第三章1發(fā)電廠電氣部分資料課件

第三章常用計(jì)算的基本理論和方法第三章常用計(jì)算的基本理論和方法1第三章常用計(jì)算的基本理論和方法學(xué)習(xí)目的：

了解發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響了解導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的危害掌握常用計(jì)算的基本原理和方法本章主要內(nèi)容：

?導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算?載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算?載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算?電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析?技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析第三章常用計(jì)算的基本理論和方法學(xué)習(xí)目的：2第一節(jié)導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算一、電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的發(fā)熱當(dāng)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體通過(guò)電流時(shí)，有部分電能以不同的損耗形式轉(zhuǎn)化為熱能，使電器和載流導(dǎo)體的溫度升高，這就是電流的熱效應(yīng)。

1、為什么會(huì)發(fā)熱

發(fā)熱產(chǎn)生損耗有：

1）電阻損耗：導(dǎo)體本身存在電阻2）介質(zhì)損耗：絕緣材料在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的3）渦流和磁滯損耗：鐵磁物質(zhì)在強(qiáng)大的交變磁場(chǎng)中第一節(jié)導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算一、電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的3第一節(jié)導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算3、發(fā)熱的兩種形式：

長(zhǎng)期發(fā)熱：由正常工作電流產(chǎn)生(正常工作狀態(tài))

短時(shí)發(fā)熱：由短路電流產(chǎn)生

(短路工作狀態(tài))

⑴使絕緣材料的絕緣性能降低。⑵使金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降。⑶使導(dǎo)體接觸部分的接觸電阻增加。2、發(fā)熱有何危害？第一節(jié)導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算3、發(fā)熱的兩種形式：4第一節(jié)導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算4、什么叫最高允許溫度？

為了保證導(dǎo)體可靠地工作，須使其發(fā)熱溫度不得超

過(guò)一定限值，這個(gè)限值叫作最高允許溫度。導(dǎo)體（硬鋁、硬錳、鋁鎂合金）正常最高允許溫度：70℃（正常），80℃（計(jì)及日照影響時(shí)），85℃（導(dǎo)體接觸面鍍錫時(shí)）95℃（鍍銀時(shí)）導(dǎo)體短路時(shí)最高允許溫度：200℃（硬鋁及鋁錳合金），300℃（硬銅）第一節(jié)導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算4、什么叫最高允5二、導(dǎo)體(母線)的發(fā)熱和散熱1）導(dǎo)體單位長(zhǎng)度導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR

(W/m)

2）導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射的熱量Qt

(W/m)

1、導(dǎo)體發(fā)熱的類(lèi)型2、導(dǎo)體散熱的類(lèi)型1）導(dǎo)體對(duì)流散熱量Ql

(W/m)

2）導(dǎo)體輻射熱量Qf

(W/m)

3）導(dǎo)體導(dǎo)熱散熱量Qd

(W/m)忽略不計(jì)

母線發(fā)熱溫度不得超過(guò)最高允許溫度二、導(dǎo)體(母線)的發(fā)熱和散熱1）導(dǎo)體單位長(zhǎng)度導(dǎo)體電63、能量守恒原理（穩(wěn)定狀態(tài)）導(dǎo)體輻射散熱+空氣對(duì)流散熱導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量=耗散熱量二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體電阻損耗熱量+吸收太陽(yáng)熱量3、能量守恒原理（穩(wěn)定狀態(tài)）導(dǎo)體輻射散熱+空氣對(duì)流散熱導(dǎo)體產(chǎn)74、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱計(jì)算導(dǎo)體通過(guò)的電流導(dǎo)體的交流電阻(1)導(dǎo)體電阻損耗產(chǎn)生的熱量：直流電阻：元件通上直流電，所呈現(xiàn)出的電阻，即元件固有的靜態(tài)的電阻。直流電阻適用歐姆定律R=U/I。交流電阻一般指阻抗。在具有電阻、電感和電容的電路里，對(duì)交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一個(gè)復(fù)數(shù)，實(shí)部稱(chēng)為電阻(R)，虛部稱(chēng)為電抗，電容在電路中對(duì)交流電所起的阻礙作用稱(chēng)為容抗(Xc)，電感在電路中對(duì)交流電所起的阻礙作用稱(chēng)為感抗(XL)，阻抗的計(jì)算要用向量計(jì)算，即Z=√[R2+(XL-Xc)2]。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱4、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱計(jì)算導(dǎo)體通過(guò)的電流導(dǎo)體的交流電阻(1)導(dǎo)8導(dǎo)體溫度為20℃時(shí)的直流電阻率（Ω?mm2/m）20℃時(shí)的電阻溫度系數(shù)（℃-1）導(dǎo)體的運(yùn)行溫度導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)交流電阻:電阻溫度系數(shù)：表示電阻當(dāng)溫度改變1度時(shí)，電阻值的相對(duì)變化。集膚效應(yīng)(趨膚效應(yīng))：當(dāng)導(dǎo)體中有交流電或者交變電磁場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的電流分布不均勻，且電流集中在導(dǎo)體的“皮膚”部分的一種現(xiàn)象。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體溫度為20℃時(shí)的直流電阻率20℃時(shí)的電阻溫度系數(shù)導(dǎo)體的運(yùn)9導(dǎo)體溫度為20℃時(shí)的直流電阻率（Ω?mm2/m）導(dǎo)體的運(yùn)行溫度導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)20℃時(shí)的電阻溫度系數(shù)（℃-1）交流電阻:二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱電阻溫度系數(shù)：表示電阻當(dāng)溫度改變1度時(shí)，電阻值的相對(duì)變化。集膚效應(yīng)(趨膚效應(yīng))：導(dǎo)線內(nèi)部實(shí)際上電流變小，電流集中在導(dǎo)線外表的薄層。結(jié)果導(dǎo)線的電阻增加，使它的損耗功率也增加。導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)。導(dǎo)體溫度為20℃時(shí)的直流電阻率導(dǎo)體的運(yùn)行溫度導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系10材料名稱(chēng)（℃-1）純鋁0.029000.00403鋁錳合金0.037900.00420鋁鎂合金0.045800.00420銅0.017900.00385鋼0.139000.00455表3-1常用電工材料的電阻率

及電阻溫度系數(shù)

二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱材料名稱(chēng)（℃-1）純鋁0.029000.00403鋁錳合金011圖3-1矩形截面導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)f：電流頻率導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)Kf與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)。Rdc：直流電阻二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱圖3-1矩形截面導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)f：電流頻率導(dǎo)12圖3-2圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱圖3-2圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散13(2)導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱量Qt4、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱計(jì)算導(dǎo)體的外直徑，數(shù)值與Ft相同導(dǎo)體對(duì)太陽(yáng)照射熱量的吸收率，表面磨光的鋁管為0.6太陽(yáng)輻射功率密度W/㎡單位長(zhǎng)度導(dǎo)體受太陽(yáng)照射面積㎡太陽(yáng)照射的能量造成導(dǎo)體溫度升高。凡安裝在戶外的導(dǎo)體，應(yīng)考慮日照的影響。單位長(zhǎng)度圓管導(dǎo)體的Qt：二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱(2)導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱量Qt4、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱14定義：由氣體各部分發(fā)生相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程。

θW—導(dǎo)體溫度θ0

—

周?chē)諝鉁囟?3)導(dǎo)體對(duì)流散熱量Ql對(duì)流散熱所傳遞的熱量，與溫差及散熱面積成正比，即導(dǎo)體對(duì)流散熱量

：αl—對(duì)流散熱系數(shù)[W/(m2·℃)]Fl—單位長(zhǎng)度導(dǎo)體散熱面積m2/m二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱4、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱計(jì)算定義：由氣體各部分發(fā)生相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程。θW—151)自然對(duì)流散熱[W/(m2·℃)]αl—對(duì)流散熱系數(shù)。根據(jù)對(duì)流條件的不同，有不同的計(jì)算公式。導(dǎo)體對(duì)流散熱量：二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱1)自然對(duì)流散熱[W/(m2·℃)]αl—對(duì)流散熱系數(shù)162)強(qiáng)迫對(duì)流散熱(室外)努謝爾特準(zhǔn)則數(shù)(無(wú)量綱)空氣的運(yùn)動(dòng)黏度系數(shù)空氣導(dǎo)熱系數(shù)風(fēng)速二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體對(duì)流散熱量：風(fēng)向與導(dǎo)體垂直時(shí)：氣溫20℃時(shí)：2)強(qiáng)迫對(duì)流散熱(室外)努謝爾特準(zhǔn)則數(shù)(無(wú)量綱)空氣的運(yùn)動(dòng)17如果風(fēng)向與導(dǎo)體不垂直，則需考慮強(qiáng)迫對(duì)流風(fēng)向修正系數(shù)：則強(qiáng)迫對(duì)流散熱量：二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱2)強(qiáng)迫對(duì)流散熱：如果風(fēng)向與導(dǎo)體不垂直，則需考慮強(qiáng)迫對(duì)流風(fēng)向修正系數(shù)：則強(qiáng)迫對(duì)18Fl—單位長(zhǎng)度導(dǎo)體散熱面積，與導(dǎo)體尺寸、布置方式等因素有關(guān)。導(dǎo)體片（條）間距離越近，對(duì)流條件就越差，故對(duì)流散熱有效面積應(yīng)相應(yīng)減小。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體對(duì)流散熱面積計(jì)算1）bhA1A2Fl—單位長(zhǎng)度導(dǎo)體散熱面積，與導(dǎo)體尺寸、布置方式等因素有關(guān)19bhbbbb二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱bhbb2）3）導(dǎo)體對(duì)流散熱面積計(jì)算bhbbbb二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱bhbb2）3）導(dǎo)體對(duì)流散熱20當(dāng)100mm<h<200mm時(shí)，

當(dāng)h>200mm時(shí)，當(dāng)

時(shí)，因內(nèi)部熱量不易從縫隙散出，平面位置不產(chǎn)生對(duì)流，故：二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱5）槽形D4）當(dāng)100mm<h<200mm時(shí)，當(dāng)h>200mm時(shí)，當(dāng)21(4)導(dǎo)體輻射散熱量Qf

熱量從高溫物體以熱射線方式傳給低溫物體的傳播過(guò)程，稱(chēng)為輻射。ε—導(dǎo)體材料的相對(duì)輻射系數(shù)（又稱(chēng)黑度系數(shù)），

與導(dǎo)體材料表面狀態(tài)及溫度有關(guān)。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱4、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱計(jì)算根據(jù)斯蒂芬—玻爾茲曼定律：(4)導(dǎo)體輻射散熱量Qf熱量從高溫物體以熱射線方式傳給22(4)導(dǎo)體輻射散熱量Qf

熱量從高溫物體以熱射線方式傳給低溫物體的傳播過(guò)程，稱(chēng)為輻射。Ff—單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的輻射散熱面積(m2/m)，依導(dǎo)體

形狀和布置情況而定。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱4、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱計(jì)算根據(jù)斯蒂芬—玻爾茲曼定律：(4)導(dǎo)體輻射散熱量Qf熱量從高溫物體以熱射線方式傳給23材

料輻射系數(shù)材

料輻射系數(shù)絕對(duì)黑體1.00氧化了的鋼0.80表面磨光的鋁0.040有光澤的黑漆0.82氧化了的鋁0.20～0.30無(wú)光澤的黑漆0.91氧化了的銅0.60~0.70各種顏色的油漆，涂料0.92~0.96表3-2導(dǎo)體材料的黑度系數(shù)

二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱材料輻射系數(shù)材料輻射系數(shù)絕對(duì)黑體1.00氧化了的鋼024（a）單條矩形導(dǎo)體（b）二條矩形導(dǎo)體二條矩形導(dǎo)體內(nèi)側(cè)縫隙間的面積僅有一部分能起向外輻射作用。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體輻射散熱面積計(jì)算A1A2（a）單條矩形導(dǎo)體（b）二條矩形導(dǎo)體二條矩形導(dǎo)體內(nèi)側(cè)縫隙間的25bhbbbbD二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱（c）三條矩形導(dǎo)體（d）槽型導(dǎo)體（e）圓管型導(dǎo)體bhbbbbD二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱（c）三條矩形導(dǎo)體（d）槽26(5)導(dǎo)體導(dǎo)熱散熱量定義：

固體中由于晶格振動(dòng)和自由電子運(yùn)動(dòng)，使熱量由高溫區(qū)傳至低溫區(qū)；而在氣體中，氣體分子不停地運(yùn)動(dòng)，高溫區(qū)域的分子比低溫區(qū)域的分子具有較高的速度，分子從高溫區(qū)運(yùn)動(dòng)到低溫區(qū)，便將熱量帶至低溫區(qū)這種傳遞能量的過(guò)程。導(dǎo)熱系數(shù)W/(m2·℃)導(dǎo)熱面積m2物體厚度m分別為高溫區(qū)、低溫區(qū)的溫度℃二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱(5)導(dǎo)體導(dǎo)熱散熱量定義：導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱面積m2物體厚度m分別27

工程上為了便于分析和計(jì)算，常把輻射散熱量表示成與對(duì)流散熱量相似的計(jì)算形式，用一個(gè)總散熱系數(shù)和總散熱面積F來(lái)表示對(duì)流散熱和輻射散熱的作用，即1、導(dǎo)體的溫升過(guò)程三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算通過(guò)分析導(dǎo)體長(zhǎng)期通過(guò)工作電流時(shí)的發(fā)熱過(guò)程，計(jì)算導(dǎo)體的載流量（長(zhǎng)期允許電流）。工程上為了便于分析和計(jì)算，常把輻射散熱量表示成28

在導(dǎo)體升溫過(guò)程中，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量QR

，一部分用于本身溫度升高所需的熱量QC

，一部分散失到周?chē)橘|(zhì)中(Ql+Qf)。設(shè)導(dǎo)體通過(guò)電流I

時(shí)，在t時(shí)刻導(dǎo)體運(yùn)行溫度為

，則其溫升

，在時(shí)間dt內(nèi)的熱量平衡微分方程為1、導(dǎo)體的溫升過(guò)程由此可寫(xiě)出熱量平衡方程：在導(dǎo)體升溫過(guò)程中，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量QR，一部分29設(shè)t＝0時(shí)，初始溫升

。當(dāng)時(shí)間由0→t時(shí)，溫升由

，對(duì)上式進(jìn)行積分導(dǎo)體通過(guò)正常工作電流時(shí)，其溫度變化范圍不大，因此電阻R、比熱容c及散熱系數(shù)

均可視為常數(shù)。1、導(dǎo)體的溫升過(guò)程設(shè)t＝0時(shí)，初始溫升30

故穩(wěn)定溫升為：經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間后

，導(dǎo)體的溫升亦趨于穩(wěn)定值

，導(dǎo)體的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)：1、導(dǎo)體的溫升過(guò)程

31升溫過(guò)程表達(dá)式：1、導(dǎo)體的溫升過(guò)程上式說(shuō)明：升溫的過(guò)程是按指數(shù)曲線變化，大約經(jīng)過(guò)t=(3~4)Tr時(shí)間，

便趨近穩(wěn)定溫升

。圖3-5導(dǎo)體溫升

的變化曲線升溫過(guò)程表達(dá)式：1、導(dǎo)體的溫升過(guò)程上式說(shuō)明：升溫的過(guò)程是按指322、導(dǎo)體的載流量根據(jù)穩(wěn)定溫升公式，可計(jì)算導(dǎo)體的載流量，即則導(dǎo)體的載流量為：對(duì)于屋外導(dǎo)體，計(jì)及日照時(shí)導(dǎo)體的載流量為2、導(dǎo)體的載流量根據(jù)穩(wěn)定溫升公式，可計(jì)算導(dǎo)體的載流量，即則導(dǎo)33影響導(dǎo)體載流量的因素：材料——電阻率小的材料(鋁、鋁合金等)；形狀——同樣截面積，矩形、槽形比圓形導(dǎo)體表面積大；布置——矩形導(dǎo)體豎放比平放散熱效果好。2、導(dǎo)體的載流量影響導(dǎo)體載流量的因素：2、導(dǎo)體的載流量34減少導(dǎo)體電阻采用電阻率較小的材料減小導(dǎo)體的接觸電阻增大導(dǎo)體的截面積增大導(dǎo)體的換熱面積采用周邊最大的截面形式采用有利于增大散熱面積的方式布置提高換熱系數(shù)強(qiáng)迫冷卻室內(nèi)裸導(dǎo)體表面涂漆采用最佳散熱方式提高導(dǎo)體載流量的措施減少導(dǎo)體電阻提高導(dǎo)體載流量的措施351）求交流電阻例1計(jì)算屋內(nèi)配電裝置中100mm

×8mm的單條矩形鋁導(dǎo)體的長(zhǎng)期允許載流量。其中，導(dǎo)體正常運(yùn)行最高允許溫度

℃，周?chē)諝鉁囟?/p>

℃，溫度20℃時(shí)鋁的電阻率為ρ=0.029

Ω·mm2/m，鋁的電阻溫度系數(shù)

αt=0.00403

℃-1，輻射系數(shù)ε=0.95。2）求對(duì)流散熱量3）求輻射散熱量4）

計(jì)算導(dǎo)體的載流量1）求交流電阻例1計(jì)算屋內(nèi)配電裝置中100mm×8mm36解：(1)時(shí)，1000m長(zhǎng)導(dǎo)體的直流電阻：由及查集膚效應(yīng)系數(shù)曲線圖3-1(附表1)：則交流電阻：(2)對(duì)流散熱的熱量Ql：Fl=2（A1＋A2）=2（100/1000＋8/1000）＝0.216(m2/m)

解：(1)時(shí)，1000m長(zhǎng)37圖3-1矩形截面導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)圖中f為電流頻率圖3-1矩形截面導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)圖中f為電流頻率38（3）輻射散熱的熱量：Ff=Fl=2（A1＋A2）=0.216(m2/m)

則對(duì)流散熱：（4）導(dǎo)體的載流量為：查附表1，驗(yàn)證載流量是否符合要求。（3）輻射散熱的熱量：則對(duì)流散熱：（4）導(dǎo)體的載流量為：查附39作業(yè)3-33-43-73-93-14作業(yè)3-340第三章常用計(jì)算的基本理論和方法第三章常用計(jì)算的基本理論和方法41第三章常用計(jì)算的基本理論和方法學(xué)習(xí)目的：

了解發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響了解導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力的危害掌握常用計(jì)算的基本原理和方法本章主要內(nèi)容：

?導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算?載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算?載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算?電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析?技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析第三章常用計(jì)算的基本理論和方法學(xué)習(xí)目的：42第一節(jié)導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算一、電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的發(fā)熱當(dāng)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體通過(guò)電流時(shí)，有部分電能以不同的損耗形式轉(zhuǎn)化為熱能，使電器和載流導(dǎo)體的溫度升高，這就是電流的熱效應(yīng)。

1、為什么會(huì)發(fā)熱

發(fā)熱產(chǎn)生損耗有：

1）電阻損耗：導(dǎo)體本身存在電阻2）介質(zhì)損耗：絕緣材料在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的3）渦流和磁滯損耗：鐵磁物質(zhì)在強(qiáng)大的交變磁場(chǎng)中第一節(jié)導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算一、電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的43第一節(jié)導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算3、發(fā)熱的兩種形式：

長(zhǎng)期發(fā)熱：由正常工作電流產(chǎn)生(正常工作狀態(tài))

短時(shí)發(fā)熱：由短路電流產(chǎn)生

(短路工作狀態(tài))

⑴使絕緣材料的絕緣性能降低。⑵使金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降。⑶使導(dǎo)體接觸部分的接觸電阻增加。2、發(fā)熱有何危害？第一節(jié)導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算3、發(fā)熱的兩種形式：44第一節(jié)導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算4、什么叫最高允許溫度？

為了保證導(dǎo)體可靠地工作，須使其發(fā)熱溫度不得超

過(guò)一定限值，這個(gè)限值叫作最高允許溫度。導(dǎo)體（硬鋁、硬錳、鋁鎂合金）正常最高允許溫度：70℃（正常），80℃（計(jì)及日照影響時(shí)），85℃（導(dǎo)體接觸面鍍錫時(shí)）95℃（鍍銀時(shí)）導(dǎo)體短路時(shí)最高允許溫度：200℃（硬鋁及鋁錳合金），300℃（硬銅）第一節(jié)導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算4、什么叫最高允45二、導(dǎo)體(母線)的發(fā)熱和散熱1）導(dǎo)體單位長(zhǎng)度導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR

(W/m)

2）導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射的熱量Qt

(W/m)

1、導(dǎo)體發(fā)熱的類(lèi)型2、導(dǎo)體散熱的類(lèi)型1）導(dǎo)體對(duì)流散熱量Ql

(W/m)

2）導(dǎo)體輻射熱量Qf

(W/m)

3）導(dǎo)體導(dǎo)熱散熱量Qd

(W/m)忽略不計(jì)

母線發(fā)熱溫度不得超過(guò)最高允許溫度二、導(dǎo)體(母線)的發(fā)熱和散熱1）導(dǎo)體單位長(zhǎng)度導(dǎo)體電463、能量守恒原理（穩(wěn)定狀態(tài)）導(dǎo)體輻射散熱+空氣對(duì)流散熱導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量=耗散熱量二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體電阻損耗熱量+吸收太陽(yáng)熱量3、能量守恒原理（穩(wěn)定狀態(tài)）導(dǎo)體輻射散熱+空氣對(duì)流散熱導(dǎo)體產(chǎn)474、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱計(jì)算導(dǎo)體通過(guò)的電流導(dǎo)體的交流電阻(1)導(dǎo)體電阻損耗產(chǎn)生的熱量：直流電阻：元件通上直流電，所呈現(xiàn)出的電阻，即元件固有的靜態(tài)的電阻。直流電阻適用歐姆定律R=U/I。交流電阻一般指阻抗。在具有電阻、電感和電容的電路里，對(duì)交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一個(gè)復(fù)數(shù)，實(shí)部稱(chēng)為電阻(R)，虛部稱(chēng)為電抗，電容在電路中對(duì)交流電所起的阻礙作用稱(chēng)為容抗(Xc)，電感在電路中對(duì)交流電所起的阻礙作用稱(chēng)為感抗(XL)，阻抗的計(jì)算要用向量計(jì)算，即Z=√[R2+(XL-Xc)2]。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱4、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱計(jì)算導(dǎo)體通過(guò)的電流導(dǎo)體的交流電阻(1)導(dǎo)48導(dǎo)體溫度為20℃時(shí)的直流電阻率（Ω?mm2/m）20℃時(shí)的電阻溫度系數(shù)（℃-1）導(dǎo)體的運(yùn)行溫度導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)交流電阻:電阻溫度系數(shù)：表示電阻當(dāng)溫度改變1度時(shí)，電阻值的相對(duì)變化。集膚效應(yīng)(趨膚效應(yīng))：當(dāng)導(dǎo)體中有交流電或者交變電磁場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的電流分布不均勻，且電流集中在導(dǎo)體的“皮膚”部分的一種現(xiàn)象。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體溫度為20℃時(shí)的直流電阻率20℃時(shí)的電阻溫度系數(shù)導(dǎo)體的運(yùn)49導(dǎo)體溫度為20℃時(shí)的直流電阻率（Ω?mm2/m）導(dǎo)體的運(yùn)行溫度導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)20℃時(shí)的電阻溫度系數(shù)（℃-1）交流電阻:二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱電阻溫度系數(shù)：表示電阻當(dāng)溫度改變1度時(shí)，電阻值的相對(duì)變化。集膚效應(yīng)(趨膚效應(yīng))：導(dǎo)線內(nèi)部實(shí)際上電流變小，電流集中在導(dǎo)線外表的薄層。結(jié)果導(dǎo)線的電阻增加，使它的損耗功率也增加。導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)。導(dǎo)體溫度為20℃時(shí)的直流電阻率導(dǎo)體的運(yùn)行溫度導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系50材料名稱(chēng)（℃-1）純鋁0.029000.00403鋁錳合金0.037900.00420鋁鎂合金0.045800.00420銅0.017900.00385鋼0.139000.00455表3-1常用電工材料的電阻率

及電阻溫度系數(shù)

二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱材料名稱(chēng)（℃-1）純鋁0.029000.00403鋁錳合金051圖3-1矩形截面導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)f：電流頻率導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)Kf與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)。Rdc：直流電阻二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱圖3-1矩形截面導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)f：電流頻率導(dǎo)52圖3-2圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱圖3-2圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散53(2)導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱量Qt4、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱計(jì)算導(dǎo)體的外直徑，數(shù)值與Ft相同導(dǎo)體對(duì)太陽(yáng)照射熱量的吸收率，表面磨光的鋁管為0.6太陽(yáng)輻射功率密度W/㎡單位長(zhǎng)度導(dǎo)體受太陽(yáng)照射面積㎡太陽(yáng)照射的能量造成導(dǎo)體溫度升高。凡安裝在戶外的導(dǎo)體，應(yīng)考慮日照的影響。單位長(zhǎng)度圓管導(dǎo)體的Qt：二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱(2)導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱量Qt4、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱54定義：由氣體各部分發(fā)生相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程。

θW—導(dǎo)體溫度θ0

—

周?chē)諝鉁囟?3)導(dǎo)體對(duì)流散熱量Ql對(duì)流散熱所傳遞的熱量，與溫差及散熱面積成正比，即導(dǎo)體對(duì)流散熱量

：αl—對(duì)流散熱系數(shù)[W/(m2·℃)]Fl—單位長(zhǎng)度導(dǎo)體散熱面積m2/m二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱4、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱計(jì)算定義：由氣體各部分發(fā)生相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程。θW—551)自然對(duì)流散熱[W/(m2·℃)]αl—對(duì)流散熱系數(shù)。根據(jù)對(duì)流條件的不同，有不同的計(jì)算公式。導(dǎo)體對(duì)流散熱量：二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱1)自然對(duì)流散熱[W/(m2·℃)]αl—對(duì)流散熱系數(shù)562)強(qiáng)迫對(duì)流散熱(室外)努謝爾特準(zhǔn)則數(shù)(無(wú)量綱)空氣的運(yùn)動(dòng)黏度系數(shù)空氣導(dǎo)熱系數(shù)風(fēng)速二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體對(duì)流散熱量：風(fēng)向與導(dǎo)體垂直時(shí)：氣溫20℃時(shí)：2)強(qiáng)迫對(duì)流散熱(室外)努謝爾特準(zhǔn)則數(shù)(無(wú)量綱)空氣的運(yùn)動(dòng)57如果風(fēng)向與導(dǎo)體不垂直，則需考慮強(qiáng)迫對(duì)流風(fēng)向修正系數(shù)：則強(qiáng)迫對(duì)流散熱量：二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱2)強(qiáng)迫對(duì)流散熱：如果風(fēng)向與導(dǎo)體不垂直，則需考慮強(qiáng)迫對(duì)流風(fēng)向修正系數(shù)：則強(qiáng)迫對(duì)58Fl—單位長(zhǎng)度導(dǎo)體散熱面積，與導(dǎo)體尺寸、布置方式等因素有關(guān)。導(dǎo)體片（條）間距離越近，對(duì)流條件就越差，故對(duì)流散熱有效面積應(yīng)相應(yīng)減小。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體對(duì)流散熱面積計(jì)算1）bhA1A2Fl—單位長(zhǎng)度導(dǎo)體散熱面積，與導(dǎo)體尺寸、布置方式等因素有關(guān)59bhbbbb二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱bhbb2）3）導(dǎo)體對(duì)流散熱面積計(jì)算bhbbbb二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱bhbb2）3）導(dǎo)體對(duì)流散熱60當(dāng)100mm<h<200mm時(shí)，

當(dāng)h>200mm時(shí)，當(dāng)

時(shí)，因內(nèi)部熱量不易從縫隙散出，平面位置不產(chǎn)生對(duì)流，故：二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱5）槽形D4）當(dāng)100mm<h<200mm時(shí)，當(dāng)h>200mm時(shí)，當(dāng)61(4)導(dǎo)體輻射散熱量Qf

熱量從高溫物體以熱射線方式傳給低溫物體的傳播過(guò)程，稱(chēng)為輻射。ε—導(dǎo)體材料的相對(duì)輻射系數(shù)（又稱(chēng)黑度系數(shù)），

與導(dǎo)體材料表面狀態(tài)及溫度有關(guān)。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱4、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱計(jì)算根據(jù)斯蒂芬—玻爾茲曼定律：(4)導(dǎo)體輻射散熱量Qf熱量從高溫物體以熱射線方式傳給62(4)導(dǎo)體輻射散熱量Qf

熱量從高溫物體以熱射線方式傳給低溫物體的傳播過(guò)程，稱(chēng)為輻射。Ff—單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的輻射散熱面積(m2/m)，依導(dǎo)體

形狀和布置情況而定。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱4、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱計(jì)算根據(jù)斯蒂芬—玻爾茲曼定律：(4)導(dǎo)體輻射散熱量Qf熱量從高溫物體以熱射線方式傳給63材

料輻射系數(shù)材

料輻射系數(shù)絕對(duì)黑體1.00氧化了的鋼0.80表面磨光的鋁0.040有光澤的黑漆0.82氧化了的鋁0.20～0.30無(wú)光澤的黑漆0.91氧化了的銅0.60~0.70各種顏色的油漆，涂料0.92~0.96表3-2導(dǎo)體材料的黑度系數(shù)

二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱材料輻射系數(shù)材料輻射系數(shù)絕對(duì)黑體1.00氧化了的鋼064（a）單條矩形導(dǎo)體（b）二條矩形導(dǎo)體二條矩形導(dǎo)體內(nèi)側(cè)縫隙間的面積僅有一部分能起向外輻射作用。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體輻射散熱面積計(jì)算A1A2（a）單條矩形導(dǎo)體（b）二條矩形導(dǎo)體二條矩形導(dǎo)體內(nèi)側(cè)縫隙間的65bhbbbbD二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱（c）三條矩形導(dǎo)體（d）槽型導(dǎo)體（e）圓管型導(dǎo)體bhbbbbD二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱（c）三條矩形導(dǎo)體（d）槽66(5)導(dǎo)體導(dǎo)熱散熱量定義：

固體中由于晶格振動(dòng)和自由電子運(yùn)動(dòng)，使熱量由高溫區(qū)傳至低溫區(qū)；而在氣體中，氣體分子不停地運(yùn)動(dòng)，高溫區(qū)域的分子比低溫區(qū)域的分子具有較高的速度，分子從高溫區(qū)運(yùn)動(dòng)到低溫區(qū)，便將熱量帶至低溫區(qū)這種傳遞能量的過(guò)程。導(dǎo)熱系數(shù)W/(m2·℃)導(dǎo)熱面積m2物體厚度m分別為高溫區(qū)、低溫區(qū)的溫度℃二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱(5)導(dǎo)體導(dǎo)熱散熱量定義：導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱面積m2物體厚度m分別67

工程上為了便于分析和計(jì)算，常把輻射散熱量表示成與對(duì)流散熱量相似的計(jì)算形式，用一個(gè)總散熱系數(shù)和總散熱面積F來(lái)表示對(duì)流散熱和輻射散熱的作用，即1、導(dǎo)體的溫升過(guò)程三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算通過(guò)分析導(dǎo)體長(zhǎng)期通過(guò)工作電流時(shí)的發(fā)熱過(guò)程，計(jì)算導(dǎo)體的載流量（長(zhǎng)期允許電流）。工程上為了便于分析和計(jì)算，常把輻射散熱量表示成68

在導(dǎo)體升溫過(guò)程中，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量QR

，一部分用于本身溫度升高所需的熱量QC

，一部分散失到周?chē)橘|(zhì)中(Ql+Qf)。設(shè)導(dǎo)體通過(guò)電流I

時(shí)，在t時(shí)刻導(dǎo)體運(yùn)行溫度為

，則其溫升

，在時(shí)間dt內(nèi)的熱量平衡微分方程為1、導(dǎo)體的溫升過(guò)程由此可寫(xiě)出熱量平衡方程：在導(dǎo)體升溫過(guò)程中，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量QR，一部分69設(shè)t＝0時(shí)，初始溫升

。當(dāng)時(shí)間由0→t時(shí)，溫升由

，對(duì)上式進(jìn)行積分導(dǎo)體通過(guò)正常工作電流時(shí)，其溫度變化范圍不大，因此電阻R、比熱容c及散熱系數(shù)

均可視為常數(shù)。1、導(dǎo)體的溫升過(guò)程設(shè)t＝0時(shí)，初始溫升70