【正文】 第三章 常用計(jì)算的基本理論 和方法 本章主要內(nèi)容 ? 載流導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn) , 導(dǎo)體長(zhǎng)期允許載流量的計(jì)算方法及 提高導(dǎo)體載流量的措施 ? 載流導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn) , 導(dǎo)體短時(shí)最高發(fā)熱溫度的計(jì)算方法、 短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算方法 、熱穩(wěn)定的概念 ? 三相導(dǎo)體短路電動(dòng)力的計(jì)算方法和特點(diǎn) 、動(dòng)穩(wěn)定的概念 ? 可靠性分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 ： ? 電阻損耗 導(dǎo)體內(nèi)部 ? 磁滯和渦流損耗 導(dǎo)體周圍的金屬構(gòu)件 ? 介質(zhì)損耗 絕緣材料內(nèi)部 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì)算 一、概述 ： ? 金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降； ? 導(dǎo)體接觸部分的接觸電阻增加； ? 絕緣材料的絕緣性能下降 長(zhǎng)期發(fā)熱， 由正常工作電流產(chǎn)生 短時(shí)發(fā)熱， 由故障短路電流產(chǎn)生 ? 正常最高允許工作溫度： 70℃ （ 一般裸導(dǎo)體 ） 80℃ （ 計(jì)及日照時(shí)的鋼芯鋁絞線 、 管形導(dǎo)體 ） 85℃ （ 接觸面有鍍錫的可靠覆蓋層 ） 主要決定于系統(tǒng)接觸電阻的大小 ? 短時(shí)最高允許溫度： 200℃ （ 硬鋁及鋁錳合金 ） 300℃ （ 硬銅 ） 主要決定于短時(shí)發(fā)熱過(guò)程中導(dǎo)體機(jī)械強(qiáng)度的大小、介質(zhì)絕緣強(qiáng)度的大小 熱量的耗散有 對(duì)流、輻射和導(dǎo)熱 三種形式。 二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱 熱平衡方程式 式中 QR單位長(zhǎng)度導(dǎo)體電阻損耗的熱量， W/m。 Qt單位長(zhǎng)度導(dǎo)體吸收太陽(yáng)日照的熱量， W/m。 Q1單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的對(duì)流散熱量， W/m。 Qf單位長(zhǎng)度導(dǎo)體向周圍介質(zhì)輻射散熱量， W/m。 QR + Qt= Q1 + Qf + Qd 導(dǎo)體的發(fā)熱來(lái)自導(dǎo)體電阻損耗的熱量。 1. 導(dǎo)體 電阻損耗的熱量 QR 單位長(zhǎng)度的導(dǎo)體，通過(guò)母線電流 Iw時(shí)， QR=I 2wRac (W/m) [ 1 ( 2 0 ) ]twa c fRKS? ? ? ? ?? ( / )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) 。 矩形導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù) ， 如圖 31所示 。 圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù) ， 如圖 32所示 。 圖中 f為電源頻率 ， Rdc為 1000m長(zhǎng)導(dǎo)體的直流電阻 。 常用電工材料的 電阻率 ρ及 電阻溫度系數(shù) αt，如表 31所示。 圖 31 矩形導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù) 圖 32 圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù) 凡安裝在 屋外 的導(dǎo)體應(yīng)考慮日照的影響。對(duì)于 圓管型導(dǎo)體 2. 導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射的熱量 Qt Qt=EtAtFt＝ EtAt D (W/m) 式中 Et太陽(yáng)輻射功率密度， W/m2,我國(guó)取 Et=1000W/m。 At導(dǎo)體的吸收率，對(duì)鋁管取 At= Ft單位長(zhǎng)度導(dǎo)體受太陽(yáng)照射面積， m2 D導(dǎo)體的直徑， m。 對(duì)于屋內(nèi)導(dǎo)體，因無(wú)日照的作用，這部分熱量可忽略不計(jì)。 式中 α1對(duì)流散熱系數(shù)， W/（ m2． ℃ ）； θw導(dǎo)體溫度， ℃ θ0周圍空氣溫度， ℃ Fl單位長(zhǎng)度導(dǎo)體散熱面積， m2/m。 3. 導(dǎo)體對(duì)流散熱量 Ql 由氣體各部分發(fā)生相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程，稱為 對(duì)流 。 由于對(duì)流條件不同，分為 自然對(duì)流 和 強(qiáng)迫對(duì)流 兩種情況： W / m )()( l0wll FQ ??? ?? Fl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)減少 。 屋內(nèi)自然通風(fēng)或屋外風(fēng)速小于 ，屬于自然對(duì)流散熱。 （ 1）自然對(duì)流散熱 ]C)W / ( m[)( ???? ???)(2 21l AAF ?? DF ??l單條導(dǎo)體 圓管導(dǎo)體 其中 1000,1000 21bAhA ??W / m )()( FQ ?? ?? 屋外配電裝置 中的管型導(dǎo)體 ， 常受到大氣中風(fēng)吹的作用 ， 風(fēng)速越大 ， 空氣分子與導(dǎo)體表面接觸的數(shù)目增多 ， 對(duì)流散熱條件就越好 ， 因而形成強(qiáng)迫對(duì)流散熱 。 u10 .65uNDVDN 0 .1 3????????λαν式中 λ空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，當(dāng)氣溫為 20℃ 時(shí)， λ= 102W/(m℃ )； D圓管外徑， m； Nu努謝爾特準(zhǔn)則數(shù)，是傳熱學(xué)中表示對(duì)流散熱強(qiáng)度的一個(gè)數(shù)據(jù)； V風(fēng)速， m/s； ν空氣的運(yùn)動(dòng)黏度系數(shù)，當(dāng)空氣溫度為 20℃ 時(shí)， ν= 106m2/s。 （ 2）強(qiáng)迫對(duì)流散熱 （ 37） 如果風(fēng)向與導(dǎo)體不垂直，二者之間有一夾角 φ，則式（ 37）須乘以修正系數(shù) β。其值為 β=A+B（ sinφ） n 當(dāng) 0176。 φ ≤ 24176。 時(shí)， A=, B=, n=； 當(dāng) 24176。 φ≤90176。 時(shí)， A=, B=, n=。 ? ?? ? ? ?n1 w 00 .6 5nw0NuQ ( ) A B sin DDVD0 .1 3 A + B sin??? ? ????? ?????? ????λθ θ φ ππ λ θ θ φν (W/m) 將式（ 37）帶入式（ 35），即得強(qiáng)迫對(duì)流散熱量為 熱量從高溫物體以熱射線的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 Qf f404f 100273100 FQ w???????? ?????? ???????? ?? ??? （ W/m） 式中 ε導(dǎo)體材料的相對(duì)輻射系數(shù)（黑度系數(shù)） Ff單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的輻射散熱表面積， m2/m。 材 料 輻射系數(shù) 材 料 輻射系數(shù) 絕對(duì)黑體 氧化了的鋼 表面磨光的鋁 有光澤的黑漆 氧化了的鋁 ~ 無(wú)光澤的黑漆 氧化了的銅 ～ 各種顏色的油漆、涂料 ～ 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 。 12ddQF?θ θλδ (W) 式中 λ導(dǎo)熱系數(shù)， W/（ m℃ ） Fd導(dǎo)熱面積， m2； δ物體厚度， m2； θ1 、 θ2分別為高溫區(qū)和低溫區(qū)的溫度， ℃ 5. 導(dǎo)熱散熱量 Qd 可用熱量平衡方程式來(lái)描述 三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算 1. 導(dǎo)體的溫升過(guò)程 QR ＝ Qc+ Ql + Qf 其中，散熱量可表示為 F )(0wwfl ??? ???（ W/m） 在時(shí)間 dt內(nèi) )J / m(d)(dd 0ww2 tFmctRI ???? ???式中 I流過(guò)導(dǎo)體的電流， A； R導(dǎo)體的電阻， Ω； m導(dǎo)體的質(zhì)量， kg； c導(dǎo)體的比熱容， J/(kg℃ ) ； αw導(dǎo)體的總散熱系數(shù)， W/(m2℃ )； F導(dǎo)體的散熱面積， m2；