導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱

1、第三章 常用計算的基本理論和方法,,§3.1 正常運行時導(dǎo)體載流量計算,,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)備通過電流時產(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 => 有機絕緣材料老化加快機械強度下降：溫度升高 => 材料退火軟化接觸電阻增加：溫度升高 => 接觸部分的彈性元件因退火而壓力降低，同時接

2、觸表面氧化，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)熱對電氣設(shè)備的影響,一、概述,長期發(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)時的發(fā)熱,,1o）短路電流大，發(fā)熱量多2o）時間短，熱量不易散出,短路時發(fā)熱的特點：,在短路時，導(dǎo)體還受到很大的電動力作用，如果超過允許值，將使導(dǎo)體變形或損壞。,導(dǎo)體的溫度迅速升高,一、概述,正常時：+70℃；

3、計及日照+80℃；表面鍍錫+85℃。短路時：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)體吸收太陽輻射的熱量導(dǎo)體的散熱：導(dǎo)體對流散熱導(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,,穩(wěn)態(tài)時：QR+Qt=Ql+QfQR －單位長度導(dǎo)體電阻損耗的熱量Qt －單位長度導(dǎo)體吸收的熱量Ql －單位長度導(dǎo)體的對流散熱量Qf －單位長度導(dǎo)體的輻射

4、散熱量,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）,ρ －導(dǎo)體溫度為20 ºC的直流電阻率Ωmm2/mαt －導(dǎo)體溫度系數(shù) ºC－1θ －導(dǎo)體溫度 ºCS －導(dǎo)體的截面積mm2Kf －導(dǎo)體的集膚效應(yīng)，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)。,二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱,2. 導(dǎo)體吸收太陽輻射的熱量Qt,（W/m）,太陽輻射功率密度,,導(dǎo)體的吸收率,,導(dǎo)體的

5、直徑,,二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱,3. 導(dǎo)體對流散熱量Ql,由氣體各部分發(fā)生相對位移將熱量帶走的過程，稱為對流。,Fl —單位長度導(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，對流條件就越差，故有效面積應(yīng)相應(yīng)減小。,二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱,由氣體各部分發(fā)生相對位移將熱量帶走的過程，稱為對流。,3. 導(dǎo)體對流散熱量Ql,αl －對流散熱系數(shù) W/(m2ºC）θW — 導(dǎo)體溫度；θ0 — 周圍空氣溫度。Fl

6、 －導(dǎo)體的散熱面積,二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱,由氣體各部分發(fā)生相對位移將熱量帶走的過程，稱為對流。,(1) 自然對流散熱：,3. 導(dǎo)體對流散熱量Ql,al — 對流散熱系數(shù)。根據(jù)對流條件的不同，有不同的計算公式。,(2) 強迫對流散熱：,強迫對流風(fēng)向修正系數(shù)：,強迫對流散熱量：,二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱,4. 導(dǎo)體輻射散熱量Qf,熱量從高溫物體以熱射線方式傳給低溫物體的傳播過程，稱為輻射。,ε －導(dǎo)體材料的輻射系數(shù)Ff —單位長度導(dǎo)體的輻射散

7、熱面積，依導(dǎo)體形狀和布置情況而定。,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和自由電子運動，使熱量由高溫區(qū)傳至低溫區(qū)；而在氣體中，氣體分子不停地運動，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)運動到低溫區(qū)，便將熱量帶至低溫區(qū)。這種傳遞能量的過程，稱為導(dǎo)熱。,導(dǎo)熱系數(shù),導(dǎo)熱面積,,,物體厚度,,三、導(dǎo)體載流量的計算,1. 導(dǎo)體的溫升過程,三、導(dǎo)體載流量的計算,1. 導(dǎo)體的溫升過程,對應(yīng)時間t內(nèi)