第三章常用計(jì)算的根本理論和方法§3.1導(dǎo)體載流量和運(yùn)行溫度計(jì)算

一、概述載流導(dǎo)體的電阻損耗絕緣材料內(nèi)部的介質(zhì)損耗金屬構(gòu)件中的磁滯和渦流損耗1.電氣設(shè)備通過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生的損耗熱量電氣設(shè)備的溫度升高一、概述絕緣性能降低：溫度升高=>有機(jī)絕緣材料老化加快機(jī)械強(qiáng)度下降：溫度升高=>材料退火軟化接觸電阻增加：溫度升高=>接觸局部的彈性元件因退火而壓力降低，同時(shí)接觸外表氧化，接觸電阻增加，引起溫度繼續(xù)升高，產(chǎn)生惡性循環(huán)2.發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響一、概述長(zhǎng)期發(fā)熱：導(dǎo)體在正常工作狀態(tài)下由工作電流產(chǎn)生的發(fā)熱。短時(shí)發(fā)熱：導(dǎo)體在短路工作狀態(tài)下由短路電流產(chǎn)生的發(fā)熱。3.兩種工作狀態(tài)時(shí)的發(fā)熱1o〕短路電流大，發(fā)熱量多2o〕時(shí)間短，熱量不易散出短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)：在短路時(shí)，導(dǎo)體還受到很大的電動(dòng)力作用，如果超過(guò)允許值，將使導(dǎo)體變形或損壞。導(dǎo)體的溫度迅速升高一、概述為保證導(dǎo)體可靠工作，發(fā)熱溫度不超過(guò)限值正常時(shí)：一般不超過(guò)+70℃；計(jì)及日照+80℃；外表鍍錫+85℃；外表有銀的覆蓋層+95℃.短路時(shí)：硬鋁及鋁錳合金+200℃；硬銅+300℃。4.最高允許溫度二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體的發(fā)熱：導(dǎo)體電阻損耗的熱量導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射的熱量導(dǎo)體的散熱：導(dǎo)體對(duì)流散熱導(dǎo)體輻射散熱導(dǎo)體導(dǎo)熱散熱二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱1.導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR〔W/m〕〔Ω/m〕導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)Kf與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)?！?0°C時(shí)的電阻溫度系數(shù)—導(dǎo)體的運(yùn)行溫度S—導(dǎo)體的截面積—導(dǎo)體溫度為20°C時(shí)的直流電阻率二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱2.導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射的熱量Qt〔W/m〕太陽(yáng)輻射功率密度導(dǎo)體對(duì)太陽(yáng)照射的吸收率導(dǎo)體的直徑二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱3.導(dǎo)體對(duì)流散熱量Ql由氣體各局部發(fā)生相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程，稱為對(duì)流。Fl—單位長(zhǎng)度導(dǎo)體散熱面積，與導(dǎo)體尺寸、布置方式等因素有關(guān)。導(dǎo)體片〔條〕間距離越近，對(duì)流條件就越差，故有效面積應(yīng)相應(yīng)減小。bhbhbbbhbbbbD二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱由氣體各局部發(fā)生相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程，稱為對(duì)流。(1)自然對(duì)流散熱：3.導(dǎo)體對(duì)流散熱量Qlal—對(duì)流散熱系數(shù)。對(duì)流條件不同，有不同的計(jì)算公式。(2)強(qiáng)迫對(duì)流散熱：強(qiáng)迫對(duì)流風(fēng)向修正系數(shù)：強(qiáng)迫對(duì)流散熱量：空氣導(dǎo)熱系數(shù)努謝爾特準(zhǔn)那么數(shù)，表征對(duì)流散熱強(qiáng)度二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱熱量從高溫物體以熱射線方式傳給低溫物體的傳播過(guò)程，稱為輻射。4.導(dǎo)體輻射散熱量QfFf—單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的輻射散熱面積，依導(dǎo)體形狀和布置情況而定。—導(dǎo)體材料的相對(duì)輻射系數(shù)二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱5.導(dǎo)體導(dǎo)熱散熱量Qd固體中由于晶格振動(dòng)和自由電子運(yùn)動(dòng)，使熱量由高溫區(qū)傳至低溫區(qū)；而在氣體中，氣體分子不停地運(yùn)動(dòng)，高溫區(qū)域的分子比低溫區(qū)域的分子具有較高的速度，分子從高溫區(qū)運(yùn)動(dòng)到低溫區(qū)，便將熱量帶至低溫區(qū)。這種傳遞能量的過(guò)程，稱為導(dǎo)熱。導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱面積物體厚度高溫區(qū)和低溫區(qū)溫度三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算

1．導(dǎo)體的溫升過(guò)程導(dǎo)體的散熱：導(dǎo)體的發(fā)熱：導(dǎo)體的溫度由最初溫度開(kāi)始上升，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后到達(dá)穩(wěn)定溫度省略掉傳導(dǎo)工程上將輻射散熱量表示成與對(duì)流散熱量相似的計(jì)算形式?！偵嵯禂?shù)；F—總散熱面積。三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算

熱平衡方程：—導(dǎo)體本身溫度升高所需的熱量I為流過(guò)導(dǎo)體的電流(A)，在t時(shí)刻導(dǎo)體的運(yùn)行溫度為其溫升為在dt時(shí)間內(nèi)，有m為單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的質(zhì)量，c為導(dǎo)體的熱容比—總散熱系數(shù)；F—總散熱面積。三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算

導(dǎo)體通過(guò)正常工作電流時(shí)，其溫度變化范圍不大，因此，R、c、aw可視為常數(shù)。那么有三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算

設(shè)t=0，初始溫度當(dāng)時(shí)間由0→t時(shí)，溫升由，對(duì)上式進(jìn)行積分解得：當(dāng)時(shí)間t→∞時(shí)，導(dǎo)體的溫升趨于穩(wěn)定值故穩(wěn)定溫升為三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算

令—導(dǎo)體的熱時(shí)間常數(shù)。那么有三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算

此即導(dǎo)體升溫過(guò)程表達(dá)式。上式說(shuō)明，升溫的過(guò)程按指數(shù)曲線變化，大約經(jīng)過(guò)(3~4)Tr時(shí)間，便趨近穩(wěn)定溫升tτ三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算

2.導(dǎo)體的載流量導(dǎo)體長(zhǎng)期通過(guò)電流I時(shí)，穩(wěn)定溫升為得：

那么