发电厂电气分 1 第二章载流导体的发热和电动九 山东理工大学教案 第2次课教学课型：理论课√实验课口习题课口实践课口技能课口其它口 主要教学内容（注明：*重点#难点）： 发热和电动力对电气设备的影响 导体的发热与散热 导体的长期发热 重点： 发热和电动力对电气设备的影响，导体的长期发热 难点： 导体的长期发热与载流量的关系 课程目标及要求 课程目标：课程目标1 要求： 能分析载流量的原理，并能正确计算导体的载流量 教学方法和教学手段： 多媒体教学，问题导向教学。 讨论、思考题 发热和电动力对电气设备的影响 提高导体载流量的措施 作业：1,2,3 参考资料： [1]姚春球，发电厂电气部分（第二版），中国电力出版社，2013.4 [2]郭琳，发电厂电气部分课程设计，中国电力出版社，2009.8
发电厂电气部分 第二章 载流导体的发热和电动力 1 山 东 理 工 大 学 教 案 第 2 次课 教学课型：理论课√ 实验课□ 习题课□ 实践课□ 技能课□ 其它□ 主要教学内容（注明：* 重点 # 难点 ）： 发热和电动力对电气设备的影响 导体的发热与散热 导体的长期发热 重点： 发热和电动力对电气设备的影响，导体的长期发热 难点： 导体的长期发热与载流量的关系 课程目标及要求 课程目标：课程目标 1 要求： 能分析载流量的原理，并能正确计算导体的载流量 教学方法和教学手段： 多媒体教学，问题导向教学。 讨论、思考题 发热和电动力对电气设备的影响 提高导体载流量的措施 作业：1,2,3 参考资料： [1] 姚春球，发电厂电气部分（第二版），中国电力出版社 ，2013.4 [2] 郭琳，发电厂电气部分课程设计，中国电力出版社，2009.8
发电电气语分 第二章载流导体的发热和电动力 第二章载流导体的发热和电动力 2.1概述 发热和电动力对电气设备的影响 申气设备在运行中有两种云行状态，一是正常工作状态。即运行参数都不超过领定值 电气设备能够长期而稳定地工作的状态：二是短路时工作状态，在短路故障被切除前的短时 间内，电气设备要承受短路电流产生的发热和电动力的作用。 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。 (1)机械强度下降。金属材料的温度升高时，会使材料退火软化，机械强度下降。例 如，铝导体长期发热超过100℃或短时发热超过150℃时 ,材料的抗拉强度明显下降。 (2)接触电阻增加。发热导致接触电阻增加的原因主要有两个方面 一是发热影响接 触导体及其弹性元件的机械性能，使接触压力下降，导致接触电阻增加，并引起发热进一步 加剧：二是温度的升高加剧了接触面的氧化，其氧化层又使接触电阻和发热增大。当接触面 的温度过高时，可能导致温度升高的恶性循环，即温度升高→接触电阻增加→温度升高 最后使接触连接部分迅速遭到破坏，引发事故 (3)绝缘性能下降。在电场强度和温度的作用下，绝缘材料将逐渐老化。当温度超过 材料的允许温度时，将加速其绝缘的老化，缩短电气设备的正常使用年限。严重时，可能会 造成绝缘烧损。因此，绝缘部件往往是电气设备中耐热能力最差的部件，成为限制电气设备 允许工作温度的重要条件。 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 性。 (1)载流部分可能因为电动力而振动，或者因为电动力所产生的应力大于其材料允许 应力而变形，甚至使绝缘部件（如绝缘子）或载流部件损坏： (2)电气设各的电磁绕组受到巨大的电动力作用，可能使绕组变形或损坏： (3)巨大的电动力可能使开关电器的触头解间解除接触压力，甚至发生斥开现象，导 致设备故障。 2.2导体的发热与散热 在发电厂和变电站中，母线（导体）大都采用硬铝或铝锰、铝镁合金制成。无论正常情 况下通过工作电流，或短路时通过短路电流，母线都要发热。为使母线发热温度不超过最高 允许温度，需了解发热过程，并进行分析计算。 导体的发热计算，根据能量守恒原理， Qr+0,=Q+0 1导体电阻损耗的热量Qm 单位长度(1m)的导体，通过母线电流W(A)时，由电阻损耗产生的热量，可用下
发电厂电气部分 第二章 载流导体的发热和电动力 2 第二章 载流导体的发热和电动力 2.1 概述 发热和电动力对电气设备的影响 电气设备在运行中有两种运行状态，一是正常工作状态，即运行参数都不超过额定值， 电气设备能够长期而稳定地工作的状态；二是短路时工作状态，在短路故障被切除前的短时 间内，电气设备要承受短路电流产生的发热和电动力的作用。 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。 （1）机械强度下降。金属材料的温度升高时，会使材料退火软化，机械强度下降。例 如，铝导体长期发热超过 100 ℃ 或短时发热超过 150 ℃ 时，材料的抗拉强度明显下降。 （2）接触电阻增加。发热导致接触电阻增加的原因主要有两个方面：一是发热影响接 触导体及其弹性元件的机械性能，使接触压力下降，导致接触电阻增加，并引起发热进一步 加剧；二是温度的升高加剧了接触面的氧化，其氧化层又使接触电阻和发热增大。当接触面 的温度过高时，可能导致温度升高的恶性循环，即温度升高 接触电阻增加 温度升高， 最后使接触连接部分迅速遭到破坏，引发事故。 （3）绝缘性能下降。在电场强度和温度的作用下，绝缘材料将逐渐老化。当温度超过 材料的允许温度时，将加速其绝缘的老化，缩短电气设备的正常使用年限。严重时，可能会 造成绝缘烧损。因此，绝缘部件往往是电气设备中耐热能力最差的部件，成为限制电气设备 允许工作温度的重要条件。 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。 （1）载流部分可能因为电动力而振动，或者因为电动力所产生的应力大于其材料允许 应力而变形，甚至使绝缘部件（如绝缘子）或载流部件损坏； （2）电气设备的电磁绕组受到巨大的电动力作用，可能使绕组变形或损坏； （3）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。 2.2 导体的发热与散热 在发电厂和变电站中，母线（导体）大都采用硬铝或铝锰、铝镁合金制成。无论正常情 况下通过工作电流，或短路时通过短路电流，母线都要发热。为使母线发热温度不超过最高 允许温度，需了解发热过程，并进行分析计算。 导体的发热计算，根据能量守恒原理， Q Q Q Q R t l f + = + 1 导体电阻损耗的热量 QR 单位长度（1m）的导体，通过母线电流 IW（A）时，由电阻损耗产生的热量，可用下
发电厂电气分 3 第二章载流导体的发热和电动九 式计算 OR=Ii Roo 导体的交流电阻为 R=Rk=1+c限-20xoa） S 材料名称 p(2-mm2/m) a(℃2) 纯铝 0.02900 0.00403 铝锰合金 0.03790 0.00420 铝镁合金 0.04580 0.00420 铜 0.01790 0.00385 0.13900 0.00455 导体的集肤效应系数K:与电流的频率、导体的形状和尺寸有关。矩形截面导体的集肤 效应系数，如图2-1所示，图中f为电流频率。圆柱及圆管导体的集肤效应系数K:如图2-2 所示。 图21矩形导体的集肤效应系数 1.6 1.5 14 1.2 1.1 1.0
发电厂电气部分 第二章 载流导体的发热和电动力 3 式计算 导体的交流电阻为 材料名称 2 ( mm /m) t （℃-1） 纯铝 0.02900 0.00403 铝锰合金 0.03790 0.00420 铝镁合金 0.04580 0.00420 铜 0.01790 0.00385 钢 0.13900 0.00455 导体的集肤效应系数 Kf 与电流的频率、导体的形状和尺寸有关。矩形截面导体的集肤 效应系数，如图 2-1 所示，图中 f 为电流频率。圆柱及圆管导体的集肤效应系数 Kf 如图 2-2 所示
发电电气语分 4 第二章载流导体的发热和电动力 图2-2圆柱及圆管导体的集肤效应系数 2导体吸收太阳辐射的热量Qt 吸收太阳辐射（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日照的 影响。对于单位长度圆管导体，可用下式计算 BAR=RAD (WIm) 对于屋内导体，因无日照的作用，这部分热量可忽略不计。 3对流散热量Q, 由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程，称为对流。由传热学可知，对流散热所 传递的热量，与温差及散热面积成正比，即导体对流散热量为 g=a4(8-8)R(wm) (1)自然对流散热。屋内自然通风或屋外风速小于0.2ms,属于自然对流散热。空气 自然对流散热系数， 4=1.5(0-0)°s [WW(m2·℃)】 单位长度导体的散热面积与导体的形状、尺寸、布置方式等因素有关。导体片（条）间 距离越近，对流散热条件就越差，故有效面积应相应减小。 几种常用导体的对流散热面积如图33所示
发电厂电气部分 第二章 载流导体的发热和电动力 4 2 导体吸收太阳辐射的热量 Q t 吸收太阳辐射（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日照的 影响。对于单位长度圆管导体， 可用下式计算 （W/m） 对于屋内导体，因无日照的作用，这部分热量可忽略不计。 3 对流散热量 Ql 由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程，称为对流。由传热学可知，对流散热所 传递的热量，与温差及散热面积成正比，即导体对流散热量为 （W/m） （1）自然对流散热。屋内自然通风或屋外风速小于 0.2m/s，属于自然对流散热。空气 自然对流散热系数， [W/（m2·℃）] 单位长度导体的散热面积与导体的形状、尺寸、布置方式等因素有关。导体片（条）间 距离越近，对流散热条件就越差，故有效面积应相应减小。 几种常用导体的对流散热面积如图 3-3 所示
发电厂电气分 5 第二章载流导体的发热和电动力 谚 单条矩形导体对流散热面积为 F=2(4+A) 4二1000 (m2/m) b A2-1000 (m2m) 如图3-3b)所示，二条矩形导体对流散热面积为 6mm 24 (m2/m) b=8mm E=2.54+44(m2m) 10mm 34+442(m2/m) 如图3-3(c)所示，三条矩形导体对流散热面积为 当b=8mm 34+44,(m2/m) 10mm -{44+)mm） 如图3-3(d)所示，惜形导体对流散热面积： 当100mm<h<200mm时，为 R=24+4=2a00 (m/m) 当h>200mm时，为 =4+24=a小品 (m27m)
发电厂电气部分 第二章 载流导体的发热和电动力 5