1、 發熱對載流導體的影響；發熱對載流導體的影響； 導體的長時發熱與散熱；導體的長時發熱與散熱； 導體短時發熱與散熱；導體短時發熱與散熱；一一載流導體運行中的工作狀態載流導體運行中的工作狀態二二載流導體工作中的損耗載流導體工作中的損耗1.1. 電阻損耗電阻損耗2.2. 磁滯、渦流損耗磁滯、渦流損耗3.3. 介質損耗介質損耗三三發熱對導體和電氣的不良影響發熱對導體和電氣的不良影響1.1.機械強度下降機械強度下降2.2.絕緣性能降低絕緣性能降低3.3.導體接觸部分性能變壞導體接觸部分性能變壞lRS 輸電線或電磁線圈的輸電線或電磁線圈的導體本身及連接處都有導體本身及連接處都有電阻存在，當電流流過電阻存在

2、，當電流流過時，就會電阻損耗，將時，就會電阻損耗，將電能轉變為熱能。電能轉變為熱能。 P=KfjI2R交流電阻：交流電阻：電阻系數與溫度的關系：電阻系數與溫度的關系： 時的電阻系數；時的電阻系數；當當20(1)0(1)100 C00 C Kfj附加損耗系數，考慮交變電流集膚效附加損耗系數，考慮交變電流集膚效 應和鄰近效應的影響；應和鄰近效應的影響；集膚效應集膚效應 鄰近效應鄰近效應 當交變電流流過導線時，導線周圍變化的磁當交變電流流過導線時，導線周圍變化的磁場也要在導線中產生感應電流，從而使沿導線截面場也要在導線中產生感應電流，從而使沿導線截面的電流分布不均勻。尤其當頻率較高時，此電流幾的電流

3、分布不均勻。尤其當頻率較高時，此電流幾乎是在導線表面附近的一薄層中流動，這就是所謂乎是在導線表面附近的一薄層中流動，這就是所謂的集膚效應現象。的集膚效應現象。 相鄰導線流過高頻電流時相鄰導線流過高頻電流時, ,由于電磁作用使電由于電磁作用使電流偏向導線一側分布的特性流偏向導線一側分布的特性, ,稱為鄰近效應。稱為鄰近效應。 若兩根導線流過的電流方向相反，則相鄰近的若兩根導線流過的電流方向相反，則相鄰近的一側電流密度比較大；一側電流密度比較大； 若兩根導線流過的電流方向相同，則相鄰的一若兩根導線流過的電流方向相同，則相鄰的一側電流密度較小，相反的一側電流密度較大。側電流密度較小，相反的一側電流密

4、度較大。 基本磁滯回線基本磁滯回線 Br 剩余磁感應強度；剩余磁感應強度； HC 矯頑力矯頑力 這種這種B的變化的變化滯滯 后于后于H變化的現象變化的現象 稱為磁滯現象。稱為磁滯現象。鐵磁質物質內鐵磁質物質內的磁感強度的磁感強度外磁場強度外磁場強度 交變磁通在鐵心中產生的磁滯損耗和渦流損耗交變磁通在鐵心中產生的磁滯損耗和渦流損耗的和稱為鐵磁損耗，簡稱為鐵損。的和稱為鐵磁損耗，簡稱為鐵損。 電電 介介 質質 電氣絕緣材料；電氣絕緣材料； 介質損耗介質損耗 交流電場中的電介質特性；交流電場中的電介質特性； 電導損耗電導損耗+ +極化損耗；極化損耗； 電導損耗電導損耗 由泄漏電流形成；由泄漏電流形成

5、； 極化損耗極化損耗 電介質中的帶電粒子由于不電介質中的帶電粒子由于不 斷、反復的極化消耗的電能所斷、反復的極化消耗的電能所 轉化成的熱能。轉化成的熱能。 絕緣材料的耐熱溫度；絕緣材料的耐熱溫度； 絕緣材料的壽命周期；絕緣材料的壽命周期； 絕緣材料的允許溫度；絕緣材料的允許溫度；絕緣材料的耐熱溫度：絕緣材料的耐熱溫度： 該類材料所能承受而不致引起其該類材料所能承受而不致引起其機械特性機械特性、電氣特電氣特性性和和熱性能降低熱性能降低的最高工作溫度，也稱的最高工作溫度，也稱極限溫度極限溫度。 按我國標準將絕緣材料按耐熱溫度分為七級，在該按我國標準將絕緣材料按耐熱溫度分為七級，在該溫度下能工作溫度

6、下能工作20000h而不致損壞。而不致損壞。等級等級耐熱耐熱溫度溫度相應的材料相應的材料Y Y9090未浸漬過的棉紗、絲及電工絕緣紙等材料或組合物所組成的絕未浸漬過的棉紗、絲及電工絕緣紙等材料或組合物所組成的絕緣結構緣結構A A105105浸漬過的浸漬過的Y Y及絕緣結構材料及絕緣結構材料E E120120合成的有機薄膜、合而成的有機瓷器等材料或其組合物組成的合成的有機薄膜、合而成的有機瓷器等材料或其組合物組成的絕緣結構絕緣結構B B130130以合適的樹脂粘合或浸漬涂覆后的云母、玻璃纖維、石棉等。以合適的樹脂粘合或浸漬涂覆后的云母、玻璃纖維、石棉等。F F155155以合適的樹脂粘合或浸漬涂

7、覆后的云母、玻璃纖維、石棉等，以合適的樹脂粘合或浸漬涂覆后的云母、玻璃纖維、石棉等，以及其他無機材料，合適的有機材料或其組合物所組成的絕緣以及其他無機材料，合適的有機材料或其組合物所組成的絕緣結構結構H H180180硅有機漆，云母、玻璃纖維、石棉等用硅有機樹脂粘合材料以硅有機漆，云母、玻璃纖維、石棉等用硅有機樹脂粘合材料以及一切經過實驗能用在此溫度范圍內的各種材料及一切經過實驗能用在此溫度范圍內的各種材料C C180180以合適的樹脂（如熱穩定性特別優良的硅有機樹脂）粘合或浸以合適的樹脂（如熱穩定性特別優良的硅有機樹脂）粘合或浸漬涂覆后的云母、玻璃纖維等，以及未經浸漬處理的云母、陶漬涂覆后的

8、云母、玻璃纖維等，以及未經浸漬處理的云母、陶瓷、石英等材料或其混合物所組成的絕緣材料瓷、石英等材料或其混合物所組成的絕緣材料最高允許溫度：最高允許溫度： 是用一定方法測定的電器元件的是用一定方法測定的電器元件的最熱溫度最熱溫度，在此溫度下，在此溫度下，整個電器能保持連續工作；整個電器能保持連續工作；允許溫度小于耐熱溫度；允許溫度小于耐熱溫度；分為正常最高允許溫度和短路最高允許溫度，后者較高；分為正常最高允許溫度和短路最高允許溫度，后者較高；電氣設備的允許溫度要考慮到它的最薄弱環節；電氣設備的允許溫度要考慮到它的最薄弱環節；短路最高允許溫度通常用來校驗設備的熱穩定性。短路最高允許溫度通常用來校驗

9、設備的熱穩定性。發熱使導體接觸面氧化，生成氧化層薄膜，接觸發熱使導體接觸面氧化，生成氧化層薄膜，接觸 電阻增大，增大的速度隨溫度的升高而成倍增長；電阻增大，增大的速度隨溫度的升高而成倍增長；使彈簧的彈力元件退火，壓力降低，接觸電阻增加；使彈簧的彈力元件退火，壓力降低，接觸電阻增加；可能導致局部過熱火災。可能導致局部過熱火災。 產生接觸電阻的原因：產生接觸電阻的原因： 1 1、 切面（接觸面）表面的凹凸不平，金屬實際接切面（接觸面）表面的凹凸不平，金屬實際接觸面積減小，使電流線在接觸面附近發生嚴重收縮觸面積減小，使電流線在接觸面附近發生嚴重收縮現象；現象； 2 2、 接觸面在空氣中可能迅速形成一

10、層薄膜附著接觸面在空氣中可能迅速形成一層薄膜附著于表面，使電阻增大。于表面，使電阻增大。接觸電阻接觸電阻RJ由兩部分組成：由兩部分組成：（1 1）收）收 縮縮 電電 阻阻RS；（2 2）表面膜電阻）表面膜電阻 Rb；RJ= RS+Rb固定接觸：用緊固件壓緊的電接觸。工作過程中無相固定接觸：用緊固件壓緊的電接觸。工作過程中無相對運動。對運動。可分接觸：在工作中可以分開的接觸，又稱觸頭。可分接觸：在工作中可以分開的接觸，又稱觸頭。滑動及滾動接觸：在工作中，觸頭間可以互相滑動或滑動及滾動接觸：在工作中，觸頭間可以互相滑動或滾動，但不能分斷電路。滾動，但不能分斷電路。 整個接觸面的收縮電阻為：整個接觸

11、面的收縮電阻為： 各個接觸點收縮電阻的并聯值；各個接觸點收縮電阻的并聯值； 與材料形變情況有關的量；與材料形變情況有關的量； 材料的布氏硬度，材料的布氏硬度，N/m3； 加于二導體的機械壓力，加于二導體的機械壓力，N； 接觸點的數目。接觸點的數目。HB2SHBRnFnF 在電接觸的接觸面上，由于污染覆蓋著一層導在電接觸的接觸面上，由于污染覆蓋著一層導電性很差的物質，由此而形成的接觸電阻稱為電性很差的物質，由此而形成的接觸電阻稱為膜電膜電阻阻。 膜電阻的影響：膜電阻的影響：1.1.使接觸電阻值增大；使接觸電阻值增大；2.2.接觸嚴重不穩定；接觸嚴重不穩定；3.3.破壞電接觸的正常導電。破壞電接觸

12、的正常導電。塵埃膜：塵埃膜： 指飛揚于空氣中的固體微粒，由于靜電的吸引指飛揚于空氣中的固體微粒，由于靜電的吸引力而覆蓋在接觸表面形成的膜電阻。力而覆蓋在接觸表面形成的膜電阻。特點：特點： 在外力作用下，易脫落，具有隨機性。在外力作用下，易脫落，具有隨機性。吸附膜：吸附膜： 指氣體分子或水分子在接觸表面的吸附層。指氣體分子或水分子在接觸表面的吸附層。特點：特點： 只有幾個分子層厚，高壓強時，可降低到只有幾個分子層厚，高壓強時，可降低到1212個分子層，但無法完全消除。個分子層，但無法完全消除。 該膜靠該膜靠隧道效應隧道效應導電。導電。無機膜：無機膜： 暴露在空氣中的金屬觸頭，在化學腐蝕的作用暴露

13、在空氣中的金屬觸頭，在化學腐蝕的作用下，表面形成各種金屬化合物的薄膜（如氧化膜，下，表面形成各種金屬化合物的薄膜（如氧化膜，與與H2S反應生成硫化膜）。反應生成硫化膜）。特點：特點： 取決于金屬的化學和電化學性質。其對電接觸取決于金屬的化學和電化學性質。其對電接觸的破壞性取決于膜的厚度和膜的性質（薄的膜在大的破壞性取決于膜的厚度和膜的性質（薄的膜在大壓力下易碎，有些膜又可在高溫下分解）。壓力下易碎，有些膜又可在高溫下分解）。有機膜：有機膜： 從絕緣材料中析出的有機蒸氣，在金屬觸頭表面形成一從絕緣材料中析出的有機蒸氣，在金屬觸頭表面形成一層粉狀的不導電的有機聚合物薄膜，稱之為有機膜層粉狀的不導電

14、的有機聚合物薄膜，稱之為有機膜。 特點：特點： 其絕緣性能好，絕緣電阻大，擊穿電壓比無機膜大很多。其絕緣性能好，絕緣電阻大，擊穿電壓比無機膜大很多。破壞膜的方法主要是：破壞膜的方法主要是：（1 1）利用機械力作用將膜壓碎；）利用機械力作用將膜壓碎；（2 2）使用高溫迫使膜分解或融化；）使用高溫迫使膜分解或融化；接觸形式：接觸形式： 按接觸外形的幾何形狀不同，可分為三類：點按接觸外形的幾何形狀不同，可分為三類：點接觸、線接觸、面接觸。接觸、線接觸、面接觸。 加在觸頭上的總壓力是加在觸頭上的總壓力是F，接觸點的數目是，接觸點的數目是n，那么每個接觸點上的壓力值設為那么每個接觸點上的壓力值設為F1，

15、則：，則： nFF 1 材料性質：材料性質： 電阻率；電阻率； 硬度；硬度； 化學性能；化學性能； 生成金屬化合物的機械強度與電阻率。生成金屬化合物的機械強度與電阻率。 接觸壓力：接觸壓力：接觸壓力大接觸壓力大接觸點數目增多；接觸點數目增多； 每個接觸點有效接觸面積加大；每個接觸點有效接觸面積加大； 可使吸附膜分子層變薄；可使吸附膜分子層變薄； 表面膜裂縫；表面膜裂縫； 收縮電阻和膜電阻都會減小。收縮電阻和膜電阻都會減小。 觸頭密封結構：觸頭密封結構： 減少污染和腐蝕，通常在密閉后沖入惰性氣體或減少污染和腐蝕，通常在密閉后沖入惰性氣體或者抽成真空，可防火防爆。者抽成真空，可防火防爆。 接觸表面

16、加工程度：接觸表面加工程度： 越光滑則接觸點越多，有效接觸面積越大，收縮越光滑則接觸點越多，有效接觸面積越大，收縮電阻越小。電阻越小。 加工方法主要有加工方法主要有： 粗加工，精加工，電化學或機械拋光等手法。粗加工，精加工，電化學或機械拋光等手法。 工作環境：工作環境： 主要指環境的溫度，是否有腐蝕性氣體，是主要指環境的溫度，是否有腐蝕性氣體，是否潮濕等等。否潮濕等等。 接觸電阻的穩定性：接觸電阻的穩定性： 化學腐蝕；化學腐蝕； 電化學腐蝕。電化學腐蝕。 一、導體發熱一、導體發熱單位長度導體，通過導體的電流為單位長度導體，通過導體的電流為I 時，由電阻損時，由電阻損耗產生的熱量為：耗產生的熱量

17、為：式中的式中的 為交流電阻，可按下式計算：為交流電阻，可按下式計算：o-1C1(20)acfjRKS 2RacPI RacR 式中式中 附加損耗系數；附加損耗系數； 導體溫度為導體溫度為 時的直流時的直流 電阻率；電阻率； 電阻溫度系數電阻溫度系數 ； 導體運行溫度導體運行溫度 ； 導體截面積導體截面積 ；2mm /m2mmoCo-1C20 CSfjK1.1.熱傳導熱傳導 導熱系數導熱系數 ，即單位面積單位，即單位面積單位厚度上溫度差厚度上溫度差 時，所傳導的熱量；時，所傳導的熱量； 給定的熱傳導面積。給定的熱傳導面積。 CCddPSL CSW/(mC)1 C2.2.對流對流 對流散出的熱量

18、；對流散出的熱量； 發熱體表面溫度發熱體表面溫度 ； 周圍空氣介質溫度周圍空氣介質溫度 ； 對流散熱系數，單位時間內熱面積上散出的熱量；對流散熱系數，單位時間內熱面積上散出的熱量； 單位：單位： 散熱表面積（散熱表面積（ ）。）。0()cLPS 0LSC2oW/(m)C2mcPC3.熱輻射熱輻射v玻爾茲曼公式：玻爾茲曼公式： 發熱體表面溫度發熱體表面溫度 接受熱輻射物體表面溫度接受熱輻射物體表面溫度 輻射系數輻射系數 ，與發熱體表面情況、，與發熱體表面情況、 顏色有關；顏色有關； 熱輻射面積。熱輻射面積。4402732735.7 ()() 100100ffPS0fS24/()WmC1.1.導體

19、溫度未達穩定時，熱平衡方程：導體溫度未達穩定時，熱平衡方程： 導體綜合散熱系數導體綜合散熱系數 ，非常數；，非常數； 導體的有效散熱面積；導體的有效散熱面積； 導體對周圍環境的溫升，導體對周圍環境的溫升， ；zhKS2W/(m)C0 20dd +()dt d +dtzhzhI R tmCKSmCK S 上式可變為：上式可變為： 解該常系數非齊次一階微分方程，可得：解該常系數非齊次一階微分方程，可得： 其中：其中： 發熱時間常數發熱時間常數2zhddI RmCK St20zh(1)ttTTI ReeKS0(1)ttTTWeezhm CTKS02.2.用牛頓公式求導體發熱穩定溫升用牛頓公式求導體發

20、熱穩定溫升牛頓公式：牛頓公式： 散熱功率；散熱功率；在熱穩定狀態下，線圈的發熱應等與其散熱，即在熱穩定狀態下，線圈的發熱應等與其散熱，即: :故可求得導體的穩定溫升：故可求得導體的穩定溫升： SzhPK SSP2WzhI RKS2SzhWI RPK S導體長期允許電流：導體長期允許電流： 導體長期允許電流；導體長期允許電流； 導體長期發熱允許溫度，導體長期發熱允許溫度， ；yI0()zhyyKSIRy0yy根據傅立葉定律：根據傅立葉定律： Q即導體散發功率即導體散發功率P； Sr半徑半徑r r處表面積；處表面積； 導體長度；導體長度；以功率以功率P代替代替Q，可得：可得： ddrQSr 2rS

21、rlld2Pdrrlr積分區間：積分區間： ，絕緣層內表面溫度，絕緣層內表面溫度 ，外表面溫度，外表面溫度 ，則，則絕緣層中的溫度降落為：絕緣層中的溫度降落為：絕緣層外表面的溫升可用牛頓公式求得：絕緣層外表面的溫升可用牛頓公式求得：則：則：若圓導體外包有幾層導熱系數不同的絕緣層：若圓導體外包有幾層導熱系數不同的絕緣層：1r2r12212121ln22rrrPdrPlrlr2zhPK S222zhzhPPK SKr l212111ln2zhrPlK rr（）111111ln2niizh niirPlK rr（）減小導體電阻：減小導體電阻：1.1.采用電阻率小的材料；采用電阻率小的材料；2.2.減

22、小導體的接觸電阻；減小導體的接觸電阻；3.3.增加導體的橫截面積；增加導體的橫截面積；增大導體的散熱面積；增大導體的散熱面積；提高散熱系數：提高散熱系數：采用強迫冷卻；采用強迫冷卻；合理布置導體；合理布置導體；導體表面涂漆；導體表面涂漆；加強自然通風；加強自然通風； 凡依靠物體之間直接接觸而傳導熱量或者在物凡依靠物體之間直接接觸而傳導熱量或者在物體內部各部分之間的傳熱，統稱為熱傳導。體內部各部分之間的傳熱，統稱為熱傳導。 發熱體置于氣體或液體中，靠近發熱體的流發熱體置于氣體或液體中，靠近發熱體的流體質點因溫度升高而向上方升起，該處就由較冷的體質點因溫度升高而向上方升起，該處就由較冷的質點補充，

23、這個過程稱為自然對流。如果依靠外力質點補充，這個過程稱為自然對流。如果依靠外力強迫流體流動，則稱為強迫對流。強迫流體流動，則稱為強迫對流。 對流只在流體中產生。對流只在流體中產生。 熱輻射是兩物體間不需要直接接觸，而通過熱輻射是兩物體間不需要直接接觸，而通過電磁波來傳遞能量的過程。電磁波來傳遞能量的過程。 絕對黑體；絕對黑體； 絕對白體。絕對白體。一一短短時時發發熱熱過過程程分分析析：二二熱穩定性的概念：熱穩定性的概念： 電氣或導體必須能承受短路電流的熱效應而不至被電氣或導體必須能承受短路電流的熱效應而不至被破壞的能力，稱為電氣或導體的熱穩定性。破壞的能力，稱為電氣或導體的熱穩定性。 若若 ，

24、則認為導體在短路的時候是熱穩定的；，則認為導體在短路的時候是熱穩定的； 通過短路電流時的最高溫度；通過短路電流時的最高溫度； 導體規定的短時發熱允許溫度；導體規定的短時發熱允許溫度；ddyddy 一個假設一個假設：發熱過程是處在絕熱狀態。：發熱過程是處在絕熱狀態。 熱平衡方程：熱平衡方程：2dI RdtCmd20(1)dlIdtC SldS設時間積分區間為設時間積分區間為 至至 ，溫度積分區間為溫度積分區間為 至至 ：020200(1)1ddtdICdtdS2021111dIdddtC S（）dtt0t 0d002001ln()1ddC熱穩定電流熱穩定電流：在電器標準中熱穩定電流是以穩態電流（額：在電器標準中熱穩定電流是以穩態電流（額定電流的倍數）表示；定電流的倍數）表示；等值時間法等值時間法：依據等效發熱概念，設導體中通過熱穩定電：依據等效發熱概念，設導體中通過熱穩定電流為流為 ，等效時間為等效時間為 ：則短路電流對時間的積分可等效為：則短路電流對時間的積分可等效為：Ixt12xxxttt220dtdxI dtI t 解解上上述述微微分分方方程程：02200(1)1dxCSI td002001ln()1ddC20021(1)exp() 1xdItC S 電器的電器的熱穩定