电力工程基础 教学课件 作者 卢芸第5章 电气设备的选择.pptxVIP

电力工程基础第5章　电气设备的选择第5章　电气设备的选择5.1　电气设备的发热和电动力5.2　电气设备选择的一般条件5.3　常用电气设备的选择5.1　电气设备的发热和电动力5.1.1　发热和电动力对电气设备的影响5.1.2　导体的发热和散热5.1.3　均匀导体的长期发热5.1.4　导体的短时发热5.1.5　载流导体短路时电动力的计算5.1.1　发热和电动力对电气设备的影响发热对电气设备的影响：电气设备由正常工作电流引起的发热称为长期发热，由短路电流引起的发热称为短时发热。发热不仅消耗能量，而且导致电气设备的温度升高，从而产生不良的影响：金属材料的温度升高时，会使材料退火软化，机械强度下降；温度升高→接触电阻增加→温度升高→接触电阻增加；绝缘性能下降。5.1.1　发热和电动力对电气设备的影响短路时电动力对电气设备的影响：当电气设备通过短路电流时，短路电流所产生的巨大电动力对电气设备具有很大的危害性：载流部分可能因为电动力而振动，或者因电动力所产生的应力大于材料允许应力而变形，甚至使绝缘部件(如绝缘子)或载流部件损坏；电磁绕组受到巨大的电动力作用，可能变形或损坏；巨大的电动力可能使开关电器的触头瞬间解除接触压力，甚至发生斥开现象，导致设备故障。5.1.2　导体的发热和散热1.发热2.散热1.发热(1) 导体电阻损耗的热量QR　导体通过电流I(A)时，单位长度导体上电阻损耗的热量为(2) 太阳照射产生的热量QS　吸收太阳照射(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太阳照射的影响。1.发热导体的发热计算，是根据能量守恒的原理，即导体产生的热量与耗散的热量相等进行计算的。导体的发热主要来自导体电阻损耗的热量和吸收太阳照射的热量，这两种发热量之和应等于导体辐射散热量和空气对流散热量之和，即QR+QS=Q1+Qf式中　QR——单位长度导体电阻损耗的热量(W/m)；QS——单位长度导体吸收太阳照射的热量(W/m)；Q1——单位长度导体的对流散热量(W/m)；Qf——单位长度导体向周围介质辐射散热量(W/m)。(1) 导体电阻损耗的热量QR　单位长度导体上电阻损耗的热量为：导体的交流电阻Rac为：(2) 太阳照射产生的热量QS　2.散热(1) 导体对流散热量　在气体中，各部分气体发生相对位移而将热量带走的过程称为对流。(2) 导体辐射散热量　热量从高温物体以热射线方式传至低温物体的传播过程称为辐射。(3) 导体导热散热量　固体中，由于晶格振动和自由电子运动，使热量从高温区传到低温区。(1) 导体对流散热量　(1) 导体对流散热量　2) 强迫对流散热：屋外配电装置中的圆管形导体常受到大气中风的吹动，风速越大，空气分子与导体表面接触的数目越多，对流散热的条件就越好，因而形成了对流散热。图5-1　常用导体型式a)单条导体　b)两条导体　c)三条导体　d)槽形导体　e)圆管形导体(2) 导体辐射散热量　(3) 导体导热散热量　固体中，由于晶格振动和自由电子运动，使热量从高温区传到低温区。在气体中，气体分子不停地运动，高温区域的分子比低温区域的分子具有较高的速度，分子从高温区运动到低温区，将热量传到低温区。这种传递能量的过程，称为导热。导热散热量计算式为式中　Fd——导热面积； λ——导热系数； δ——物体厚度； θ1和θ2——低温区和高温区的温度(℃)。5.1.3　均匀导体的长期发热1.导体的升温过程2.导体载流量的计算1.导体的升温过程导体的升温过程是，导体的温度由最初温度开始上升，经过一段时间后达到稳定温度的过程。导体的升温过程，可用热量平衡方程式来描述。导体散失到周围介质的热量为对流散热量Q1与辐射散热量Qf之和，这是一种复合换热。为了计算方便，用一个总散热系数α来包含对流散热与辐射散热的作用，即Q1+Qf=α(θw-θ0)F1.导体的升温过程在导体升温的过程中，导体产生的热量QR，一部分用于温度的升高所需的热量Qw，一部分散失到周围的介质中(Q1+Qf)。因此，对于均匀导体(同一截面、同一种材料)，其持续发热的热平衡方程为QR=Qw+Q1+Qf在时间dt内，由式(5-11)可得I2Rdt=mcdθ+αF(θw-θ0)dt1.导体的升温过程1.导体的升温过程图5-2　导体温升τ的变化曲线2.导体载流量的计算5.1.4　导体的短时发热1.导体的短时发热过程2.短路电流热效应Qk的计算1.导体的短时发热过程图5-3　短路时均匀导体的发热过程1.导体的短时发热过程短路时均匀导体的发热过程如图5-3所示。图中，θw是导体正常工作时(短路前)的温度，θh是短路后导体的最高温度，θ0是导体周围环境的温度。由图5-3可知，从短路开始时刻tw到短路被切除时刻tk，这段极短时间内，导体温度从初始值θw很快上升到最大值θh，在短路被切除后，导体温度