0. 01822W/cm2 R7 o = 164 x 10*SQ/cm I? =2870A (实测值2935A)误差为-2.2%(3) tk =40C Qf = 0.02298V/cm z Qd = 0.0148W/cm2 R? o = 164 X 10-93/cm Iy =2645A(实测值2715A)误差为-2.6%。.3、四片立放导体安装示意图见图3。辐射散热对流散热与 三片立放导体情况相同，h =0.9,故（1)式中 的Ff = 34cm 2FD = 58c.m 2。（2)式中的Kf =图3(1) tt =25C Qf = 0.0322W/cm 2 Qd = 0.0l56W/cm 2 R7o = 149 X 10sf3/cm Iy =4160A(实测值4150A) 误差为+ 0.24%。(2) tk = +35C Qf = 0.02622W/cm 2 Qd = 0.01822W / cm2 R7 o = 149 x lO0/cm Ir =S615A (实测值3650A) 误差为-0.96%(3) tk = +40C Qf = 0.02298W/cm z Qd = 0.0l48W/cm 2 R 7 o = 14 9 x lO9Q/cm Iy =3317A (实测值3400A) 误差为-2J-4%4、四片平放导体安装示意图见图4。辐射散&Ff与四片 立放相同，对流散热与三片平放相同，只不过 由于四片有三条缝隙，故（1)式中的Fd = 38 cm。（ 2 )式中的K, = 1.62。Qf = 0.0322W/cm 2 Qd = 0.0256W/cm 2 R7 o = 149 x iOeQ/cm Iy =3725A (实测值3820A)误差为-2.5%(2) tt = +35CQF = 0.02622W/cm2 Qd = 0.0l822W/cm2 R7 o = 149 x 10_8Q/cm ,= 32別八（实测值3360八）误差为3 %(3) tt = +40CQf = 0.02298W/cm 2 Qd = 0.0l48W/cm 2 R7 0 = 14 9 x 10_9Q/cm Iy = 3003A(实测值3130A)误差为- 4 %四、非常用规格导体计算举例IT今选用l40mm x 10mm纯招导体二片组成 立放复合.导体，因设计技术规定及设计手册没 有列出，现用本文介绍的计算方法确定+ 25C 时的允许载流量。导体的集肤效应系数k, 1.28,由（5)式可得辖射角系数叭0,93,故 (1 )式中的 Ff = 33.96cm % FD=46cm2,由 ( 3 )式得 QF = 0.0322W/cm 2，由（4)式得 QD = 0.0256W/cm% 由（2)式得R7C=i6x108Q/cm,故由（1 )式得Iy = 3756A。五、菱形导体的散热及允许载 流量计算1、菱形导体散热分析菱形导体由四片矩形铝排组成，由于铝排 之间距离较大，四个菱角处缝隙较宽，内部辐 射散热条件较有利。但内部辐射散热与两组平 行导体的辐射角系数有关且受茼平行导体间辐 射散热的互相干扰，所以其有效散热面积要降 低到85%。外部辐射和对流有效散热表面积为 四片矩形导体的外表面积及八个端部表面积之 和，辐射散热情况见图5,对流散热情况见图 60图6菱形早体对流散热示意国2、载流量计算今对五种规格h xb xh xH(见图7)纯铝 菱形导体80 x 8 x 140 X 157(A = 2560mm % K, = 1.04)80 x 10 x 144 x 160(A = 3200mm2, K f = 1.06 )等5种菱形导体求出允许载流量并 就80 x 8 x 14 0 X 157菱形导体计算如下。 cp2 = 0.279 Ff = 58cm 2 Fd =38.4cm2 R7。= 143 x lO9Q/cm图T菱形导体结构示意图(1) tk = +25CQf = 0.0322W/cm2 Qd =0.0256W/cm2 QfFf = 1.87W QdFd = 0.98W Ir =4462A(实测值4550A) 误差为-0.19%(2) tk = +35C()F = 0.02622W/cm 2 Qd = 0.0l822W/cm 2Q f F = 1.52WQdFd = 0.7W= i939A (实测值4000A) 误差为-1.5%.(3) = +40CQF = 0.02298W/cm2 Qd = 0.0148W/cm 2 QfFf = 1.33W QDFD = 0,568WI, =3643A (实测值3680A)误差为-1 %其余4种规格菱形导体计算，按上述办法 将计算结果（ 5种规格)列如表1。表1环境温度tk+25C+ 35C+40T：IrCA)及其误差计算值44623939364380X8X140X157实测值455040003680负误差0.19%X.S%1%计算值50394446411480X10X144X160实测值510044804130负误差0.8%0.76%0.39%计算值447748314472100X8X160X185实测值SS5048804500负误差1.3%1%0.62%计算值614054195014100X10X164X188实测值620054505020负误差0.97%0.57%0A2%计算值719663545876120x10X184x216实测值730064205910负误差1.4%1%0.58%六、槽形导体的散热及允许载 流量计算1、槽形导体散热分析见图8，由导体安 装示意图可知，槽形导体的二个缝隙较窄而且 在上下两处缝隙上焊有数量较多的固定板，其 辐射散热主要靠外部导体表面积起散热作用， 对流散热靠导体外部两侧面积顶部外部面积及 底部外部二分之一的面积，内部表面积不起对导体线流散热作用。2、允许载流量计算今对11种规格h X b x c X r纯铝槽形导体 75 X35 x 4 x 6 (A = 1040mmS K, = 1.012) 求出允许载流量如表2。环境温度（U)十2St+3SX：+40*CIy(A)及其误差计算值21501889174475X35X4X6实测值误差手册中未给出同左同左计算值24702170200375X35X 5.5X6实测值267023502160，误差-7,5%-7.7%-7.3%计算值299S26312429100X45X4.5X8实测值282024802280误差+ 6.2%+6.1%+6 5%计算值339029792750100 x 45 x 6 x 8实测值3S00 -30802830误差-3.10%-3.3%-2.8%计算值436838373542125x55x6.5x10实测值464040483760误差-5.9%-6%-5.8%计算值5382472843 64150x65x7x10实测值565049704580误差 4.7%-4.9%-4.7%计算值681359875526175 xff80x8xl2实测值643056605210误差+6%+ 5.8+6.1%计算值832973186755200X90X10X14实测值755066406120误差+ 1(W+10%+ 10%计算值877977147120200x90X12x16实测值883077707150误差-0.58%-0.72%-0.42%计算值1017289388250225x105x 12.5x16实测值1030090708350误差-1.2%-1.5%-1.2%计算值1118598279072250x115X 12.5x16实测值1080095008750误差+3.6%+3.4%+3.7%19图8漕形导体示意图论大容量变压器相间短路的后备保护白忠敏河南省电力勘测设计院#婪#祢#钵棒#棒褲槔捧#算被均小宁实测值，故所选导体的允许载流量le式中:内容提要本文综述了原有U022.3kV交压器陳护裝H存在的问 题，提出了解决办法，完告了变压器味护，有利于K护Sli 的调校和安全运H1。-U-一、則目近几年来，随着电力工业的迅速发展，电 力系统继电保护装置更加完善，性能更加良 好，种更加齐全。系统网络保护在总结国内 外#进经验的基础上，创造性地设计、制造了 全国范围内的“四统一”电网保护屏；发电 机、变压器等元件保护也在逐步定型、不断完 善。这些保护装置对提髙设计质量、加快建设 速度、提高电网和电气设备的安全性、可靠性 起了很大的作用。和电网线路保装置相比， 发电机、变压器等元件保护由于其技术参数# 类芩多，接线方式多种多样，加之各继电保护 制ii厂家的产品品种、结构尺寸各不相同，从 而使其典型化、通用化存在一定的困难。但 是，这些困难并非不可克服，特别是我同近几 年来，各行各业，包括继电器行业的标癌化工 作已取得了很大的进展，发、变电设备、继电 保护元件以及屏、台、柜的国家标准