F—导体的散热面积，m2
α w—对流、辐射复合散热总散热系数。
热平衡式（3－12）的求解与分析
长期发热温升的特点
由
这就是长期发热温升的特点
2.导体载流量的计算
稳定温升为：
可见：导体（或电器）的载流量与其材料、有效截面积、环境温度、 散热条件、是否受日照等因素有关，这就是额定电流的由来。
提高导体的载流量措施

导体的发热： 来自导体电阻损耗的热量；日照 （当导体放置在露天时）。

热量的耗散有：
①对流、②辐射、③导热三种形式。
1.导体的发热和散热－续1
发热量和散热量计算式 发热量计算式
导体电阻损耗引起的发热量QR 吸收太阳辐射的热量Qt
散热量计算式
导体对周围辐射散热量Qf 空气对流使导体散去的热量Ql
2.导体温度的升高及热平衡式
机械强度将显著下降。
长期发热温度超过： 短时发热温度超过：
例如当
l000C（铝） 1500C（铜） 2000C（铝） 2500C（铜）时，其抗拉强度
显著下降，因而可能在短路电动力的作用下变形或损 坏。
3.使导体接触部分的接触电阻增加
当发热温度超过一定值时，接触部分的弹性元
件就会因退火而压力降低，同时发热使导体表
发电厂电气部分
第 3章
常用计算的基本理论和方法
本章学习的主要内容
载流导体发热理论 电动力理论 电气设备及主接线的可靠性分
析 主接线方案的技术经济分析
载流导体发热理论部分的相关内容
发热对电气设备的影响
长期发热和短路时发热的特点 通电导体的温升过程分析 导体的载流量和运行温度计算 短路时发热温度的计算方法及应用
大电流导体附近的钢构发热问题及解决办法
大电流封闭母线运行温度的计算
电动力理论
两平行载流导体上受到的电动力及其计算
三相导体短路时的受力情况进行分析 三相导体短路时的最大短路电动力计算 导体振动的动态应力分析及计算 分相封闭母线的电动力计算
3.1 概 述（1）
3.1.1 运行中的电气设备发热的致因
外壳的自然对流散热量
封闭母线及其结构

发－变组之间的引出线采用敞露式，容易受到外界的影
响，如表面积灰和发生相间短路等，使运行可靠性降低。

我国20万一90万kW机组的母线，已广泛采用全连式分相 封闭母线，称为大电流封闭母线。

全连式分相封闭母线结构：母线由铝管制成，每相母线
各封装在单独的外壳内，外壳两端用短路板连接起来。 其结构参见图3一8所示
面氧化，产生电阻率很高的氧化层（银的氧化
层电阻不大），使接触电阻增加，引起接触部
分温度继续升高，将会产生恶性循环，破坏正 常工作状态。
3.1.4 保证导体可靠地工作最高允许温度
为了保证电器设备在工作年限内可靠工作，必须限制各 种材料的发热温度，使其不超过一定数值，这个温度就 是最高允许发热 温度，简称最高允许温度 同，作用不同，允许的a不同。通常设：
（1）通电导体电阻损耗的热量QR的计算
常用电工材料的电阻率及电阻温度系数如 表3一1所示。
导体的集肤效应系数

导体的集肤效应系
数与电流的频率、导 体的形状和尺寸有关。

矩形截面导体的集肤 效应系数，如图3－1 所示。
导体的集肤效应系数2

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
圆柱及圆管导体的 集肤效应系数，如 图3－2所示。图中
P68）
大电流封闭母线运行温度计算 （工程曲线的应用）
1）外壳的总散热曲线 如图3一9所示。 将式（(3-26)、式(3-27) 式（3-28）相加起来，即 得:
Q
f ( s )
s
计算出Σ Qs即可查曲线得 θ s
Σ Qs＝Σ QR＝ QwR ＋QsR
2）母线的总散热曲线 如图3 一10所示。利用式（(3一 24）和式（(3一25)，并假 定母线温度。，＝85 9C， 便可得到：
减少钢构热损耗和发热的常用措施（续2）

（4）采用分相封闭母线。
如图3一7所示，每 相母线分别用铝质外壳 包住，外壳上的涡流和 环流能起双重屏蔽作用， 壳内和壳外磁场均大大 降低，从而使附近钢构 发热得到较好改善。
4.大电流封闭母线运行温度的计算
主要内容： （1）大电流封闭母线（全连式分相封闭母线）的使用场合； （P65） （2）分相封闭母线的优点；（P65） （3）大电流封闭母线的发热和散热的计算式； （4）大电流封闭母线运行温度的计算。
a
。材料不
周围空气温度为0；
零部件温度为 ；当零部件温度 0时，则温升 ＝ －
0；
按标准，0取最不利的情况：+40℃
1.导体正常工作时最高允许温 a
一般不超过 ＋70 0C；
在计及太阳辐射（日照）的影响时： 钢芯铝绞线及管形导体，可按不超过＋80℃来考 虑； 当导体接触面处有镀（搪）锡的可靠覆盖层时：允许提高
1.长期发热——由正常工作电流产生。
2.短时发热——由故障时的短路电流产生。
3.1 概 述（3）
3.1.3、发热对电气设备的影响 发热引起的主要问题：使材料的物理、化学性能起
变化，机械性能和电气性能下降，最后导致电器设
备的工作故障，甚至造成严重事故。 具体可归纳如下：
1.使绝缘材料的绝缘性能降低
Q
W 85
Q
wr 85
Q
wc 85
f ( s )
算出θ s即可由曲线查出
Σ Qw85
3 ）Σ
Δ Qw，与θ w，的关系
曲线如图3一11所示
Σ Δ Qw＝ Σ Qw－ Σ Qw85 Σ Qw ＝QwR QwR
、QsR为母线的发热损

分相封闭母线的优、缺点 2
缺点：

①母线散热条件较差； ②外壳上产生损耗；

③金属消耗量增加。
1）封闭母线的发热
2）封闭母线的散热
（2）大电流封闭母线运行温度的计算

根据前述的封闭母线的发热和散热计算 式，列出热平衡方程式解出母线运行温 度θw。

工程算法是利用三条工程曲线（参见P67、
减少钢构热损耗和发热的常用措施
（1）加大钢构和导体之间的距离 使磁场强度减弱，因而可降低涡流 和磁滞损耗。 （2）断开钢构回路，并加上绝缘垫 消除环流。


减少钢构热损耗和发热的常用措施（续1）

（3）采用电磁屏蔽
在磁场强度H最大的部位套 上短路环（铝环或铜环），利
用短路环中感应电流的去磁作
用以降低导体的磁场，如图3 一6所示； 在导体与钢构之间安置屏 蔽栅，栅中的电流亦可使磁场 削弱。
当导体的材料、尺寸、散热条件确定之后，导体的载流量亦随之确定（电气设备额定电 流的确定为同理）。
增加
I

w
F ( w 0) R

Q Q
l
f
（3－20）
R
I
Q Q Q
l f
t
R
（3－21）
式中的分子，减小其分母可提高导体的载流量，通常的措施有： 采用电阻率小的材料，如铝、铝合金等。

在同样截面积的条件下，采用表面积较大得导体的形状（圆形导体的表面积较小，而
矩形、槽形的表面积则较大）。 导体布置应采取散热效果最佳的方式（而矩形截面导体竖放的散热效果比平放的要 好）。

3.大电流附近的钢构发热

刚构发热的原因：磁滞、涡流损耗。
导体电流大于3000A时，附近的的措施
不容忽视。

有机绝缘材料长期受到高温作用，将逐渐老化，
以致失去弹性和降低绝缘性能。

绝缘材料老化的速度与使用时的温度有关。
因此，对不同等级的绝缘材料，根据其耐热的
性能和使用年限的要求，应规定相应使用温度。

在使用过程中如超过这一温度，绝缘材料将 加速老化，大大缩短使用寿命。
2.使金属材料的机械强度下降
当使用温度超过规定允许值后，由于退火，金属材料
f为电源频率，Rdc,
为100m长导体的直
流电阻。
（2）导体吸收太阳辐射的热量Qt计算
（3）导体对流散热量Ql计算
1）自然对流散热系数
2）强迫对流散热系数
单位长度导体的散热面积与导体尺寸、布置方式等因素有关。 导体片（条）间距离越近，对流条件就越差，故有效面积应 相应减小。
以下是几种常用导体（如图3一3所示）的对流散热面积。
然对流散热）
（1）大电流封闭母线的发热和散热
1）封闭母线的发热计算
母线导体的发热损耗计算
母线外壳的发热损耗计算
（1）大电流封闭母线的发热和散热－续1
2）封闭母线的散热
母线的散热量计算
母线向外壳的辐射散热量
母线向外壳的对流散热量
外壳的散热量计算
中间相（B相）外 壳的辐射散热量 外边相（A、C相）外 壳的辐射散热量
3.2.2短时发热计算
学习长期发热计算后应了解和掌握的内容
1.导体正常工作时的温升过程分析与计算 2.长期发热温升的特点 3.导体载流量的计算 4.大电流附近的钢构发热
5.大电流封闭母线运行温度的计算
学习短时发热计算后应了解和掌握的内容
1.计算短时发热的目的
2.导体短路时的发热分析过程 3.短路电流热效应的计算方法
（采用工程算法——利用外壳总散热曲线、母线85 0C时的总散热
曲线、母线散热差值与母线实际温度的关系曲线）
（1）大电流封闭母线的发热和散热
1）封闭母线的发热
◆母线导体的发热损耗计算
◆母线外壳的发热损耗计算
2）封闭母线的散热 ◆母线的散热量计算（母线向外壳的辐射散热和对流散