第8章 电气设备的发热和电动力计算

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第8章

电气设备的发热和电动力计算 8.1 电气设备的允许温度

电流通过导体时产生电能损耗; 铁磁物质在交变磁场中产生涡流和磁滞损耗; 绝缘材料在强电场作用下产生介质损耗 散失到周围介质中

热能 加热导体和电器使其温

度升高

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发热的危害 当导体和电器的温度超过一定范围以后，将会加速绝缘材料的老化，降低绝缘强度，缩 短使用寿命，显著地降低金属导体机械强度 (见图8.1);将会恶化导电接触部分的连接状 态，以致破坏电器的正常工作。

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(a)

(b)(b)不同的金属导体

图8.1 金属材料机械强度与温度的状态

(a)铜

1—连续发热； 2—短时发热

1—硬粒 铝 ； 2—青 铜 ；3—钢； 4—电解铜；5—铜

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长期发热：由正常工作电流引起的发热。导体通过 的电流较小，时间长，产生的热量有充分时间散失 到周围介质中，热量是平衡的。达到稳定温升之后， 导体的温度保持不变。 短路时发热：由短路电流引起的发热。由于导体通 过的短路电流大，产生的热量很多，而时间又短， 所以产生的热量向周围介质散发的很少，几乎都用 于导体温度升高，热量是不平衡的。

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8.2 导体的长期发热计算 1、允许电流Iy的确定国产的各种母线和电缆截面已标准化， 根据标准截面和导体计算环境温度为 25℃及最高发热允许温度 θy 为70℃, 编制了标准截面允许电流表。当环境温 度为θ时允许电流为

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I y I y 要求：

y (A) y 0

I y I g max

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Iyθ——实际环境温度为θ时的导体允许电流，A;Iy ——计算环境温度为θ0时的导体允许电流，A;

θy ——导体长期发热允许温度，℃,θ——实际环境温度，℃(见表8.3); θ0——计算环境温度，℃(见表8.4)。

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表8.1 导体长期工作发热和短路时发热的允许温度长期工作发热 允许温度 允许温升 导体种类和材料 (℃) (℃)① 1.裸母线 70③ 铜 70③ 铝 70 钢(不和电器直接 70 连接时) 钢(和电器直接连 接时) 2.油浸纸绝缘电缆 60~80 45 铜芯10kV及以下 60~80 45 铝芯10kV及以下 50 45 铜芯20~35kV 短路时发热 允许温度 允许温升 (℃) (℃)② 300 230 200 130 400 330 300 230

250 200 175

190~170 140~120 125

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3.充油纸绝缘电缆 60~330kV 4.橡皮绝缘电缆 5.聚氯乙烯绝缘电 缆

70~75 50 60

45

160 150 130

90~85 100 70

6.交联聚乙烯绝缘 电缆 铜芯 铝芯 7.中间接头的电缆 锡焊接头 压接接头

80 80

230 200

150 120

120 150

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①指导体温度对周围环境温度的升高。我国所采用的计算环境温度为：电力变压器和电器(周围环境温

度)40℃;发电机(利用空气冷却时进人的空气温度)35~40'C;装在空

气中的导线、母线和电力电缆 25~C,埋入地下的力电缆15℃。 ②指导体温度较短路前的升高值，通常取导体短路前 的温度等于它长期工作时的最高允许温度。

③裸导体的长期允许工作温度一般不超过70℃,当其接触面处具有锡的可靠覆盖层时，允许提高到85℃,

当有镀银的覆盖层时，允许提高到95℃。

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表8.2 交流高压电器在长期工作时的发热允许温度(GB763--74)最大允许发热温 环境温度40℃时允 度(℃) 许温升(℃) 空气中 在油中 空气中 在油中

电器各部分的名称及材料

1.不与绝缘材料接触的金 属部分 (1)需要考虑发热对机械 强度影响 铜 铜镀银 铝 钢、铸铁及其它 (2)不需要考虑发热对机 械强度影响 铜或铜镀银 铝

110 120 100① 110

90 90 90 90

70 80 60 70

50 50 50 50

145 135

90 90

105 95

50 50

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2.与绝缘材料接触 的金属部分以及由 绝缘材料制成的零 件，当绝缘材料等 级为 Y A E、B、F、H和C

85 100 110

— 90 90

45 60 70

50 50

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表8.3类 别 安装场 所 屋 外

选择电气设备时的实际环境温度θ实 际 环 境 温 度 最低温 度 年最低 温度

最 高 温 度年最高温度

屋内电 该处通风设计最高排风温度 抗器 该处通风设计温度。当无资料时，可取 屋 内 最热月平均最高温度加5C 最热月平均最高温度 年最低 屋 外 温度 裸导 体 屋内通风设计温度。当无资料时，可取 屋 内 最热月平均最高温度加5℃

电 器

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电 缆

屋外电缆沟 最热月平均最高温度 屋内通风设计温度。当无 屋内电缆沟 资料时，可取最热月平均 最高温度加5℃ 该处通风设计温度。当无 电缆隧道 资料时，可取最热月平均 最高温度加5℃ 土中直埋 最热月的平均地温

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表8.4

电气设备的计算环境温度θ(℃)

绝缘 电 电 电 电力电缆 子 流 压 变 电 熔 力 设 隔离 母 支 穿 开关 互 互 压 抗 断 电 空 备 土中、 线 感 感 器 器 器 容 气 柱 墙 器 器 器 中 水中 θ0 40 40 40 25 25 15 2 5

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[例] 某发电厂主母线的截面为50mm×5mm,材料为铝。θ0为25℃,θ为30℃。试求该母线竖放

时长期工作允许电流。