第二章 载流导体的发热和电动力

第二章导体的发热、电动力及开关电器的灭弧原理1.发热对导体和电器有何不良影响？答：机械强度下降、接触电阻增加、绝缘性能下降。

2.导体的长期发热和短时发热各有何特点？答：长期发热是指正常工作电流长期通过引起的发热。

长期发热的热量，一部分散到周围介质中去，一部分使导体的温度升高。

短时发热是指短路电流通过时引起的发热。

虽然短路的时间不长，但短路的电流很大，发热量很大，而且来不及散到周围的介质中去，使导体的温度迅速升高。

~~~~热量传递的基本形式：对流、辐射和导热。

对流：自然对流换热河强迫对流换热3.导体的长期允许载流量与哪些因素有关？提高长期允许载流量应采取哪些措施？答：I=根号下(αFτω/R)，因此和导体的电阻R、导体的换热面F、换热系数α有关。

提高长期允许载流量，可以：减小导体电阻R、增大导体的换热面F、提高换热系数α。

4.计算导体短时发热度的目的是什么？如何计算？答：确定导体通过短路电流时的最高温度是否超过短时允许最高温度，若不超过，则称导体满足热稳定，否则就是不满足热稳定。

计算方法见笔记“如何求θf”。

6.电动力对导体和电器有何影响？计算电动力的目的是什么？答：导体通过电流时，相互之间的作用力称为电动力。

正常工作所产生的电动力不大，但是短路冲击电流所产生的电动力可达很大的数值，可能导致导体或电器发生变形或损坏。

导体或电器必须能承受这一作用力，才能可靠的工作。

进行电动力计算的目的，是为了校验导体或电器实际所受到的电动力是否超过期允许应力，以便选择适当强度的电器设备。

这种校验称为动稳定校验。

7.布置在同一平面中的三相导体，最大电动力发生在哪一相上？试简要分析。

答：布置在同一平面中的三相导体，最大电动力发生在中间的那一相上。

具体见笔记本章第五节。

8.导体动态应力系数的含义是什么？什么情况下才需考虑动态应力？答：导体动态应力系数β用来考虑震动的影响、β表示动态应力与静态应力之比，以此来求得实际动态过程的最大电动力。

第二章载流导体的发热和电动力•导体的工作状态•导体的正常、短时最高允许温度•导体的长期发热•发热过程及特点•计算目的：确定导体载流量和正常工作温度•导体的载流量•概念•提高导体载流量的措施载流量是在规定条件下，导体能够连续承载而不致使其稳定温度超过规定值的最大电流。

一般铜导线的安全载流量为5~8A/mm²，铝导线的安全载流量为3~5A/mm²。

如：2.5 mm² BVV铜导线安全载流量的推荐值2.5×8A/mm²=20A ，4mm²BVV铜导线安全载流量的推荐值4×8A/mm²=32A•导体的短路时的电动力计算•三相导体短路时的电动力发热过程及特点•工程处理方法•计算目的：确定导体短路时应有的机械强度载流导体之间会受到电动力的作用。

正常工作情况下，导体通过的工作电流不大，因而电动力也不大，不会影响电气设备的正常工作。

短路时，导体通过很大的冲击电流，产生的电动力可达很大的数值，导体和电器可能因此而产生变形或损坏。

闸刀式隔离开关可能自动断开而产生误动作，造成严重事故．开关电器触头压力明显减少，可能造成触头熔化或熔焊，影响触头的正常工作或引起重大事故。

因此，必须计算电动力，以便正确地选择和校验电气设备，保证有足够的电动力稳定性，使装置可靠地工作。

正常运行时导体载流量计算为什么关心发热•正常工作状态：•产生的各种损耗（电阻损耗，介质损耗，涡流和磁滞损耗）变成热使导体的温度升高；•导体温度升高的不良影响：如机械强度下降，接触电阻增加，绝缘性能降低等。

•短路工作状态：•短路时间虽然不长，但电流大，因此发热量也很大，造成导体迅速升温。

通过的电流20℃时的直流电阻率20℃时的电阻温度系数Ω/m导体截面积集肤效应系数交流电阻太阳辐射功率密度W/m2太阳照射热量吸收率单位长度导体受太阳照射的面积（外直径）对流散热系数（物体表面与附近空气温差1℃，单位时间（1s）单位面积上通过对流与附近空气交换的热量。

载流导体的发热和电动力一、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工作状态，即正常工作状态和短路时工作状态。

电气设备在工作中将产生各种损耗，如：①“铜损”，即电流在导体电阻中的损耗；②“铁损”，即在导体周围的金属构件中产生的磁滞和涡流损耗；③“介损”，即绝缘材料在电场作用下产生的损耗。

这些损耗都转换为热能，使电气设备的温度升高，进而受到各种影响：机械强度下降；接触电阻增加；绝缘性能下降。

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。

如载流部分可能因为电动力而振动，或者因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；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；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。

二、导体的发热和散热1. 发热导体的发热主要来自导体电阻损耗的热量和太阳日照的热量。

2. 散热散热的过程实质是热量的传递过程，其形式一般由三种:导热；对流和辐射。

三、提高导体载流量的措施在工程实践中，为了保证配电装置的安全和提高经济效益，应采取措施提高导体的载流量。

常用的措施有：（1）减小导体的电阻。

因为导体的载流量与导体的电阻成反比，故减小导体的电阻可以有效的提高导体载流量。

减小导体电阻的方法：①采用电阻率ρ较小的材料作导体，如铜、铝、铝合金等；②减小导体的接触电阻（R j）；③增大导体的截面积(S),但随着截面积的增加，往往集肤系数(K f)也跟着增加，所以单条导体的截面积不宜做得过大，如矩形截面铝导体，单条导体的最大截面积不超过1250mm2。

（2）增大有效散热面积。

导体的载流量与有效散热表面积(F)成正比，所以导体宜采用周边最大的截面形式，如矩形截面、槽形截面等，并采用有利于增大散热面积的方式布置，如矩形导体竖放。

（3）提高换热系数。

提高换热系数的方法主要有：①加强冷却。

第一章发电、变电和输电的电气部分2-1哪些设备属于一次设备？哪些设备属于二次设备？其功能是什么？答：往常把生产、变换、分派和使用电能的设备，如发电机、变压器和断路器等称为一次设备。

其中对一次设备和系统运行状态进行丈量、监督和保护的设备称为二次设备。

如仪用互感器、丈量表计，继电保护及自动装置等。

其主要功能是起停机组，调整负荷和，切换设备和线路，监督主要设备的运行状态。

2-2简述300MW发电机组电气接线的特色及主要设备功能。

答： 1）发电机与变压器的连结采纳发电机—变压器单元接线；2）在主变压器低压侧引接一台高压厂用变压器，供应厂用电；3）在发电机出口侧，经过高压熔断器接有三组电压互感器和一组避雷器；4）在发电机出口侧和中性点侧，每组装有电流互感器 4 个；5）发电机中性点接有中性点接地变压器；6）高压厂用变压器高压侧，每组装有电流互感器 4 个。

其主要设备以下：电抗器：限制短路电流；电流互感器：用来变换电流的特种变压器；电压互感器：将高压变换成低压，供各样设备和仪表用，高压熔断器：进行短路保护；中性点接地变压器：用来限制电容电流。

2-3简述600MW发电机组电气接线的特色及主要设备功能。

2-4影响输电电压等级发展要素有哪些？答： 1）长距离输送电能；2）大容量输送电能；3）节俭基建投资和运行花费；4）电力系统互联。

2-5简述沟通500kV 变电站主接线形式及其特色。

答：当前，我国500kV 变电所的主接线一般采纳双母线四分段带专用旁路母线和3/2 台断路器两种接线方式。

其中3/2 台断路器接线拥有以下特色：任一母线检修或故障，均不致停电；任一断路器检修也不惹起停电；甚至在两组母线同时故障（或一组母线检修另一组母线故障）的极端条件下，功率均能连续输送。

一串中任何一台断路器退出或检修时，这种运行方式称为不完好串运行，此时仍不影响任何一个元件的运行。

这种接线运行方便，操作简单，隔走开关只在检修时作为隔绝带电设备用。

第02章导体的发热、电动⼒及开关电器的灭弧原理第⼆章导体的发热、电动⼒及开关电器的灭弧原理2－1 导体的发热和散热⼀、概述1．导体和电器的三种运⾏状态（1）正常运⾏状态，即电压和电流都不超过额定值的允许偏移范围。

正常运⾏状态是⼀种长期⼯作状态。

（2）故障运⾏状态，即系统发⽣故障⾄故障切除的短时间内的⼯作状态。

短路故障将引起电流突然增加，短路电流要⽐额定电流⼤⼏倍甚⾄⼏⼗倍。

（3）不正常运⾏状态，即介于上述两种运⾏状态之间的⼀种运⾏状态。

它不能够长期运⾏，但也不需⽴即切除，即可以继续运⾏⼀定的时间。

——设备选择中常⽤“正常”和“短路”两种运⾏状态。

2．发热的形成电流通过导体和电器时，由于有功功率损耗引起发热。

这些损耗包括：1）电阻损耗2）介质损耗3）磁滞和涡流损耗3．发热将对导体和电器产⽣不良的影响。

1）机械强度下降2）接触电阻增加3）绝缘性能下降4．最⾼发热允许温度为了保证导体可靠地⼯作，规定了导体长期⼯作发热和短路时发热的温度限值，称为最⾼允许温度。

1）裸导体长期⼯作发热的最⾼允许温度⼀般为70℃；裸导体通过短路电流时的短时最⾼允许温度，对硬铝及铝锰合⾦为200℃，对硬铜为300℃。

2）电⼒电缆的最⾼允许温度与其导体材料、绝缘材料及电压等级等因素有关。

3）有关规程还规定了交流⾼压电器各部分长期⼯作发热的最⾼允许温度。

——导体发热过程不可避免，则影响不可避免，所以应规定最⾼温度，以减少影响程度，保证设备的正常预期寿命（正常使⽤年限）。

——进⾏发热计算的⽬的，是为了校验导体或电器各部分发热温度是否超过允许值。

⼆、导体的发热1．导体电阻损耗的热量⽆论通过正常⼯作电流或短路电流，导体都要发热，即由其电阻损耗引起的发热。

单位长度(1m )的导体通过电流（A ）时，由电阻损耗产⽣的热量为：Q R =I W 2R W m (2?1) R =K s R dc =K s ρ 1+αt θw ?20 Ωm 2．太阳照射的热量太阳照射的热量会造成导体温度升⾼，故凡装于屋外的⽆遮阳措施的导体应考虑⽇照的影响。

2021发电厂电气部分思考题答案发电厂电气部分第二章导体的发热、电动力及开关电器的灭弧原理1、发热对导体和电器有何不良影响？请问：（1）机械强度上升。

（2）碰触电阻减少。

（3）绝缘性能够上升。

2、导体的长期咳嗽和短时咳嗽各存有什么特点？答：长期发热：（1）热量一部分散到周围介质中，一部分使导体温度升高（2）温度变化并不大，电阻r、比热容c、总成套系数视作常数。

短时咳嗽：（1）短路电流小，持续时间长，导体产生的全部热量都用以并使导体温度增高。

（2）电阻r、比热容c无法再视作常量，而是温度的函数。

3、导体的长期允许载流量与哪些因素有关？提高长期允许载流量应采取哪些措施？请问：因素：与导体的电阻r、成套面积f、成套系数。

措施：（1）减小导体电阻r。

（2）增大导体的换热面f。

（3）提高换热系数?。

4、排序导体短时咳嗽温度的目的就是什么？如何排序？答：目的：确定导体通过短路电流时的最高温度（短路故障切除时的温度）是否超过短时最高允许温度，若不超过，则称导体满足热稳定，否则就是不满足热稳定。

排序：见到课本p34基准2-2。

5、大电流导体附近的钢构为什么会发热？减少钢构发热的措施有哪些？答：原因：大电流导体（母线）的周围存在强大的交变磁场，使附近的钢铁构件产生非常大的电导和涡流损耗，钢构因而咳嗽；如果钢形成滑动电路，还可以感应器产生环流，并使功率损耗和咳嗽更轻微。

措施：（1）加大钢构和载流导体之间的距离。

（2）断开载流导体附近钢构闭的合回路并加上绝缘。

（3）采用电磁屏蔽。

（4）采用分相闭合母线。

6、电动力对导体和电器有何影响？排序电动力的目的就是什么？请问：影响：正常工作电流所产生的电动力并不大，但短路冲击电流所产生的电动力可以超过非常大的数值，可能将引致导体或电器出现变形或损毁。

目的：为了校验导体或电器实际所受到的电动力是否超过其允许应力，以便选择适当强度的电气设备。

这种校验称为动稳定校验。

7、布置在同一平面中的三相导体，最小电动力出现在哪一相上？先行详细分析。