第一章___电器导体的发热计算

电气设备发热量计算
电气设备的发热量计算是一个重要的工程问题，它涉及到能源
消耗、设备运行安全性以及环境影响等方面。

在进行发热量计算时，需要考虑以下几个方面：
1. 设备功率，首先需要确定电气设备的额定功率，通常可以从
设备的技术参数或者设备铭牌上找到。

如果是多个设备并联使用，
需要将它们的功率相加。

2. 运行时间，确定设备的运行时间，不同的运行时间会影响设
备的发热量累积。

如果设备是间歇性运行的，需要考虑到这一点。

3. 环境温度，环境温度对设备散热的影响很大，通常情况下，
环境温度越高，设备的发热量就越大。

4. 设备效率，不同的设备有不同的能量转换效率，这也会影响
到设备的发热量。

一般来说，可以使用以下公式来计算电气设备的发热量：
发热量 = 设备功率× 运行时间。

在实际工程中，还需要考虑到设备的散热方式、设备的安装环境、设备的热损耗等因素，以及可能的温度补偿等。

另外，还需要根据具体情况考虑设备的功率因数、谐波产生等因素对发热量的影响。

总之，电气设备的发热量计算是一个复杂的工程问题，需要综合考虑多个因素，以确保设备的安全运行和能源的合理利用。

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《电器理论基础》复习提纲篇一第一章绪论1、什么是电器？答：指定信号和要求自动或手动接通和断开电路/断续或连续地改变电路参数的电气设备对电路或非电对象切换、控制、保护、检测、变换和调节2、电器的分类依据有哪些？答：1）耐压等级2）工作职能3）IEC 标准4）动作方式5）灭弧介质3、典型电器的宏观结构原理？答：1）系统角度2）控制角度4、典型电器的微观结构原理？答：1）断路器（开关柜、自由脱口机构结构）2）接触器（结构、吸反力配合）3) 继电器（返回系数与控制系数）5、电器中主要涉及的理论及其实际意义？答：1）电磁机构理论2）电弧理论3）电接触理论4）发热理论5）电动力理论6、电器技术的发展方向第二章电器的发热理论1、电器在工作时为什么会发热？答：内部能量损耗主要热源2、什么是趋肤效应和临近效应及其衡量标准？与什么有关？答：趋肤效应：感应电动势，涡流场邻近效应：相邻载流导体，电磁场从产生原因推理3、减小铁损的措施有哪些？答：磁通通过铁磁元件涡流80%①②③④⑤4、电器的散热方式？5、热阻如何计算？6、对流的方式? 及其形成原因？答：强制：外部施加作用自由：密度差7、什么是层流和紊流？什么是层流层、紊流层？传导方式如何？答：层流：持续稳定性紊流：紊动变化８、什么是波尔斯满定律？答：黑体发射与接收９、制定电器各部分极限允许温升的依据是什么？答：绝缘性能力学性能工作寿命10、热平衡关系的构成？牛顿公式的结构？答：热力学第一定律11、综合散热系数的主要影响因素？答：电器零部件：热对流、热传导电弧：热对流、热传导、热辐射12、典型电器（变截面导体）的温升分布情况是？答：求解过程分布规律13、温升方式有那些？答：1）升温初始温度变化过程2）冷却14、什么是热时间常数？与什么有关？答：热惯量比热容15、电器的工作制有哪些？温升情况如何？与热时间常数如何？答：1）1小时内的温度变化不超过1度2）未达稳定值周围介质温度3）未达稳定值不下降到周围环境温升16、由什么引出功率过载系数与电流过载系数？不同工作制下的P P 和P i ？什么是通电持续力TD%？答：热惯量热时间常数通电时间18、短路电流通过导体的发热的特点？答：1）通电时间短2）电阻率变化19、什么是电器的热稳定性？影响因数是？答：一定时间短路电流热损伤（与短路情况有关）20、P52-2.3答：短时间，大电流；根据公式，相同。

发电厂电气部分第四版课后习题答案第1章---第7章第一章能源和发电1-1 人类所认识的能量形式有哪些？并说明其特点。

答：第一、机械能。

它包括固体一流体的动能，势能，弹性能及表面张力能等。

其中动能和势能是大类最早认识的能量，称为宏观机械能。

第二、热能。

它是有构成物体的微观原子及分子振动与运行的动能，其宏观表现为温度的高低，反映了物体原子及分子运行的强度。

第三、化学能。

它是物质结构能的一种，即原子核外进行化学瓜是放出的能量，利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢，而这两种元素是煤、石油、天然气等燃料中最主要的可燃元素。

第四、辐射能。

它是物质以电磁波形式发射的能量。

如地球表面所接受的太阳能就是辐射能的一种。

第五、核能。

这是蕴藏在原子核内的粒子间相互作用面释放的能。

释放巨大核能的核反应有两种，邓核裂变应和核聚变反应。

第六、电能。

它是与电子流动和积累有关的一种能量，通常是电池中的化学能而来的。

或是通过发电机将机械能转换得到的；反之，电能也可以通过电灯转换为光能，通过电动机转换为机械能，从而显示出电做功的本领。

1-2 能源分类方法有哪些？电能的特点及其在国民经济中的地位和作用？答：一、按获得方法分为一次能源和二次能源；二、按被利用程度分为常规能源和新能源；三、按能否再生分为可再生能源和非再生能源；四、按能源本身的性质分为含能体能源和过程性能源。

电能的特点：便于大规模生产和远距离输送；方便转换易于控制；损耗小；效率高；无气体和噪声污染。

随着科学技术的发展，电能的应用不仅影响到社会物质生产的各个侧面，也越来越广泛的渗透到人类生活的每个层面。

电气化在某种程度上成为现代化的同义词。

电气化程度也成为衡量社会文明发展水平的重要标志。

1-3 火力发电厂的分类，其电能生产过程及其特点？答：按燃料分：燃煤发电厂；燃油发电厂；燃气发电厂；余热发电厂。

按蒸气压力和温度分：中低压发电厂；高压发电厂；超高压发电厂；亚临界压力发电厂；超临界压力发电厂。

电器学课后问答题总结第一章电器的发热与电动力第二章点接触与电弧理论第三章电磁机构理论第四章低压控制电器第五章配电电器第六章高压断路器第七章其他高压电器第一章电气的发热与电动力)电器中有哪些热源它们各有什么特点答：电器中的载流系统通过直流电流时，载流导体中损耗的能量便是电器的唯一热源。

载流系统通过交变电流时，热源包括：导体通过电流时的能量损耗、非载流铁磁质零部件的损耗（铁损包括涡流损耗和磁滞损耗）、电介质损耗。

交变电流导致铜损增大，这是电流在到体内分布不均匀所致。

集肤效应和邻近效应会带来附加损耗。

铁损只在交变电流下才会出现。

电介质损耗介质损耗角与绝缘材料的品种、规格、温度、环境状况及处理工艺有关。

散热方式有几种各有什么特点答：热传导、对流、热辐射。

热传导是借助分子热运动实现的，是固态物质传热的主要方式。

对流总是与热传导并存，只是对流在直接毗邻发热体表面处才具有较大意义。

热辐射具有二重性：将热能转换为辐射能，再将辐射能转换为热能，可以穿越真空传输能量。

、为什么决定电器零部件工作性能的是其温度，而考核质量的指标确实其温升答：电器运行场所的环境温度因地而异，故只能人为地规定一个统一的环境温度，据此再规定允许的温升，以便考核。

在整个发热过程中，发热时间常数和综合散热系数是否改变为什么答：一般来说，是改变的。

但是在计算中，为了方便起见，假定功率P为恒值，综合散热系数也是均匀的，并且与温度无关，因此发热时间常数也是恒定的。

第二章电接触与电弧理论电弧对电器是否仅有弊而无益答：否。

弧焊、电弧熔炼、弧光灯是专门利用它的设备，电器本身亦可借助它以防止产生过高的过电压和限制故障电流。

电接触和触头是同一概念么答：否。

赖以保证电流流通的到体检的联系称为电接触，是一种物理现象。

@通过相互接触以实现导电的具体物件称为电触头（简称触头），它是接触时接通电路、操作时因其相对运动而断开或闭合电路的两个或两个以上的导体。

触头有哪几个基本参数答：开距、超程、初压力、终压力。

高压柜、低压柜、变压器的发热量计算方法变压器损耗可以在生产厂家技术资料上查到铜耗加铁耗；高压开关柜损耗按每台200W估算；高压电容器柜损耗按3W/kvar估算；低压开关柜损耗按每台300W估算；低压电容器柜损耗按4W/kvar估算.一条n芯电缆损耗功率为：Pr=nI2r/s,其中I为一条电缆的计算负荷电流A,r为电缆运行时平均温度为摄氏50度时电缆芯电阻率Ωmm2/m,铜芯为,铝芯为,S为电缆芯截面mm2；计算多根电缆损耗功率和时,电流I要考虑同期系数. 上面公式中的"2"均为上标,平方.一、如果变压器无资料可查,可按变压器容量的1~%左右估算；二、高、低压屏的单台损耗取值200~300W,指标稍高尤其是高压柜；三、除设备散热外,还应考虑通过围护结构传入的太阳辐射热.主要电气设备发热量电气设备发热量继电器小型继电器 ~1W中型继电器 1~3W励磁线圈工作时8~16W功率继电器 8~16W灯全电压式带变压器灯的W数带电阻器灯的W数+约10W控制盘电磁控制盘依据继电器的台数,约300W程序盘主回路盘低压控制中心 100~500W高压控制中心 100~500W高压配电盘 100~500W变压器变压器输出kW1／效率-1 KW电力变换装置半导体盘输出kW1／效率-1 KW照明灯白炽灯灯W数放电灯灯W数假设变压器为1000KVA,其有功输出为680KW,则其效率大致为680/850=,根据上述计算损耗的公式,该变压器的损耗为6801/=170KW 变压器的热损失计算公式:△Pb=Pbk+△Pb-变压器的热损失kW Pbk-变压器的空载损耗kW Pbd-变压器的短路损耗kW具体的计算方法：一、 发电机组发热量发电机组的散热量主要来自于两个方面,一是发电机组的盖板传热和机壳围护结构传热,另一是发电机组的冷却循环风的漏风所带来的热量.大、中型发电机组的冷却方式通常采用封闭式空气自循环冷却方式,发电机绕组的损耗传给冷却空气,空气的热量再通过机组水冷却器由冷却水带走.根据实测的数据,定子排出的空气温度一般不超过65℃,而进入转子的空气温度一般不低于5℃.发电机机壳的散热量可以按下式计算：()n g t t KA q k -=w 1 1其中：K ——发电机机壳的传热系数 w/㎡·℃A ——发电机机壳的面积 ㎡gt ——发电机冷却循环风的平均温度℃n t ——室内空气温度℃发电机的漏风散热量可以按下式计算：()n f t t vc q f -=γβw 1 2其中：β——漏风系数,钢盖板取%v ——发电机的冷却循环风量m3/h c ——空气比热 w/kg ·℃γ——空气容重取m3f t ——发电机漏风温度℃ n t ——室内空气温度℃根据发电机组内部的冷却风温和发电机的表面积,我们不难计算机组壳体的传热量.但漏风热量的计算上却有较大的差异,随着机械制造技术的不断提高,特别是空气冷却器的效率的提高,发电机组的冷却循环风量各个厂商有较大区别.例如按机电设计手册计算,30万KW 机组的冷却循环风量约为200m ３/h,但多数国际厂商提供的冷却风量约为120m ３/h,这就给计算结果产生较大的出入.机组的冷却风量不仅和机组的容量有关,而且和机组的水头、转速、尺寸有关.一般情况下,冷却风温越低,发电机的线圈温度也越低,发电机的效率就越高,但是冷却风温受冷却器的布置尺寸影响,冷却器大,机组的制造难度相对增大,经济性下降,冷却风温不可能无限降低,机组制造厂设计时考虑一个经济区域,达到机组的最大性价比.因此,在实际的设计计算中,应由发电机厂商提供冷却循环风量参数对漏风热量加以核算.二、 变压器发热量变压器散热散热主要指变压器内部的能量损耗,由铜损电阻损耗和铁损铁磁损耗两部分组成,其中铜损是随负荷大小而变化,而铁损与负荷的大小无关,可以看成一定值.通常将额定负荷时的铜损定为短路损耗,额定电压下的铁损定为空载损耗.自冷、风冷和干式变压器的损耗,全部散发到周围空气中,而水冷变压器的损耗则大部份由水冷却系统带走,一小部份由于油温高于周围空气温度而将热量散入空气中.一般情况下,封闭厂房、地下厂房和抽水蓄能电站,布置于厂房内部或地下的主变多采用库水冷却的主变,而电站中的其他变压器还有厂用变、照明变、事故变、励磁变等,多采用风冷或干式变压器.风冷变压器的散热量,简单地可以按下式计算：dk P P Q ＋=Kw 3其中：k P ——变压器的空载损耗 KwdP ——变压器的短路损耗 Kw水冷变压器的散热量可以按下式计算：()325.1n y 105.5-⨯-⨯=A t t Q Kw 1 4其中：y t——油箱的平均油温 ℃,一般在65~70℃之间n t ——室内气温 ℃A ——油箱的散热面积 ㎡电站的水冷却主变,受到冷却水温和水冷却器效率的影响较大,特别是抽水蓄能电站,由于库容较小,冷却水温受季节的影响较大,应按正常运行时,可能产生的最高水温核算变压器的散热量.三、 母线、电缆发热量在电站中,发电机和变压器之间的连接多用自冷却式封闭母线.母线的发热量包括母线的功率损耗发热和外壳感应散热两部分.由于主线的两端分别分别连接发电机和变压器设备,实际上母线与外壳之间的空气是封闭的,外壳起到一个保护和屏蔽电磁波的作用,以减少母线电磁场对周围电气设备和环境的影响,并没有减小母线的散热.母线的功率损耗散热传给母线和外壳间的空气,然后通过外壳壳体传入环境.而外壳感应散热则直接传入环境.母线功率损耗引起的散热量可以按下式计算：3s Z 2103-⨯⨯=L R I q s ϕKw 1 5母线外壳感应散热量可以按下式计算：3k k 2103-⨯⨯=L R I q k ϕKw 1 6其中：I ——母线的相电流AZ R ——母线在工作温度时的直流电阻Ω/m k R ——母线外壳在工作温度时的直流电阻Ω/ms ϕ——母线集肤效应系数k ϕ——母线外壳集肤效应系数L ——母线的长度m以下是某电站的母线参数：表1 母线参数序基本参数主母线分支母线启动母线号1额定电压 KV1818182工作电压KV3额定电流A1300025030004导体正常温度℃8750745外壳正常温度℃6747546导体截面积mm221375335833587外壳截面积mm215944836983698导体电阻μΩ/m9外壳电阻μΩ/m按上面两式计算,主母线单相的散热量约为550W/m,和母线制造商提供的母相散热损耗600 W/m基本相近.母线的发热损耗和母线的材质、制造技术、焊接工艺水平关系较大.材质越好,母线接头的焊接工艺水平越高,其直流电阻就越小,发热损耗也就越小.另外,在水电站厂房内敷设了各种电压等级的动力、照明、控制电缆,在运行中会散发出一定的热量,如果电缆温度过高,将导致电缆表面绝缘老化,电缆的载流量下降.在各种电缆中,低压动力电缆发热量较大,电气设计手册上,对电缆损耗大于150W/m的有通风要求.一般的3000V以下的铜芯电缆的散热损失较小.电缆截面3×50mm的发热量约为25W/m,3×150mm的发热量约为40W/m,电压等级越高,散热量越小.因此,除在主厂房中设有大量的电缆桥架如母线层、母线洞、水轮机层等和专门的电缆层、电缆廊道应核算电缆的发热量,其他部位的电缆发热可以忽略不计.四、 电抗器发热量电抗器用于较大容量的配电装置中,起到限制短路电流的作用,也可以用于整流装置中作滤波电抗器.电抗器的散热量可以按下式计算：P Q 21ηη=Kw 7其中：1η——电抗器的利用系数,一般取1η=2η——电抗器的负荷系数,一般取2η=P ——电抗器在额定功率下的功率损耗Kw,根据额定电流、额定电抗和型号确定.电抗器是由绕组组成的,发热特性是热容量和发热量较大,达到稳定发热量需要一段时间.如果是长期运行的电抗器,其发热量是稳定的,如果是间歇运行的电抗器,应按运行时间和电抗器的发热特性曲线确定发热量.五、 高、低压盘柜发热量高压配电盘柜的散热量可以按下式计算：e 2egq II Q ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Kw 1 8其中：g I——高压开关的工作电流 Ae I ——高压开关的额定电流 Aeq ——高压开关的额定电流时的散热量 Kw高压开关柜分为进线开关柜和馈电开关柜,一般说来进线开关柜的发热量要比馈电开关柜的发热量大.低压配电盘柜的散热量可以按下式计算：P ex Q ∑=Kw 9其中：e ——盘柜的利用系数x ——盘柜的实耗系数——低压盘柜的功率损耗之和 KwP由于电站内各种盘柜的用途不同,盘柜的工作电流不同,一般说来,工作电流越大,盘柜内的电器元件发热量也越大.对于集中布置的配电盘柜尽可能由设备制造商提供发热量较为准确.特别的,对于重要的配电盘柜,由于制造商对盘柜内的电气元件的保护,防止运行湿度过大,绝缘性能的下降,在盘柜内本身另设有电加热器.一般每只盘柜在～左右,集中布置的继电保护室等应加以考虑.在高压盘柜中,励磁柜的发热量较大.根据某电站外商提供的发热资料：表2 励磁柜的发热量名称发热量序号1整流闸管8Kw2母线组2Kw3散热风机2Kw4其它继电器2Kw5合计14Kw由于励磁系统关系到机组的安全启动和运行,对于集中或封闭布置的励磁盘柜应较为准确地核算其发热量.六、SFC静态变频启动装置发热量SFC称为静态变频启动装置,主要用于抽水蓄能电站的机组抽水工况的启动.它由输入电抗器、输出电抗器、滤波器、功率柜和直流电抗器组成.某个单机容量30万千瓦的抽水蓄能电站,根据外商提供的SFC装置各设备的容量如下：表3 SFC装置的容量序设备名称运行时停止时号1输入电抗器27Kw3Kw2输出电抗器63Kw03滤波器83Kw28Kw4功率柜15Kw6Kw5直流电抗器200Kw06合计388Kw37Kw 我们可以看出,如果按照满负荷计算,SFC装置的热量高达388Kw.按照一些已运行的抽水蓄能电站的实际运行分析统计,一台机组的启动,从静止拖动到并网时间仅需240秒,六台机组的启动时间约为25分钟.根据外商提供的SFC装置运行特性曲线,输入电抗器、输出电抗器和直流电抗器运行25分钟,发热达到额定发热量的20%,滤波器、功率柜发热达到额定发热量的70%左右.按此计算SFC装置的发热量约为,是额定发热量的%.SFC装置的发热量和SFC的容量、运行时间有极为密切的关系,如果要较为准确的确定设备发热量,应请有关制造商提供设备的运行特性曲线,然后根据设备的容量和运行时间确定.七、照明设备发热量大、中型电站随着建筑装修景观设计对灯光的需求,照明功率有增加的趋势.虽然照明设备的发展,电站的照明应用从白炽灯和荧光灯向碘钨灯和金卤灯等高亮度灯源转变.但照明设备散热量属于稳定得热,只要电压、功率稳定,散热量是不变化的.照明所耗电能的一部分直接转化为热能,此热能以对流、传导和向周围散出.光能以红外辐射方式向外辐射,但红外辐射不能直接被空气吸收,而是透过空气被周围物体吸收,尔后再给予空气.转化为光的那部分也是先射向周围物体,被物体吸收后再转化为热能,再以对流、传导或辐射等方式传给空气和其他物体.照明发热量为：QNKw 1 10n1其中：1n——镇流器消耗的功率系数,一般取N——照明灯具功率 Kw一般情况下,全厂的照明发热量约为照明变压器容量的80%左右.但随着电站自动化程度的提高和无人值班的推广,厂房内部的实际照明设备开启情况变化较大,可考虑正常运行时照明的利用系数.。