1、發(fā)電廠電氣部分康小寧電氣工程學(xué)院第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法內(nèi)容梗概：圍繞電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng)和力學(xué)效應(yīng)的分析方法第一節(jié) 概 述第二節(jié) 導(dǎo)體發(fā)熱和散熱的計(jì)算第三節(jié) 導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱與載流量第四節(jié) 導(dǎo)體的短時(shí)發(fā)熱第五節(jié) 導(dǎo)體短路的電動(dòng)力第六節(jié) 大電流封閉母線的發(fā)熱和電動(dòng)力6-8學(xué)時(shí)第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第一節(jié) 概 述一、電氣設(shè)備運(yùn)行熱效應(yīng)的分類(lèi)電阻損耗：當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體電阻中所產(chǎn)生的電阻損耗。介質(zhì)損耗：絕緣材料在電壓作用下所產(chǎn)生的介質(zhì)損耗。鐵磁損耗：導(dǎo)體周?chē)慕饘贅?gòu)件，特別是鐵磁物質(zhì)，在電磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第一節(jié) 概

2、述二、電氣設(shè)備運(yùn)行熱效應(yīng)的產(chǎn)生原因長(zhǎng)期發(fā)熱效應(yīng)：導(dǎo)體和電器中長(zhǎng)期通過(guò)正常工作電流所引起的發(fā)熱短時(shí)發(fā)熱效應(yīng)：由短路電流通過(guò)導(dǎo)體和電器時(shí)引起的發(fā)熱第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第一節(jié) 概 述四、消除電氣設(shè)備運(yùn)行熱效應(yīng)影響對(duì)策總體思想：為了保證導(dǎo)體在長(zhǎng)期發(fā)熱和短時(shí)發(fā)熱作用下能可靠、安全地工作，設(shè)計(jì)上應(yīng)使其發(fā)熱的最高溫度不超過(guò)導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱和短時(shí)發(fā)熱最高允許溫度。長(zhǎng)期發(fā)熱最高允許溫度：主要考慮保證導(dǎo)體接觸部分可靠地工作短時(shí)發(fā)熱最高允許溫度：主要考慮機(jī)械強(qiáng)度和帶絕緣導(dǎo)體的絕緣耐熱度（如電纜）。機(jī)械強(qiáng)度的下降還與發(fā)熱持續(xù)時(shí)間有關(guān)，發(fā)熱時(shí)間越短，引起機(jī)械強(qiáng)度下降的溫度就越高，故短時(shí)發(fā)熱最高允許溫度遠(yuǎn)高于

3、長(zhǎng)期發(fā)熱最高允許溫度第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第一節(jié) 概 述四、消除電氣設(shè)備運(yùn)行熱效應(yīng)影響對(duì)策一般考慮：導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱最高允許溫度不應(yīng)超過(guò)+70，在計(jì)及日照影響時(shí)，鋼心鋁線及管形導(dǎo)體可按不超過(guò)+80考慮。當(dāng)導(dǎo)體接觸面處有鍍（搪）錫的可靠覆蓋層時(shí)，可提高到+85導(dǎo)體的短時(shí)最高允許溫度，對(duì)硬鋁及鋁錳合金可取+200，硬銅可取+300發(fā)生短路故障時(shí)，除了引起發(fā)熱外，還會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，造成導(dǎo)體變形或損壞第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第二節(jié) 導(dǎo)體發(fā)熱和散熱的計(jì)算一、導(dǎo)體發(fā)熱的計(jì)算 發(fā)熱包括導(dǎo)體電阻損耗熱量的計(jì)算和太陽(yáng)日照熱量的計(jì)算。1導(dǎo)體電阻損耗產(chǎn)生的熱量 單位長(zhǎng)度的導(dǎo)體，通過(guò)有效值為I

4、w 的交流電流時(shí)，由電阻損耗產(chǎn)生的熱量： 第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第二節(jié) 導(dǎo)體發(fā)熱和散熱的計(jì)算一、導(dǎo)體發(fā)熱的計(jì)算 1導(dǎo)體電阻損耗產(chǎn)生的熱量單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的交流電阻導(dǎo)體的集膚系數(shù)Ks與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)矩形截面導(dǎo)體的集膚系數(shù)曲線示于圖3-1（P64）圓管形截面導(dǎo)體的集膚系數(shù)曲線示于圖3-2（Page65）圖中f 為電源頻率， Rdc為1000m長(zhǎng)導(dǎo)體在20的直流電阻 第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第二節(jié) 導(dǎo)體發(fā)熱和散熱的計(jì)算一、導(dǎo)體發(fā)熱的計(jì)算 2太陽(yáng)日照（輻射）的熱量 太陽(yáng)照射（輻射）的熱量也會(huì)造成導(dǎo)體溫度升高，安裝在屋外的導(dǎo)體，一般應(yīng)考慮日照的影響，圓管形導(dǎo)體吸收的太

5、陽(yáng)日照熱量為我國(guó)取太陽(yáng)輻射功率密度 取鋁管導(dǎo)體的吸收率D為導(dǎo)體的直徑（m） 第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第二節(jié) 導(dǎo)體發(fā)熱和散熱的計(jì)算二、導(dǎo)體散熱的計(jì)算 影響散熱的因素：熱量傳遞有三種方式：對(duì)流、輻射和傳導(dǎo)。 導(dǎo)體的散熱過(guò)程主要是對(duì)流和輻射?？諝獾臒醾鲗?dǎo)能力很差，導(dǎo)體的傳導(dǎo)散熱通常忽略不計(jì)。 1對(duì)流換熱量的計(jì)算 對(duì)流換熱量與導(dǎo)體對(duì)周?chē)橘|(zhì)的溫度差及換熱面積成正比 對(duì)流換熱系數(shù) 單位長(zhǎng)度導(dǎo)體散熱面積 第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第二節(jié) 導(dǎo)體發(fā)熱和散熱的計(jì)算二、導(dǎo)體散熱的計(jì)算 1對(duì)流換熱量的計(jì)算 自然對(duì)流換熱量的計(jì)算：屋內(nèi)空氣自然流動(dòng)或屋外風(fēng)速小于0.2m/s，屬于自然對(duì)流換熱。 此種情

6、況的對(duì)流換熱系數(shù)取 第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第二節(jié) 導(dǎo)體發(fā)熱和散熱的計(jì)算二、導(dǎo)體散熱的計(jì)算自然對(duì)流換熱量的計(jì)算單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的對(duì)流換熱面積 Fc 是指有效面積，它與導(dǎo)體形狀、尺寸、布置方式和多條導(dǎo)體的間距等因素有關(guān)單條矩形導(dǎo)體豎放時(shí)（如上圖所示）的對(duì)流換熱面積（單位為m2/m）為 第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第二節(jié) 導(dǎo)體發(fā)熱和散熱的計(jì)算二、導(dǎo)體散熱的計(jì)算 1對(duì)流換熱量的計(jì)算 強(qiáng)迫對(duì)流換熱量的計(jì)算：屋內(nèi)采用人工通風(fēng)或屋外導(dǎo)體處在風(fēng)速較大的環(huán)境時(shí)，可以帶走更多的熱量，屬于強(qiáng)迫對(duì)流換熱。 此種情況下圓管形導(dǎo)體對(duì)流換熱系數(shù)取其數(shù)值與風(fēng)速V、風(fēng)向、空氣粘滯系數(shù)、導(dǎo)體直徑D，空氣導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)

7、 第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第二節(jié) 導(dǎo)體發(fā)熱和散熱的計(jì)算二、導(dǎo)體散熱的計(jì)算 1對(duì)流換熱量的計(jì)算 強(qiáng)迫對(duì)流換熱量的計(jì)算：空氣粘滯系數(shù)，在空氣溫度為20 時(shí)，取下列數(shù)值：空氣導(dǎo)熱系數(shù)，在空氣溫度為20 時(shí)，取下列數(shù)值： 第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第二節(jié) 導(dǎo)體發(fā)熱和散熱的計(jì)算二、導(dǎo)體散熱的計(jì)算 1輻射散熱量的計(jì)算 根據(jù)斯蒂芬玻爾茲曼定律，導(dǎo)體向周?chē)諝廨椛涞臒崃繛椋浩渲校簑，0 為導(dǎo)體和周?chē)h(huán)境的溫度 F 單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的輻射換熱面積（平方米/米） 為導(dǎo)體材料的相對(duì)輻射系數(shù)（黑度系數(shù)），見(jiàn)表3-2 磨光的表面小，粗糙或涂漆的表面大 第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第三節(jié) 導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)

8、熱與載流量 計(jì)算的理論依據(jù)：能量守恒定律 導(dǎo)體發(fā)熱過(guò)程中一般的熱量平衡關(guān)系 發(fā)熱量=導(dǎo)體升高溫度所需熱量+散熱量 第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第三節(jié) 導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱與載流量計(jì)算一、長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn)長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn)是導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與散失的熱量相等，其溫度不再升高，能夠達(dá)到某一個(gè)穩(wěn)定溫度。不計(jì)太陽(yáng)日照熱量，導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱過(guò)程中的熱量平衡關(guān)系為：用一個(gè)總換熱系數(shù)來(lái)代替兩種換熱的作用，則有 第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第三節(jié) 導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱與載流量計(jì)算一、長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn)因此給定導(dǎo)體穩(wěn)定溫度和空氣溫度下的長(zhǎng)期容許電流值由下式得到： 第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第三節(jié) 導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱與載流量計(jì)

9、算二、導(dǎo)體的載流量導(dǎo)體的載流量：在額定環(huán)境溫度0下，使導(dǎo)體的穩(wěn)定溫度正好為長(zhǎng)期發(fā)熱最高允許溫度。即使W =al的電流，稱(chēng)為該0下的載流量（或長(zhǎng)期允許電流），即：計(jì)及日照影響時(shí)，屋外導(dǎo)體的載流量為： 第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第三節(jié) 導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱與載流量計(jì)算二、導(dǎo)體的載流量公式的意義：上兩式將限制導(dǎo)體長(zhǎng)期工作電流的條件從溫度轉(zhuǎn)化為電流我國(guó)生產(chǎn)的各類(lèi)導(dǎo)體截面已標(biāo)準(zhǔn)化，有關(guān)部門(mén)已經(jīng)計(jì)算出其載流量，選用導(dǎo)體時(shí)只需查表即可第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第三節(jié) 導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱與載流量計(jì)算二、導(dǎo)體的載流量提高導(dǎo)體載流量的措施：減小導(dǎo)體電阻 。用銅代替鋁增大導(dǎo)體的散熱面積。在相同截面下，矩形、槽

10、形比圓形導(dǎo)體的表面積大提高放熱系數(shù)。矩形導(dǎo)體豎放散熱效果好，導(dǎo)體表面涂漆可以提高輻射散熱量并用以識(shí)別相序提高長(zhǎng)期發(fā)熱最高允許溫度。在導(dǎo)體接觸面鍍（搪）錫等。第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第三節(jié) 導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱與載流量計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例【例2-1】計(jì)算屋內(nèi)配電裝置中125mm8mm矩形導(dǎo)體的載流量，長(zhǎng)期發(fā)熱最高允許溫度為70，周?chē)諝鉁囟葹?5。【解】：（1）計(jì)算單位長(zhǎng)度的交流電阻：查表3-1得，鋁導(dǎo)體溫度為20時(shí)的直流電阻率 =0.029mm2/m，電阻溫度系數(shù)t=0.0040-1， 1000m長(zhǎng)導(dǎo)體的直流電阻為 第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第三節(jié) 導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱與載流量計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例【例2-1】計(jì)算屋內(nèi)配電裝置中125mm8mm矩形導(dǎo)體的載流量，長(zhǎng)期發(fā)熱最高允許溫度為70，周?chē)諝鉁囟葹?5?！窘狻浚?（2）計(jì)算對(duì)流換熱量對(duì)流換熱面積對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)流換熱量第二章 電氣設(shè)計(jì)常用基本理論和方法第三節(jié) 導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱與載流量計(jì)算三、計(jì)算實(shí)例【例2-1】計(jì)算屋內(nèi)配電裝置中125mm8mm矩形導(dǎo)體的載流量，長(zhǎng)期發(fā)熱最高允許溫度為70，周?chē)諝鉁囟?/p>