第3章電氣發(fā)熱與計算

第3章電氣發(fā)熱與計算1內(nèi)容提要：主要從實際上講述發(fā)熱對載流導(dǎo)體產(chǎn)生的不良影響，以及防止電氣發(fā)熱的方法與措施。載流導(dǎo)體長時和短時的發(fā)熱與散熱工程。本章重點：重點掌握電氣發(fā)熱的緣由與危害，掌握防止電氣發(fā)熱的方法與措施。熟習(xí)電氣發(fā)熱的各種計算和提高導(dǎo)體長期允許經(jīng)過載流量計算方法與措施。2焦作市天堂錄像廳特大火災(zāi)2000年3月29日凌晨3時許，位于焦作市中心鬧市區(qū)的天堂錄像廳發(fā)生特大火災(zāi)，呵斥當(dāng)時在此觀看錄像的74名觀眾在大火中喪生?；馂?zāi)緣由，系當(dāng)日天堂錄像廳15號包間內(nèi)運(yùn)用石英電熱器長時間發(fā)熱、輻射，引燃周圍易燒物所致。3哈爾濱市道外區(qū)天潭酒店火災(zāi)2003年2月2日18時左右，哈爾濱市道外區(qū)天潭酒店發(fā)生火災(zāi)。死亡33人，受傷10人。事故緣由：電器設(shè)備過載發(fā)熱引起導(dǎo)線短路42006年14日4時許，浙江省湖州市吳興區(qū)織里鎮(zhèn)個體商廈——“福音大廈〞發(fā)生火災(zāi)?；馂?zāi)呵斥15人死亡，1人失蹤。浙江省湖州市吳興區(qū)“福音大廈〞火災(zāi)5〔1〕正常任務(wù)形狀當(dāng)電壓和電流都不超越額定值時，導(dǎo)體可以長期、平安、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)轉(zhuǎn)。〔2〕短路任務(wù)形狀當(dāng)系統(tǒng)因絕緣缺點發(fā)生短路時，流經(jīng)導(dǎo)體的短路電流比額定值要高出幾倍甚至幾十倍。維護(hù)安裝動作、將缺點切除的短期內(nèi)，導(dǎo)體將接受短時發(fā)熱和電動力的作用。3.1.1載流導(dǎo)體運(yùn)轉(zhuǎn)中的任務(wù)形狀3.1電氣發(fā)熱的危害63.1電氣發(fā)熱的危害3.1.2發(fā)熱對載流導(dǎo)體的不良影響1、絕緣資料的絕緣性能降低2、導(dǎo)體的機(jī)械強(qiáng)度下降3、導(dǎo)體接觸部分性能降低73.1電氣發(fā)熱的危害3.1.2發(fā)熱對載流導(dǎo)體的不良影響1、絕緣資料的絕緣性能降低電工產(chǎn)品絕緣資料的運(yùn)用壽命遭到多種要素(如溫度、電和機(jī)械的應(yīng)力、振動、有害氣體、化學(xué)物質(zhì)、潮濕、灰塵和輻照等)的影響。而溫度通常是對絕緣資料和絕緣構(gòu)造老化起支配作用的要素。8

〔1〕絕緣資料的耐熱溫度耐熱溫度：絕緣資料的絕緣性能開場顯著降低以前的溫度。導(dǎo)體的絕緣資料在溫度的長期作用下會逐漸老化，并逐漸喪失原有的機(jī)械性能和絕緣性能。絕緣資料在其耐熱溫度下能任務(wù)20000h而不致?lián)p壞。危害：絕緣資料的老化，使絕緣資料變脆弱，絕緣性能顯著下降，就能夠呵斥絕緣資料的擊穿。按國內(nèi)規(guī)范，電氣絕緣資料的耐熱溫度分為七級。9等級耐熱溫度/℃相應(yīng)的材料Y90未浸漬過的棉紗、絲及電工絕緣紙等材料或組合物質(zhì)所組成的絕緣結(jié)構(gòu)A105浸漬過的Y等級絕緣結(jié)構(gòu)材料E120合成的有機(jī)薄膜、合成的有機(jī)磁漆等材料或其組合物組成的絕緣結(jié)構(gòu)B130以合適的樹脂黏合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維、石棉等F155以合適的樹脂黏合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維、石棉等，以及其他無機(jī)材料，合適的有機(jī)材料或其組合物所組成的絕緣結(jié)構(gòu)H180硅有機(jī)漆，云母、玻璃纖維、石棉等用硅有機(jī)樹脂黏合材料，以及一切經(jīng)過試驗?zāi)苡迷诖藴囟确秶鷥?nèi)的各種材料。C>180以合適的樹脂（如熱穩(wěn)定性特別優(yōu)良的硅有機(jī)樹脂）黏合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維等，以及未經(jīng)浸漬處理的云母、陶瓷、石英等材料或其組合物所組成的絕緣結(jié)構(gòu)。各級絕緣資料的耐熱溫度10等級耐熱溫度/℃相應(yīng)的材料Y90未浸漬過的棉紗、絲及電工絕緣紙等材料或組合物質(zhì)所組成的絕緣結(jié)構(gòu)A105浸漬過的Y等級絕緣結(jié)構(gòu)材料E120合成的有機(jī)薄膜、合成的有機(jī)磁漆等材料或其組合物組成的絕緣結(jié)構(gòu)B130以合適的樹脂黏合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維、石棉等各級絕緣資料的耐熱溫度11等級耐熱溫度/℃相應(yīng)的材料F155以合適的樹脂黏合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維、石棉等，以及其他無機(jī)材料，合適的有機(jī)材料或其組合物所組成的絕緣結(jié)構(gòu)H180硅有機(jī)漆，云母、玻璃纖維、石棉等用硅有機(jī)樹脂黏合材料，以及一切經(jīng)過試驗?zāi)苡迷诖藴囟确秶鷥?nèi)的各種材料各級絕緣資料的耐熱溫度12等級耐熱溫度/℃相應(yīng)的材料C>180以合適的樹脂（如熱穩(wěn)定性特別優(yōu)良的硅有機(jī)樹脂）黏合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維等，以及未經(jīng)浸漬處理的云母、陶瓷、石英等材料或其組合物所組成的絕緣結(jié)構(gòu)各級絕緣資料的耐熱溫度1314〔2〕絕緣資料的運(yùn)用壽命與溫度的關(guān)系當(dāng)導(dǎo)體的溫度超越它的耐熱溫度值后，絕緣資料的老化加劇。隨著溫度的添加，絕緣資料的運(yùn)用壽命明顯縮短。在防火檢查實際中可以根據(jù)絕緣資料的老化特征，對其運(yùn)用壽命做出判別。103.6104105℃15用“八度規(guī)那么〞閱歷規(guī)律來大致估算絕緣資料的運(yùn)用壽命：溫度每上升8℃，其壽命降低一半。1617〔3〕絕緣資料的允許溫度為了防止過高的發(fā)熱對電器及載流導(dǎo)體帶來的危害，人們對電器及載流導(dǎo)體在設(shè)計和運(yùn)轉(zhuǎn)時，制定了一個允許溫度。在此溫度下，保證電器及載流導(dǎo)體可以堅持延續(xù)、正常地任務(wù)。允許溫度：是用一定方法測定的電器元件允許到達(dá)的最高溫度。設(shè)備和導(dǎo)體上的任一部分都不能超越允許溫度。絕緣資料的允許溫度的規(guī)定：1)允許溫度規(guī)定必需小于資料損壞的極限允許溫度(耐熱溫度)。2)電氣設(shè)備是由各種導(dǎo)體組合而成，允許溫度要思索到它的最薄弱環(huán)節(jié)。3)設(shè)備絕緣資料的老化和金屬機(jī)械強(qiáng)度的變壞，除了溫度的高低外，還取決于發(fā)熱繼續(xù)時間的長短，因此短時發(fā)熱允許溫度比長時發(fā)熱允許溫度規(guī)定的要高。短時發(fā)熱：導(dǎo)體發(fā)熱繼續(xù)的時間極其短暫〔短路電流引起的發(fā)熱〕。長時發(fā)熱：導(dǎo)體長時間延續(xù)發(fā)熱。182、機(jī)械強(qiáng)度下降當(dāng)導(dǎo)體的溫度超越一定允許值后，過高的溫度會導(dǎo)致導(dǎo)體資料退火，使其機(jī)械強(qiáng)度顯著下降。鋁和銅導(dǎo)體在溫度分別超越100℃和150℃后，其抗拉強(qiáng)度急劇下降。當(dāng)短路時，在電動力的作用下，就能夠使導(dǎo)體變形，甚至使導(dǎo)體構(gòu)造損壞。191-延續(xù)發(fā)熱2-短時發(fā)熱20當(dāng)接觸銜接處溫度過高時，接觸銜接外表會劇烈氧化、硫化，并產(chǎn)生一層電阻率很高的氧(硫)化層薄膜，從而使接觸電阻增大，接觸銜接處的溫度更加升高。當(dāng)溫度超越一定允許值后，就會構(gòu)成惡性循環(huán)，導(dǎo)致接觸銜接處燒紅，松動甚至熔化。3、導(dǎo)體接觸部分性能變壞213.1.3載流導(dǎo)體運(yùn)轉(zhuǎn)中的損耗1、電阻損耗輸電線或電磁線的導(dǎo)體本身和機(jī)械銜接處都有電阻存在。當(dāng)直流電流經(jīng)過時，即產(chǎn)生電阻損耗。電阻損耗的功率：電器中的熱源主要來自三個方面：交流電器的導(dǎo)體中產(chǎn)生的電阻損耗；交流電器的鐵磁物質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗；交流電器絕緣體內(nèi)產(chǎn)生的介質(zhì)損耗。22〔1〕趨〔集〕膚效應(yīng)：當(dāng)導(dǎo)體中經(jīng)過交流電流時，產(chǎn)生使電流趨于外表的景象。交流電流的頻率越高，趨膚效應(yīng)越強(qiáng)。2、附加損耗由導(dǎo)體內(nèi)的趨膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)所產(chǎn)生。當(dāng)直流電流流過導(dǎo)體時，電流線在導(dǎo)體中的任一橫截面處的分布都是均勻的，故金屬導(dǎo)體能得到充分地利用。3.1.3載流導(dǎo)體運(yùn)轉(zhuǎn)中的損耗23〔2〕臨近效應(yīng)：由于兩個相鄰的載流導(dǎo)體之間磁場的相互作用，而使導(dǎo)體截面中電流線分布改動。假設(shè)兩導(dǎo)體中電流方向一樣，那么在兩導(dǎo)體相臨近的一側(cè)電流密度的較小，而相反的一側(cè)，電流密度那么較大。24假設(shè)兩導(dǎo)體中電流方向相反，那么在兩導(dǎo)體相臨近的一側(cè)電流密度的較大，而相反的一側(cè)，電流密度那么較小。臨近效應(yīng)與導(dǎo)體之間的分布、導(dǎo)體間的間隔有關(guān)。25〔3〕附加損耗趨膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)都使得電流在導(dǎo)體的橫截面上的分布不均勻，結(jié)果使導(dǎo)體的電阻增大，它的損耗功率也增大。趨膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)產(chǎn)生的損耗總稱附加損耗〔焦耳損耗〕。附加損耗功率為：Kfj：附加損耗系數(shù)。Kfj=KjKl。Kj：趨膚效應(yīng)系數(shù)。Kl：臨近效應(yīng)系數(shù)。交流電阻：〔P75〕263.1.3載流導(dǎo)體運(yùn)轉(zhuǎn)中的損耗3、鐵磁損耗〔鐵損〕載流導(dǎo)體周圍的鐵磁物質(zhì)在交變磁場反復(fù)磁化作用下，將產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗。磁滯損耗和渦流損耗合稱鐵磁損耗。它把從電源吸收的電能轉(zhuǎn)化為熱能，使鐵磁物質(zhì)發(fā)熱。273、鐵磁損耗〔鐵損〕〔1〕磁滯損耗鐵磁物質(zhì)在交變磁場的反復(fù)磁化作用下，由于內(nèi)部的不可逆過程而使鐵磁物質(zhì)發(fā)熱所呵斥的損耗，稱為磁滯損耗。磁滯損耗閱歷公式：磁滯損耗與頻率f的一次方成正比，與最大磁感強(qiáng)度Bm的n次方成正比。3.1.3載流導(dǎo)體運(yùn)轉(zhuǎn)中的損耗28－HcHB磁滯回線Hc：矯頑力Br：剩磁Br磁感強(qiáng)度B的變化總是滯后于磁場強(qiáng)度H的變化，叫做磁滯景象。OHc－HmHmBm29〔2〕渦流損耗當(dāng)鐵磁物質(zhì)放置在變化著的磁場中，或者在磁場中運(yùn)動時，鐵磁物質(zhì)內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流在鐵磁物質(zhì)內(nèi)部呈渦旋狀，稱為渦流。由于鐵磁資料也具有電阻，所以產(chǎn)生功率損耗。渦流損耗與電源頻率f的二次方成正比，與磁感強(qiáng)度最大值Bm的二次方成正比。3.1.3載流導(dǎo)體運(yùn)轉(zhuǎn)中的損耗30渦流314、介質(zhì)損耗電氣絕緣資料稱電介質(zhì)。電介質(zhì)能建立電場，儲存電場能量，也能耗費(fèi)電場能量。短期較高的電場強(qiáng)度會引起電介質(zhì)擊穿破壞，長期較低的電場強(qiáng)度會導(dǎo)致電介質(zhì)老化破壞。交變電場的電導(dǎo)損耗和電介質(zhì)被周期性反復(fù)極化產(chǎn)生的損耗稱為介質(zhì)損耗。在電場的作用下，電介質(zhì)會發(fā)生極化、電導(dǎo)、介質(zhì)損耗和擊穿四種根本物理過程。電介質(zhì)的功率損耗：3.1.3載流導(dǎo)體運(yùn)轉(zhuǎn)中的損耗323.2接觸電阻當(dāng)兩個金屬導(dǎo)體相互接觸時，在接觸區(qū)域內(nèi)存在著一個附加電阻，稱為接觸電阻。3.2.1接觸的類型(1)固定接觸用緊固件(如螺釘或鉚釘?shù)?壓緊的電接觸稱固定接觸。這種接觸任務(wù)時沒有相對運(yùn)動。3334(2)可分接觸任務(wù)中可以接通或分?jǐn)嗟碾娊佑|稱可分接觸。接觸的雙方是一對電觸頭，一個稱靜觸頭，另一個稱動觸頭。觸頭的性能，對開關(guān)電器的分?jǐn)嗖鸥?、控制電器的電氣壽命、繼電器的可靠性等起重要的作用。觸頭是電器的最薄弱環(huán)節(jié)，容易發(fā)生缺點。靜觸頭動觸頭35(3)滑動及滾動接觸在任務(wù)過程中觸頭可以相互滑動〔或滾動〕的接觸方式稱為滑動(或滾動)接觸。高壓斷路器的中間觸頭、公共電車及電氣火車的電源引進(jìn)部分。高壓斷路器?363738無論用什么工藝切開導(dǎo)體，或切開后對切面無論用什么工藝實行精加工，切面外表總是凸凹不平的，總是有宏觀和微觀上的波紋,外表粗糙等。當(dāng)兩個接觸面接觸時，實踐上只需假設(shè)干個小塊面積相接觸，而在每塊小面積內(nèi)，又只需假設(shè)干小的突起部分相接觸，稱為接觸點。3.2.2接觸電阻的組成接觸電阻Rj由收縮電阻Rs和外表膜電阻Rb兩部分組成1、收縮電阻39在接觸處，金屬的實踐截面積減小了。電流在流經(jīng)電接觸區(qū)域時，從原來截面較大的導(dǎo)體忽然轉(zhuǎn)入截面很小的接觸點，電流線發(fā)生猛烈收縮景象。該景象所呈現(xiàn)的附加電阻稱為收縮電阻。40由于接觸點由多個組成，所以整個接觸面的收縮電阻Rs，為各個接觸點收縮電阻的并聯(lián)值。整個接觸面的收縮電阻Rs與資料的電阻率ρ成正比，與資料硬度〔HB值〕的平方根成正比，與壓力F和接觸點的數(shù)目n的二次方根的乘積成反比。412、外表膜電阻在電接觸的接觸面上，由于污染而覆蓋著一層導(dǎo)電性很差的物質(zhì)，這就是接觸電阻的另一部分——外表膜電阻。外表膜電阻的類型；〔1〕塵埃膜〔2〕吸附膜〔3〕無機(jī)膜〔4〕有機(jī)膜42〔1〕塵埃膜：飄揚(yáng)于空氣中的團(tuán)狀微粒，由于靜電的吸力而覆蓋于接觸外表構(gòu)成膜電阻。被吸附的微粒在外力作用下極易零落，使接觸重新恢復(fù)，因此其電阻值的變化是不穩(wěn)定的，具有隨機(jī)的和統(tǒng)計的特點?！?〕吸附膜：水分子和氣體分子在接觸外表的吸附層。其厚度僅有幾個分子層。當(dāng)觸頭間的壓力在接觸面上構(gòu)成很高的壓強(qiáng)時，其厚度可以減到1～2個分子層(5～10?)，但無法用機(jī)械的方法把它完全排除。因此，無論采用何種觸頭資料，吸附膜都是不可防止的。43〔3〕無機(jī)膜：電接觸資料暴露于空氣中時，由于化學(xué)腐蝕作用在金屬外表構(gòu)成各種金屬化合物的薄膜稱為無機(jī)膜。金屬和氧生成氧化膜，和H2S反響生成硫化膜；金屬外表一旦暴露在大氣中，便會很快生成幾微米的初期氧化膜層。銅：2-3min，鎳：約30min，鋁：2-3s，其外表便可構(gòu)成厚度約2μm的氧化膜層。即使特別穩(wěn)定的貴金屬金，其外表也會構(gòu)成一層有機(jī)氣體吸附膜。44在潮濕的空氣中，在電介質(zhì)作用下，使不同的金屬間發(fā)生電化學(xué)腐蝕，也在金屬外表積存銹蝕物。無機(jī)膜的構(gòu)成取決于金屬資料的化學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)。無機(jī)膜對電接觸的破壞作用與其厚度有關(guān)，也和膜的性質(zhì)有關(guān)。在接觸壓力較大，電路參數(shù)較高時，有些無機(jī)膜對電接觸的危害并不嚴(yán)重。45〔4〕有機(jī)膜：從絕緣資料中析出的有機(jī)蒸汽，在電接觸金屬資料外表構(gòu)成一種粉狀有機(jī)聚合物，稱為有機(jī)膜。有機(jī)膜對電接觸的危害是很嚴(yán)重的，其阻值可達(dá)幾兆歐〔MΩ〕，其絕緣性能與一些無機(jī)膜類似，但它們的擊穿電壓卻是無機(jī)膜的十倍左右。因接觸的導(dǎo)電性能取決于膜的厚度和性質(zhì)。尤其存在著較厚的有機(jī)膜時，觸頭間的導(dǎo)電性能幾乎完全遭到破壞。為了恢復(fù)良好的導(dǎo)電性，可以利用機(jī)械力的作用(如添加接觸壓力)把膜壓碎。切換大電流的觸頭，可以利用因開斷或閉合時伴隨而產(chǎn)生的電流熱效應(yīng)和電弧的燒損，使膜被破壞，不致影響接觸的良好導(dǎo)電性能。463.2.3影響接觸電阻的要素電氣設(shè)備的接觸電阻過大時的危害：〔1〕使設(shè)備的接觸點發(fā)熱?！?〕發(fā)熱時間過長縮短設(shè)備的運(yùn)用壽命?！?〕嚴(yán)重時可引起火災(zāi)，呵斥經(jīng)濟(jì)損失。

47影響接觸電阻的要素1、觸頭資料〔包括外表鍍層資料〕為了防止觸頭冷焊，需求用硬度較高的觸頭資料，如金、銀、銅、銅鍍銀等。為要改善接觸性能，資料硬度又不宜太高。要根據(jù)實踐需求來選擇。資料的化學(xué)穩(wěn)定性要好，抗污染、抗腐蝕、抗氧化才干要強(qiáng)，導(dǎo)電性能要好，電阻率要低，以滿足接觸電阻小而穩(wěn)定的要求。2、觸頭接觸壓力觸頭接觸壓力越大，接觸面積越大，接觸電阻越小。但觸頭壓力增大到一定數(shù)值時，會使觸頭的機(jī)械磨損和電磨損增大。因此，觸頭壓力應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。483、觸頭外形和接觸方式接觸方式與觸頭外形關(guān)系親密。點接觸時接觸電阻大；線接觸時接觸電阻要小些；面接觸時接觸電阻更小些。中小功率的繼電器多采用線、面接觸，以提高抗熔接、抗腐蝕才干。在小型繼電器中往往還采用橋式接觸方式和分叉的雙觸頭接觸方式，以順應(yīng)頻繁動作，提高接觸可靠性。另一方面，大尺寸的觸頭雖然接觸電阻可以減小，但尺寸太大既浪費(fèi)資料又增大了體積和分量，而且會使回跳增多和回跳時間延伸，增大觸頭磨損，也降低了抗振動、抗沖擊的才干。51525049線接觸點接觸面接觸4950橋式接觸方式分叉的雙觸頭接觸方式49514、外表粗糙度觸頭外表加工的粗糙度越小，實踐接觸點就越多，而且更不易粘附塵埃、吸附有害氣體和潮氣，加強(qiáng)了抗腐蝕的才干，同時減小了接觸電阻。普通觸頭的外表粗糙度為〔輪廓算術(shù)平均偏向〕Ra1.6μm—Ra0.4μm。粗糙度太小了就需求拋光和研磨，拋光時運(yùn)用的拋光膏的存在會增大觸頭有機(jī)污染的時機(jī)，是極為不利的。粗糙度過小也會增大冷焊的時機(jī)。525、觸頭污染觸頭的污染物有塵埃、潮氣、纖維、有機(jī)氣體的液體等，來自周圍環(huán)境和加工工藝過程及繼電器本身的構(gòu)造資料〔如絕緣資料)。污染是影響接觸電阻的重要要素，會產(chǎn)生較大的膜電阻和化學(xué)腐蝕，增大接觸電阻，降低觸頭的壽命。因此要求整潔消費(fèi)和超凈消費(fèi)以減少污染。采用全密封技術(shù)或接觸系統(tǒng)、電磁系統(tǒng)單獨(dú)密封技術(shù)都是抗污染的措施之一。536、觸頭溫度觸頭外表溫度的添加〔包括環(huán)境溫度和觸頭本身溫度的添加〕，會使其外表情況、接觸面積都發(fā)生變化。在觸頭壓力不變的情況下，溫度升高會使金屬的電阻率增大，因此接觸電阻增大。溫度升高到一定程度時，會使觸頭軟化，接觸面積增大，接觸電阻下降。溫度升高會加劇觸頭金屬氧化和化學(xué)腐蝕，不利于任務(wù)的穩(wěn)定和可靠。改善散熱條件的措施有：充入高壓氣體或罩殼涂黑。543.3.1電器的溫升電器在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，假設(shè)產(chǎn)生過高的熱量，將嚴(yán)重地影響電器的平安運(yùn)用和運(yùn)用壽命，嚴(yán)重的還會引起火災(zāi)。溫升：是指電器運(yùn)轉(zhuǎn)中本身溫度與任務(wù)環(huán)境溫度之差。極限允許溫升：是指電器在正常任務(wù)條件下的極限允許溫度與任務(wù)環(huán)境溫度之差。3.3電器的允許溫升及散熱553.3.2電器的發(fā)熱與散熱平衡規(guī)律1、發(fā)熱電器中的熱源主要來自三個方面：交流電器的導(dǎo)體中產(chǎn)生的電阻損耗：交流電器的鐵磁物質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗：交流電器絕緣體內(nèi)產(chǎn)生的介質(zhì)損耗：56熱傳導(dǎo)熱輻射熱對流2、散熱假設(shè)散熱條件被破壞，將導(dǎo)致電器本身的溫度過高，輕那么損壞絕緣，重那么能夠燒毀電器，甚至引起火災(zāi)。573、穩(wěn)態(tài)溫升正常任務(wù)的電器，經(jīng)過一段時間后，發(fā)熱與散熱總會趨于平衡，此時的溫升稱為穩(wěn)態(tài)溫升。

〔牛頓公式〕普通指發(fā)熱體外表的平均溫升，也是電器發(fā)熱、散熱平衡以后的穩(wěn)態(tài)溫升。KT：綜合外表散熱系數(shù)。S：有效散熱面積。58〔1〕導(dǎo)體的發(fā)熱與直徑的平方成正比，而散熱卻與直徑一次方成正比。在一樣電流密度下，導(dǎo)體直徑越大，那么溫升越高。為了保證導(dǎo)體溫度不超越允許值，導(dǎo)體直徑越大，那么允許經(jīng)過的電流密度就必需越小。載流導(dǎo)線的穩(wěn)態(tài)溫升：59〔2〕溫升與導(dǎo)體的有效散熱面積成反比，故在大電流時常采用扁平的矩形導(dǎo)體或采用多根導(dǎo)體絞合并聯(lián)，以添加導(dǎo)體的散熱面積。載流導(dǎo)體的穩(wěn)態(tài)溫升：603.3.3絕緣損傷有絕緣層維護(hù)的導(dǎo)線或?qū)щ姴考?，假設(shè)絕緣層遭到破壞或絕緣性能降低，就會有不同程度的漏電，甚至發(fā)生短路，呵斥嚴(yán)重的損失。對導(dǎo)體絕緣的要求，除了增進(jìn)絕緣本身性能外，還應(yīng)針對絕緣層損壞的各種要素和方式，采取相應(yīng)的防備措施，使其平安可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。絕緣損壞的方式：老化、擊穿和機(jī)械損傷。611、老化絕緣資料在運(yùn)用過程中，受各種要素的長期作用，會產(chǎn)生一系列緩慢的物理、化學(xué)變化，從而導(dǎo)致其電性能和機(jī)械性能的惡化，稱為老化。影響絕緣資料老化的要素有：光、電、熱、氧化、輻射、微生物等等。電老化、熱老化、氧化老化、濕度老化、光老化、微生物老化老化過程非常復(fù)雜，其機(jī)理也隨運(yùn)用條件的不同而不同。62化學(xué)名詞：①裂解(降解)：通常泛指高分子化合物在物理要素(如熱﹑紫外線﹑高能輻射﹑機(jī)械力)和化學(xué)要素(如氧﹑臭氧﹑腐蝕性介質(zhì)和化學(xué)藥物)作用下轉(zhuǎn)變成低分子化合物的過程，其中包括分子鏈的斷裂。高分子裂解的方式是多種多樣的，如熱裂解、力裂解﹑光裂解﹑高能輻射裂解﹑氧化裂解、生物裂解﹑化學(xué)藥物裂解等。②解聚：指采用化學(xué)方法(如酸解或堿解)或酶學(xué)方法使由共價鍵結(jié)合的高聚物(如核酸、蛋白質(zhì)、多糖等)降解成低聚物和/或單體的反響。63〔1〕電老化絕緣資料在高壓電器設(shè)備中，因高電場強(qiáng)度呵斥電離而產(chǎn)生的老化屬于電老化。典型的電老化機(jī)理：1)部分放電時產(chǎn)生臭氧，臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，最易與大分子鏈的雙鍵起加成反響，在加成反響過程中使碳碳鍵斷裂。因此很容易使資料發(fā)生臭氧裂解。2)部分放電產(chǎn)生氯的氧化物，它與潮氣結(jié)合消費(fèi)硝酸，發(fā)生腐蝕作用。3)部分放電產(chǎn)生高速粒子，對絕緣資料轟擊，發(fā)生破壞作用。4)部分放電使介質(zhì)損耗增大，資料部分發(fā)熱促使資料性能的惡化。64〔2〕熱老化絕緣資料經(jīng)常會遭到外界環(huán)境或來自本身內(nèi)部的(如介質(zhì)損耗引起的)熱作用，在低壓高頻電場條件下，這種熱作用引起的老化更為明顯。熱老化的機(jī)理：1)存在于絕緣資料中或老化過程構(gòu)成的低分子揮發(fā)成分或產(chǎn)物的逸出。2)熱解。在熱作用下，有些資料(如聚氯乙烯)會裂解產(chǎn)生有害物質(zhì)(如氯化氫)，能夠引起催化作用。3)解聚和氧化裂解。在熱和氧作用下，引發(fā)生成游離基并參與鏈反響，結(jié)果使大分子鏈斷裂，生成單基物或低分子物，使資料的介電、機(jī)械性能下降。654)分子繼續(xù)聚合開場能夠會提高物理和電氣性能，但隨后即導(dǎo)致柔軟性下降、變脆，并在機(jī)械應(yīng)力作用下?lián)p壞。熱老化規(guī)律的近似公式：使絕緣壽命降低一半所需添加的任務(wù)溫度，A級絕緣為8℃，B級絕緣為10℃，H級絕緣為12℃，稱為熱老化8℃原那么。66〔3〕氧化老化各種資料都有不同的氧化方式，多數(shù)塑料由于熱裂解成游離基，再和氧結(jié)合生成——ROOH(一元羧酸的通式)的連鎖反響。在低溫下熱氧化老化較慢，有氧存在使熱聚溫度下降，如聚乙烯在真空中熱解聚的活化能是48—70kcal／mol。在空氣中為16—35kcal／mol。對有機(jī)大分子的氧化反響，常使極性基添加，引起介質(zhì)損耗和電導(dǎo)的添加。液體介質(zhì)的氧化結(jié)果使介質(zhì)酸值變大，粘度上升，并有沉淀生成。67〔4〕濕度老化水分的存在對絕緣資料的影響：使資料介電常數(shù)變大，絕緣電阻降低；使電暈產(chǎn)生的幾種氧化物變?yōu)橄跛?，亞硝酸而腐蝕金屬，使纖維及其它絕緣資料發(fā)脆；為微生物的生成提供了有利條件。濕度使許多物質(zhì)離解為離子，加速老化開展，濕度對熱老化、氧化老化起加速作用，故干熱和濕熱絕緣資料的壽命相差40％。如油浸紙絕緣水分含量超越允許值一倍時，其運(yùn)用壽命就縮短一半；對于交聯(lián)聚乙烯電纜的樹脂老化特性，全干式交聯(lián)優(yōu)于半干式交聯(lián)，而半干式交聯(lián)又優(yōu)于水蒸汽濕法交聯(lián)。68〔5〕光老化光和射線供應(yīng)分子、電子以一定能量，波長在400nm以下的紫外線、X射線、γ射線，能對高聚物起能覺察到的老化作用。光的作用是切斷分子鏈及交聯(lián)作用，使絕緣發(fā)粘，變脆、開裂、失去絕緣性能?！?〕微生物老化微生物以有機(jī)絕緣資料為食物，或破壞絕緣引起介質(zhì)老化，微生物繁衍因其生物體的影響會使絕緣外表電阻下降，其分泌物成為高分子分解的要素，還會使機(jī)械性能下降。692.絕緣擊穿擊穿：絕緣資料上所加電壓超越某一臨界值時，絕緣資料被破壞，絕緣才干喪失。擊穿電壓：這一臨界值電壓。擊穿電壓取決于絕緣資料的性質(zhì)、厚度以及環(huán)境情況。絕緣資料發(fā)生擊穿后，其絕緣才干喪失，經(jīng)過絕緣資料的電流劇增，呵斥短路甚至引起火災(zāi)。703機(jī)械損傷在制造、安裝和維修時，由于嵌線不慎、不測碰撞、摩擦等緣由呵斥的絕緣資料損傷。損傷的部分或徹底穿透或厚度減少。在通電運(yùn)轉(zhuǎn)時，能夠會立刻發(fā)生短路。也能夠在損傷部位發(fā)生擊穿或提早老化損壞，經(jīng)過一段時間后發(fā)生短路事故。71723.4導(dǎo)體的長時發(fā)熱與短時發(fā)熱導(dǎo)體的兩種發(fā)熱形狀：長時發(fā)熱：導(dǎo)體長期流過任務(wù)電流的發(fā)熱。短時發(fā)熱：導(dǎo)體短時間流過短路電流引起的發(fā)熱。研討導(dǎo)體尤其是電線電纜的長時發(fā)熱與短時發(fā)熱的規(guī)律，是為了找出提高導(dǎo)體長期允許發(fā)熱的方法，使導(dǎo)體發(fā)熱溫度不超越最高允許溫度，以保證導(dǎo)體的平安運(yùn)轉(zhuǎn)。3.4.1導(dǎo)體發(fā)熱導(dǎo)體的電阻損耗產(chǎn)生的熱功率：733.4.2導(dǎo)體的溫升過程當(dāng)導(dǎo)體未通電流時，其溫度與周圍介質(zhì)的溫度相等；導(dǎo)體通有電流后，便產(chǎn)生熱量，使導(dǎo)體溫度升高，同時又以對流和輻射的方式向周圍介質(zhì)分發(fā)熱量。當(dāng)發(fā)熱和散熱到達(dá)平衡時，導(dǎo)體的溫度堅持不變。導(dǎo)體的溫升規(guī)律：均質(zhì)導(dǎo)體的溫升按時間指數(shù)函數(shù)增長。當(dāng)t=(3～4)T時，導(dǎo)體溫升即趨于穩(wěn)定溫升。發(fā)熱時間常數(shù)：穩(wěn)態(tài)溫升7475在穩(wěn)定發(fā)熱形狀下，導(dǎo)體中產(chǎn)生的全部熱量都散失到周圍環(huán)境中。與電流I平方成正比，與導(dǎo)體放熱才干KzhF成反比，而與導(dǎo)體的起始溫度θ0無關(guān)。導(dǎo)體長期允許電流〔導(dǎo)體最大允許載流量〕：3.4.3導(dǎo)體長期允許電流〔牛頓公式〕穩(wěn)態(tài)溫升：763.4.5提高導(dǎo)體長期允許電流的方法導(dǎo)體的長期允許電流取決于導(dǎo)體資料的長期發(fā)熱允許溫度，外表散熱才干和導(dǎo)體電阻。1、采用電阻率小的導(dǎo)體資料，提高導(dǎo)體的載流才干。如鋁，鋁合金，銅等導(dǎo)體資料的電阻率較小。2、減小導(dǎo)體接頭的接觸電阻，提高其長期發(fā)熱允許溫度θy。如采用在接觸面鍍銀、搪錫等方法，可提高導(dǎo)體允許溫度。3、提高導(dǎo)體外表散熱才干〔1〕導(dǎo)體的布置應(yīng)采用散熱效果最正確的布置方式?！?〕增大導(dǎo)體外表的散熱面積導(dǎo)體外表的散熱面積與導(dǎo)體的幾何外形有關(guān)。在截面積一樣的條件下，圓柱形外外表最小，矩形、槽形外外表較大，所以工程上很少運(yùn)用圓柱形母線?！?〕強(qiáng)迫冷卻采用強(qiáng)迫水冷或風(fēng)冷來提高母線的對流放熱量。導(dǎo)體外表涂漆，可以提高輻射散熱才干，能添加載流量。并用以識別相序，便于操作巡視。77對于室外配電安裝母線，為減少對太陽輻射的吸收，應(yīng)采用吸收率較小的外表，故室外配電安裝母線不應(yīng)涂漆，而保管其光亮外表。加強(qiáng)自然通風(fēng)：導(dǎo)線明敷應(yīng)選自然通風(fēng)良好的環(huán)境，不應(yīng)覆蓋；穿管時導(dǎo)線占積率不應(yīng)超越60％；對于溝道電纜