第一章___电器导体的发热计算

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1、电器学中南大学信息学院电气工程系中南大学信息学院电气工程系第一讲 电器发热计算 第二讲 电器的电动力计算 第三讲 电弧的基本特性 第四讲 交流电弧的熄灭原理 第五讲 开关电器典型灭弧装置的工作原理 第六讲 电接触理论 第七讲 电磁铁的磁路计算 第八讲 气隙磁导的计算 第九讲 磁路计算 第十讲 电磁系统的吸力计算与静特性 教学计划教学计划l电器的允许温升l电器中的热源l电器中的热传递形式l电器表面的温升计算公式l各种工作制形式下的电器热计算l短路电流下的电器热计算和热稳定性l电器典型部件稳定温升的分布 电器导体的发热计算电器导体的发热计算 教学目的与要求：教学目的与要求： 掌握电器的温升及电器中

2、热源的主要来源，熟悉电器的热传递形式。 教学重点与难点：教学重点与难点： 电器温升与温度的不同，电器中的热源主要来自三个方面：电阻损耗；涡流与磁滞损耗；介质损耗。教学基本内容：教学基本内容： 1、电器的允许温升； 2、电器中的热源； 3、电器中的热传递形式。 电器导体的发热计算电器导体的发热计算 电器导体的发热计算电器导体的发热计算 据统计，2006年12月21日至2007年11月30日，武汉市共发生火灾5111起，其中电器引发的火灾2310起，占总数的45.20。1-1 1-1 电器的允许温升电器的允许温升 一、三种损耗及其影响 二、电器各部件的极限允许温升 三、电器极限允许温升 四、我国标

3、准规定的电气绝缘材料的极限温升 1-1 1-1 电器的允许温升电器的允许温升1-1 1-1 电器的允许温升电器的允许温升 1、三种损耗：导体（铜）的阻抗损耗、交变电磁场在导磁体（铁）中产生的磁滞与涡流损耗和绝缘材料的介质损耗。 结果： 散失到周围介质； 其余用来加热电器。 2、严重后果：温升超过极限允许温升时降低了电器的机械强度和绝缘强度，导致材料老化、寿命降低。 结论：研究意义重大。1-1 1-1 电器的允许温升电器的允许温升1-1 1-1 电器的允许温升电器的允许温升 材料的温度超过一定极限后，其击穿电压明显下降，图l-2为瓷的击穿电压与温度的关系。1-1 1-1 电器的允许温升电器的允许

4、温升1-1 1-1 电器的允许温升电器的允许温升二、电器各部件的极限允许温升： 1、“电器各部件极限允许温升”的定义： 电器各部件极限允许温升=极限允许温度-工作环境温度 2、电器各部件的极限允许温升制定依据： 绝缘不损坏；工作寿命不过分降低；机械寿命不降低（材料软化）。 1-1 1-1 电器的允许温升电器的允许温升三、电器极限允许温升 （按相关国家温升试验标准进行测量）： 1、电器中裸导体的极限允许温升应小于材料软化点 （机械性能显著下降即软化）； 2、对绝缘材料和外包绝缘的导体：其极限允许温升的 大小由绝缘材料的老化和击穿特性决定。1-1 1-1 电器的允许温升电器的允许温升四、我国标准规

5、定的电气绝缘材料的极限温度：1-2 1-2 电器中的热源电器中的热源 产生热源的三个主要方面：电阻（含接触电阻）损耗、交流电器导磁材料的涡流和磁滞损耗，以及交流电器绝缘材料的介质损耗。 一、电阻损耗 二、铁磁损耗 三、介质损耗 1-2 1-2 电器中的热源电器中的热源 一、电阻损耗：也称焦耳损耗。 1、计算公式： P=KfI2RKf:考虑集肤效应和邻近效应的附加损耗系数，数值大 小为Kf=Kl*Kj (Kl为邻近系数，Kj为集肤系数)； R :电阻，100以内时，R=0(1+)*l/ A 。1-2 1-2 电器中的热源电器中的热源2、集肤效应： 交变磁通在导体内产生反电势，中心部分的反电势值比

6、外表部分的大，导致导体中心的电流密度比外表部分小。 集肤效应的大小用电磁波在导体中的渗入深度b表示1-2 1-2 电器中的热源电器中的热源渗入深度b的大小为：b b 式中，：电阻率；f：频率；：磁导率。 由于b越小，集肤效应就越强。 由上式可知，当频率f越高时，渗入系数 b越小，则集肤效应越强。1-2 1-2 电器中的热源电器中的热源 3、集肤系数Kj： 式中，A：导体截面积；P：导体周长。 由此式知，f越高，集肤效应越强。1-2 1-2 电器中的热源电器中的热源4、集肤系数集肤系数K Kj j的查表求解：的查表求解： （1 1）圆截面导体：先求）圆截面导体：先求100m100m长导体的直流电

7、阻长导体的直流电阻R R100-100-，再求，再求 ，查图，查图1-41-4，得，得K Kj j 。1-2 1-2 电器中的热源电器中的热源（2 2） 矩形截面导体的矩形截面导体的KjKj值查表值查表1-21-2得。其中得。其中, , k ke e1-2 1-2 电器中的热源电器中的热源5、邻近效应： 由于相邻载流导体间磁场的相互作用，使两导体内产生电流发布不均匀的现象。邻近效应与相邻载流导体内电流流向有关。 （1）电流同向：相邻侧感应的反电势大些，故电流密度小些； （2）电流反向：相邻侧感应的反电势小些，故电流密度大些，图1-5。 100fR1-2 1-2 电器中的热源电器中的热源 二、铁

8、磁损耗： 电器中的载流导体在附近的铁磁零件中产生交变磁通，从而在铁磁体中产生涡流和磁滞损耗。 1-2 1-2 电器中的热源电器中的热源 2 估算实心钢导体损耗曲线。 图中，I：流过钢导体的电流，P：导体截面周长，A：外表面积，f：电流频率，Pm：钢导体损耗。 1-2 1-2 电器中的热源电器中的热源22tanpf C U三、介质损耗： 绝缘材料在交变电场中的损耗与电场强度E和频率f成比例，高压电器一般要考虑此损耗。其大小为： 式中 p：介质损耗功率； f：电场交变频率； C：介质的电容；U：外加电压； tan：绝缘材料重要特征之一，与温度、材料、工艺等有关。：介质损耗角； tan大时，介质损耗