載流導(dǎo)體的發(fā)熱載流導(dǎo)體的發(fā)熱第1頁載流導(dǎo)體的發(fā)熱第2頁第6章載流導(dǎo)體發(fā)燒、電動力及選擇

6.1載流導(dǎo)體發(fā)燒

導(dǎo)體和電器在運行中常碰到兩種工作狀態(tài)：(1)正常工作狀態(tài)(2)短路工作狀態(tài)導(dǎo)體正常工作時將產(chǎn)生各種損耗，包含：電阻損耗；介質(zhì)損耗；渦流和磁滯損耗。這些損耗變成熱能使導(dǎo)體溫度升高，以致使材料物理性能和化學性能變壞。

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第3頁6.1載流導(dǎo)體發(fā)燒發(fā)燒對導(dǎo)體和電器產(chǎn)生不良影響包含：

(1)機械強度下降(2)接觸電阻增加(3)絕緣性能降低導(dǎo)體最高允許溫度為了確保導(dǎo)體可靠地工作，必須使其發(fā)燒溫度不得超出一定數(shù)值，這個限值叫做最高允許溫度。

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第4頁導(dǎo)體最高允許溫度要求

導(dǎo)體正常最高允許溫度普通不超出+70℃。在計及太陽輻射(日照)影響時，鋼芯鋁絞線及管形導(dǎo)體，可按不超出+80℃來考慮。當導(dǎo)體接觸面處有鍍(搪)錫可靠覆蓋層時，可提升到+85℃。短時最高允許溫度

對硬鋁及鋁錳合金可取220℃，硬銅可取320℃。

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第5頁6.1.1載流導(dǎo)體長久發(fā)燒

1.導(dǎo)體中經(jīng)過負荷電流及短路電流時溫度改變載流導(dǎo)體的發(fā)熱第6頁正常負荷電流發(fā)燒溫度計算

式中θ0---導(dǎo)體周圍介質(zhì)溫度；θe---導(dǎo)體正常最高允許溫度；IF---導(dǎo)體中經(jīng)過長久最大負荷電流；I‘e---導(dǎo)體允許電流，為導(dǎo)體額定電流Ie

修正值。

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第7頁導(dǎo)體額定電流Ie

修正

當周圍介質(zhì)溫度θ0

不等于要求周圍介質(zhì)極限溫度θ0e時，應(yīng)將導(dǎo)體額定電流Ie乘以修正系數(shù)Kl。當實際并列敷設(shè)電纜根數(shù)不是l時，Ie還要乘以修正系數(shù)K2。假如還有其它原因要考慮時，還要乘以其它修正系數(shù)。修正系數(shù)kl

及k2見表6.1.1及表6.1.2。

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第8頁導(dǎo)體額定電流Ie

修正當周圍介質(zhì)溫度θ0不等于要求周圍介質(zhì)極限溫度θ0e時，裸導(dǎo)體允許電流也可按下式進行修正

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第9頁載流導(dǎo)體長久發(fā)燒計算舉例

例6.1.1某降壓變電所10kV屋內(nèi)配電裝置采取裸鋁母線，母線截面積為120×10(mm)2，要求允許電流Ie

為1905(A)。配電裝置室內(nèi)空氣溫度為36℃。試計算母線實際允許電流。(θ0e取25℃)解：因鋁母線θe=70℃，要求周圍介質(zhì)極限溫度θ0e=25℃，介質(zhì)實際溫度為36℃，要求允許電流Ie

為1905(A)。利用公式(6.1.3)可得：

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第10頁載流導(dǎo)體長久發(fā)燒計算舉例

例6.1.2鋁猛合金管狀裸母線，直徑為Ф120／110（mm）,最高允許工作溫度80℃時額定載流量是2377(A)。假如正常工作電流為1875(A),周圍介質(zhì)(空氣)實際溫度θ0為25℃。計算管狀母線正常最高工作溫度θF?(θ0e=25℃)解：利用公式(6.1.1)計算載流導(dǎo)體的發(fā)熱第11頁載流導(dǎo)體長久發(fā)燒計算舉例

例6.1.3三根10kV紙絕緣三芯鋁電纜，截面各為150（mm）2，并列敷設(shè)在地下，凈距為0．1(m)，土壤實際溫度為30℃。該電纜在θe=60℃，θ0e=25℃時要求允許正常工作電流為235（A）。試求每根電纜實際允許電流，并求最大長久負荷電流為160A時電纜線芯正常最高工作溫度θF。

解：由表6.1.1查得kl=0.94；由表6.1.2查得k2=0.85；每根電纜實際允許電流：載流導(dǎo)體的發(fā)熱第12頁載流導(dǎo)體長久發(fā)燒計算舉例載流導(dǎo)體的發(fā)熱第13頁6.1.2載流導(dǎo)體短時發(fā)燒

載流導(dǎo)體短時發(fā)燒，是指短路開始至短路切除為止很短一段時間內(nèi)導(dǎo)體發(fā)燒過程。短時發(fā)燒計算目標，就是要確定導(dǎo)體最高溫度θd，以校驗導(dǎo)體和電器熱穩(wěn)定是否滿足要求。載流導(dǎo)體短時發(fā)燒特點是：發(fā)燒時間很短，基礎(chǔ)上是一個絕熱過程。即導(dǎo)體產(chǎn)生熱量，全都用于使導(dǎo)體溫度升高。又因載流導(dǎo)體短路前后溫度改變很大，電阻和比熱容也隨溫度而變，故也不能作為常數(shù)對待。

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第14頁一、短時發(fā)燒過程

在導(dǎo)體短時發(fā)燒過程中熱量平衡關(guān)系是，電阻損耗產(chǎn)生熱量應(yīng)等于使導(dǎo)體溫度升高所需熱量。用公式可表示為

QR=Qc(W／m)

當初間由0到td(td為短路切除時間)，導(dǎo)體溫度由開始溫度θF

上升到最高溫度θd，其對應(yīng)平衡關(guān)系經(jīng)過變換成為載流導(dǎo)體的發(fā)熱第15頁一、短時發(fā)燒過程左邊I2dt

dt與短路電流產(chǎn)生熱量成正比，稱為短路電流熱效應(yīng)，用Qd表示。右邊為導(dǎo)體吸熱后溫度改變。

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第16頁二、短路電流熱效應(yīng)Qd計算

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第17頁二、短路電流熱效應(yīng)Qd計算采取近似數(shù)值積分法，即可求出短路電流周期分量熱效應(yīng)為

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第18頁短路電流非周期分量熱效應(yīng)QfZ計算載流導(dǎo)體的發(fā)熱第19頁非周期分量等效時間T(s)

短路點

T(s)

td≤0.1td>0.1

發(fā)電機出口及母線發(fā)電機電壓電抗器后

0.150.2

發(fā)電廠升高電壓母線及出線

0.08

0.1

變電所各級電壓母線及出線

0.05

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第20頁短路電流熱效應(yīng)Qd計算舉例

例6.1.4發(fā)電機出口短路電流I“(0)=18（kA），I（0.5）=9（kA），I（1）=7.8（kA），短路電流連續(xù)時間td=l（s），試求短路電流熱效應(yīng)。

+

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第21頁6.1.3導(dǎo)體短時最高溫度θd計算

設(shè)：

Ad及AF

僅與導(dǎo)體材料參數(shù)及溫度相關(guān)?？刹榘淬~、鋁、鋼三種材料平均參數(shù)作成了Aθ=f(θ)曲線。當已知導(dǎo)體溫度θ時，可方便地求出Aθ值；反之，由Aθ值也可求出導(dǎo)體溫度θ。

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第22頁由Aθ=f(θ)曲線求導(dǎo)體短時最高溫度θd步驟

熱平衡方程可改寫為當已知導(dǎo)體材料和導(dǎo)體正常發(fā)燒溫度θF

時，可按Aθ=f(θ)曲線查出對應(yīng)AF

值。然后加上短路電流熱效應(yīng)，即可求出Ad值，最終再由Aθ=f(θ)曲線查出Ad對應(yīng)導(dǎo)體短時最高溫度θd。

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第23頁銅、鋁、鋼三種材料Aθ=f(θ)曲線

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第24頁載流導(dǎo)體熱穩(wěn)定校驗舉例

例6.1.5截面為150×10-6(m2)10kV鋁芯紙絕緣電纜，正常運行時溫度θF

為50℃，短路電流熱效應(yīng)為165.8(kA2·s)，試校驗該電纜能否滿足熱穩(wěn)定要求。載流導(dǎo)體的發(fā)熱第25頁

6.1.4導(dǎo)體最小允許截面Smin計算

最小允許截面Smin定義：假定短路前導(dǎo)體溫度已達長久運行要求溫度θe，而切斷短路時導(dǎo)體溫度恰好到達短時允許最高溫度θde，這時對應(yīng)導(dǎo)體截面即為滿足熱穩(wěn)定條件最小允許截面Smin。只要導(dǎo)體截面S≥Smin，導(dǎo)體即滿足熱穩(wěn)定要求。

載流導(dǎo)體的發(fā)熱第26頁最小允許截面Smin計算依據(jù)θe及θde查出對應(yīng)Ae

及

Ade然后利用公式