第5.1章 发电厂主系统 教学课件.pptVIP

* * 第五章 导体的发热与电动力 第一节 概 述 第二节 导体发热和散热的计算 第三节 导体的长期发热与载流量 第四节 导体的短时发热 第五节 导体短路的电动力 第六节 大电流封闭母线的发热和电动力 第一节 概 述 ◆当电流通过导体时，在导体电阻中所产生的电阻损耗。 ◆绝缘材料在电压作用下所产生的介质损耗。 ◆导体周围的金属构件，特别是铁磁物质，在电磁场作用下， 产生的涡流和磁滞损耗。 ◆长期发热：导体和电器中长期通过正常工作电流所引起的发热。 ◆短时发热：由短路电流通过导体和电器时引起的发热。 2. 发热的分类 1. 引起导体和电器发热的原因 3. 发热对导体和电器的不良影响 ◆机械强度下降 高温会使金属材料退火软化，机械强度下降。 ◆接触电阻增加 高温将造成导体接触连接处表面氧化，使接触电阻增加，温度进一步升高，产生恶性循环，可能导致连接处松动或烧熔。 ◆绝缘性能降低 有机绝缘材料（如电缆纸、橡胶等）长期受高温的作用，将逐渐变脆和老化，使用年限缩短，甚至碳化而烧坏。 4. 为了保证导体在长期发热和短时发热作用下能可靠、安全地工作，应使其发热的最高温度不超过导体的长期发热和短时发热最高允许温度。 ◆导体的长期发热最高允许温度不应超过+70℃，在计及日照影响时，钢心铝线及管形导体可按不超过+80℃考虑。当导体接触面处有镀（搪）锡的可靠覆盖层时，可提高到+85℃。 ◆导体的短时最高允许温度，对硬铝及铝锰合金可取+200℃，硬铜可取+300℃。 5. 发生短路故障时，除了引起发热外，还会产生很大的电动力，造成导体变形或损坏。 第二节 导体发热和散热的计算 一、导体发热的计算 发热包括导体电阻损耗热量的计算和太阳日照热量的计算。 1．导体电阻损耗产生的热量 单位长度导体的交流电阻： 单位长度的导体，通过有效值为Iw 的交流电流时，由电阻损耗产生的热量： 式中: Rac － 导体的交流电阻（? / m）； ? －导体温度为20℃时的直流电阻率（?·mm2/m）； ?t－电阻温度系数（℃－1）；?w－导体的运行温度（℃）； Kf－集肤系数：S－导体截面积（mm2）。 表5－1 电阻率?及温度系数?t 图5－1 矩形导体的集肤系数 导体的集肤系数与电流的频率、导体的形状和尺寸有关。 Rdc为1000m长导体的直流电阻 图5－2 圆柱及管形导体的集肤系数 2．太阳日照（辐射）的热量 太阳照射（辐射）的热量也会造成导体温度升高，安装在屋外的导体，一般应考虑日照的影响，圆管形导体吸收的太阳日照热量为： 式中 Es－太阳辐射功率密度，取Es＝1000（W/m2 ） As－导体的吸收率，对铝管取As ＝0.6； D －导体的直径（m）。 二、导体散热的计算 热量传递有三种方式：对流、辐射和传导。导体的散热过程主要是对流和辐射。空气的热传导能力很差，导体的传导散热可忽略不计。 1．对流换热量的计算 对流换热量与导体对周围介质的温升及换热面积成正比: 式中: ?c－对流换热系数[W／(m2·℃) ]； ?w－导体温度(℃)； ?0－周围空气温度(℃)； Fc －单位长度导体散热面积（m2/m)。 对流换热系数αC的计算 ◆自然对流换热量的计算 屋内空气自然流动或屋外风速小于0.2m/s，属于自然对流换热。此种情况的对流换热系数取: 单位长度导体的对流换热面积 Fc 是指有效面积，它与导体形状、尺寸、布置方式和多条导体的间距等因素有关。 单条矩形导体竖放时（如图5-3a所示）的对流换热面积（单位为m2/m）为 圆管形导体(直径为D)，如图5-3d所示，的对流换热面积为 两条矩形导体竖放时（如图5-3b所示）的对流换热面积 三条矩形导体竖放时（如图5-3c所示）的对流换热面积 （2）强迫对流换热量的计算 屋内人工通风或屋外导体处在风速较大的环境时，可以带走更多的热量，属于强迫对流换热。圆管形导体的对流换热系数为: 当空气温度为20℃时，空气的导热系数为 当空气温度为20℃时，空气的运动粘度系数为 v为风速（m/s） D－圆管外径(m) 单位长度圆管形导体的对流换热面积 当24o ≤90o时，A =0.42，B =0.58，n =0.9 当0o ≤24o时，A=0.42，B =0.68 ，n =1.08 风向与导体不垂直的修正系数 2．辐射换热量的计算 根据斯蒂芬——玻尔兹曼定律，导体向周围空气辐射的热量为： θW 、θ0——导体温度和周围空气温度（℃