发电厂电气课程课件 3.2导体的发热和散热

第二节导体的发热和散热

导体的发热计算，根据能量守恒原理，导体产生的热量和耗散的热量相等。（2-1）在发电厂和变电站中，母线（导体）大都采用硬铝或铝锰、铝镁合金制成。

无论正常情况下通过工作电流，或短路时通过短路电流，母线都要发热。

为使母线发热温度不超过最高允许温度，需了解发热过程，并进行分析计算。

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：单位长度导体的空气对流散热量；

Qf：单位长度导体向周围介质辐射的散热量。

单位长度导体，通过母线电流IW时，由电阻损耗产生的热量，计算式（2-2）

导体的交流电阻

为（2-3）

θw为导体的运行温度；Rac为1000m长导体在20℃的直流电阻；S为导体截面积。1.导体电阻损耗的热量QR材料名称（℃-1）纯铝0.029000.00403铝锰合金0.037900.00420铝镁合金0.045800.00420铜0.017900.00385钢0.139000.00455表2-1电阻率

及电阻温度系数

材料电阻率ρ与电阻温度导数见表2-1.图2-1矩形导体的集肤效应系数

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。图2-2圆柱及圆管导体的集肤效应系数

圆柱及圆管导体的集肤效应系数Kf图。

吸收太阳辐射（日照）的能量会造成导体温度升高，凡安装在屋外的导体应考虑日照的影响。对于单位长度圆管导体，

可用下式计算

（W/m）

（2-4）

对于屋内导体，因无日照的作用，这部分热量可忽略不计。2.导体吸收太阳辐射的热量QtEt：太阳辐射功率密度；At：导体对太阳照射热量的吸收率；Ft：单位长度导体受太阳照射面积；D：导体外直径。

由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程，称为对流。由传热学可知，对流散热所传递的热量，与温差及散热面积成正比，即导体对流散热量

为

（W/m）

（2-5）3.对流散热量QL

αl：对流散热系数；

θw：导体运行温度；

θ0

：周围空气温度；Fl：单位长度导体散热面积。

（1）自然对流散热。屋内自然通风或屋外风速小于0.2m/s，属于自然对流散热。空气自然对流散热系数，[W/（m2·℃）]（2-6）

单位长度导体的散热面积与导体的形状、尺寸、布置方式等因素有关。导体片（条）间距离越近，对流散热条件就越差，故有效面积应相应减小。几种常用导体的对流散热面积。图2-3常用导体对流散热面积形式单条矩形导体对流散热面积为

如图2-3(b)所示，二条矩形导体对流散热面积为

如图2-3(c)所示，三条矩形导体对流散热面积为

当

如图2-3(d)所示，槽形导体对流散热面积：

当100mm<h<200mm时，为

当h>200mm时，为当

时，因内部热量不易从缝隙散出，平面位置不产生对流，故

如图2-3(e)所示，圆管导体对流散热面积为

（2）强迫对流散热。屋外配电装置中的管形导体，常受到大气中风吹的作用，风速越大，对流散热的条件就越好，因而形成强迫对流散热。

强迫对流散热系数a1为（2-7）Nu为努谢尔特准则数，用于表征传热学中对流散热强度的系数。如果风向与导体不垂直，其值为将式（2-7）乘以修正系数

后，代入式（2-5）中，即得强迫对流散热量为（2-8）

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。根据斯蒂芬—波尔兹曼定律，导体向周围空气辐射的热量，与导体和周围空气绝对温度四次方差成正比，即导体辐射散热量Qf为

（2-9）

式中，为导体材料的相对辐射系数，见表2-2。

4.导体辐射散热量Qf

材

料辐射系数材

料辐射系数绝对黑体1.00氧化了的钢0.80表面磨光的铝0.040有光泽的黑漆0.82氧化了的铝0.20～0.30无光泽的黑漆0.91氧化了的铜0.60~0.70各种颜色的油漆，涂料0.92~0.96表2-2导体材料的黑度系数

Ff为单位长度导体的辐射散热表面积。计算时参见图2-4图2-4导体的辐射散热（a）单条矩形导体；（b）二条矩形导体图2-4（a）所示，单条矩形导体辐射散热表面积为

图2-4（b）所示，二条矩形导体内侧缝隙间的面积仅有一部分能起向外辐射作用。故二条矩形导体的辐射散热表面积为三条矩形导体的辐射表面积，可按二条导体相同理由求得

槽形导体的辐射散热表面积为5.导热散热量

根据传热学可知，导热散热量Qd为