文档介绍：《电气工程基础》第十四章导体发热及电动力计算与电气设备选择
第十四章导体的发热及电动力计算
与电气设备选择
本章主要内容
介绍电气设备发热和电动力产生的原因
导体发热量和电动力计算方法
电气设备选择的一般条件
一、导体发热的原因
交流电通过导体,产生各种功率损耗,引起电器发热,主要有:
(1)电流通过电阻时的损耗引起的焦耳热;
(2)交流电在周围铁磁体中引起的涡流损耗、磁滞损耗;
(3)绝缘体内的介质损耗。
二、发热种类:
(1)因工作电流产生的连续发热,也称作为
长期持续发热
(2)短时大电流引起的发热,又称短时发热
第一节导体的发热问题
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三、发热对电气设备的影响
(1)使绝缘材料的绝缘性能降低
(2)使电气设备结构体机械强度下降
(3)使导电体接触部分的电阻增大
温度高会加剧接触面氧化,产生电阻率很高的氧化层,从而加大温升。
(国标对导体的长期发热和短时发热有规定)
普通裸露导线允许温度70℃,有锡覆盖层可以到85 ℃,有银覆盖层可以到95 ℃。
一、均匀导体的长期发热及载流量确定
1. 长期发热热平衡方程
导体从电网中吸收的热量,一部分作为导体本身吸收的热量,另一部分为导体散发到周围介质中的热量。上式微分方程的解为:
2. 均匀导体载流量计算
导体的载流量与导体允许的温升、材料有关,通过载流量计算,可以计算导体长期可靠工作时的最大电流,充分利用导体截面。
第二节均匀导体的发热计算
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提高导体允许的载流量有以下途径:
(1)减少导体电阻
(2)周围环境温度降低
(3)增加散热面积
(4)增大综合换热系数
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导体的载流量计算公式:
—导体综合换热系数
—导体散热面积
—导体允许温度
—环境温度
—导体电阻
二、均匀导体的短时发热计算
1. 短时发热计算
(1)短时发热定义
短路开始至短路切除时间内,短路电流引起的导体发热过程。
(2)短时发热研究目的
校核导体短路后最高发热温度是否超过导体短路时的最高允许温度。
(3)短时发热的特点
a. 发热时间短(绝热过程)
b. 发热量大,电阻、比热容等参数是温度的函数
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—短路电流有效值
导体的电阻
导体的比热容
其中:
导体的质量
计算导体短路时的发热温度:
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导体短时发热最高温度求取:
由已知导体初始温度查找曲线,查出Ai;
由上式将Ai短路热脉冲值代入求出Af;
由Af再次查对应曲线,得出导体短时
发热最高温度。
热平衡方程两边积分后得:
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短路热效应的计算:
等值时间法;
辛普森积分法。
电动力就是载流导体所受到的电磁力,由于交流电产生交变磁场,而置于磁场中的导体通过电流时必然产生电磁力。
导体全长L上所受的总电动力为:
其中B为磁感应强度,i为导体通过的电流,为与B的夹角。
电动力F的计算分两种情况,,
第三节均匀导体短路时的电动力
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一、两平行导体间的电动力
设两平行导线长度为L,导线中心距为a,如果将导体中通过的电流近视为集中于轴心线上,此时,导体1中电流在导体2中产生的磁感应强度为:
两根平行导线的磁感应强度与电流方向垂直,所以导体2上所受的电动力F为:
考虑导线形状系数后可得总电动力为: