第三章 导体的发热、电动力效应
1．引起导体和电器发热的原因是什么? 答：
引起导体和电器发热的原因是：
（1）电阻损耗：由电阻引起，是损耗的主要形式；
（2）磁滞损耗：由交变磁场的作用引起，针对铁磁材料零配件；
（3）涡流损耗：由交变磁场的作用引起，磁性或非磁性导电材料零配件均有； （4）介质损耗：由强电场的作用引起，针对绝缘材料。
2．导体和电器的发热有哪两种类型?各有什么特点?对导体和电器的工作可能造成什么影响?
答：
（1）导体和电器的发热类型有：
1）长期发热状态。正常时，导体长期流过工作电流引起的发热；
特点：工作电流和发热是持续的，温度升高到某一值时，发热与散热将达到平衡。 2）短时发热状态。短路时，导体短时间流过短路电流引起的发热。 特点：
①导体中流过短路电流数值大，但持续的时间很短，一般为零点几秒到几秒钟（断路器全开断时间）。
②导体的温度在短时间内上升很快，短路电流产生的热量几乎来不及向周围散热，可以看作绝热过程。
③导体温度变化很大，导体电阻值R、导体的比热容C不能看作常数，而是温度的函数。 （2）对导体和电器的工作可能造成的影响：
3．为什么要规定导体和电器的发热允许温度?长期发热允许温度和短时发热允许温度是如何具体规定的?
答：
（1）规定导体和电器的发热允许温度的原因：导体和电器的温度超过发热允许温度将引起很多不良后果。
1）降低机械强度。导体的温度超过一定允许值后，会导致导体材料退火，使机械强度显著下降。在短路电流产生的电动力作用下将引起导体变形，甚至使导体结构损坏。如铝和铜在温度分别超过100℃和150℃后，其抗拉强度急剧下降。
2）影响接触电阻。触头和连接部位由于温度过高，表面会强烈氧化并产生一层电阻率很高的氧化层薄膜，从而使接触电阻增加，导致温度进一步升高，形成恶性循环，直至烧红、松动甚至熔化。
3）降低绝缘强度。温度超过允许值时，绝缘材料将加速老化，丧失原有的机械性能和绝缘
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性能，甚至引起绝缘击穿、直至烧毁。
（2）长期发热允许温度和短时发热允许温度的具体规定。
1）长期发热允许温度的具体规定。采用螺栓连接时，电器设备正常工作温度不应超过70℃。计及太阳辐射影响时，钢芯铝铰线及管形导体，按不超过80℃考虑。导体的接触面处采用搪锡处理具有可靠的过渡覆盖层时，可按不超过85℃考虑。
2）短时发热允许温度的具体规定。硬铝及铝锰合金不超过200℃，硬铜不超过300℃。 4．导体和电器正常发热计算的目的是什么?满足怎样的条件可保证它们在正常运行时的发热温度不超过允许值?
答：
（1）导体和电器正常发热计算的目的：根据电器及导体的工作和发热状况，计算可能达到的最高工作温度，选择合适的额定电流。
（2）保证在正常运行时，发热温度不超过允许值的条件是：额定电流小于允许载流量。 5．导体和电器短路时发热计算的目的是什么?满足怎样的条件可使它们在短路时保证是热稳定的?
答：
（1）导体和电器短路时发热计算的目的是校验短路时发热的稳定。
（2）在短路时，保证是热稳定的条件是：当短路过程结束时的温度?k不大于导体材料短时发热的最高允许温度?al，即
?k≤?al
则认为该导体在此短路条件下是热稳定的。 或者，导体短时热稳定条件是：截面大于最小截面Smin?2电器的短时热稳定条件是：Qkt?Itt
1KfQkt， C6．如何计算短路电流周期分量和非周期分量的热效应? 答：
t22?2[(I?t?Ipt] p)?10Ip212?2短路电流非周期分量的热效应的计算：Qnpt?Ta(I?p)
短路电流周期分量的热效应的计算：Qpt?7．导体的允许载流量是如何确定的?有哪些措施能提高导体的允许载流量? 答：
导体的允许载流量：Ial??A?alR??A(?al??0)R
为了提高导体的载流能力，可采取以下措施：
（1）导体材料宜采用电阻率小的材料，如铝、铝合金、铜等；
（2）提高导体的长期发热允许温度?al；如铝导体接头螺栓连接时?al为70℃，改为超声搪锡方法则可提高到85℃；
（3）提高导体的散热能力。导体的散热能力与导体的形状、布置方式及散热方式有关。 1）导体形状：散热表面积大为好。在相同截面积的条件下，扁矩形截面的周长大，故导体截面形状宜采用扁矩形或槽形，以获得较大的散热表面积。
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2）布置方式：使散热效果最佳。矩形截面导体竖放比平放散热效果好；两半槽组成的槽形截面，立缝置于铅垂面比水平面的散热效果好。
3）散热方式：传导、对流和辐射。传导：置于液体介质中或由液体内冷的导体，主要是传导散热；对流：置于室外或采用强制通风的导体，主要是对流散热；辐射：由温度高的物体向周围的自然散热过程。置于室内空气中的导体，辐射和对流是它的主要散热方式。由于油漆的辐射系数较大，所以室内硬母线都涂上油漆：A相-黄色、B相-绿色、C相-红色。这样除了加强散热，还便于相序的识别。
8．电动力对导体和电器的运行有哪些危害? 答：
正常工作时，电流不是很大，电动力也不大，短路时电动力很大，产生的危害也很大： （1）由于电动力作用，电器产生振动；
（2）载流导体变形，损坏载流部件或损坏绝缘部件 （3）电磁绕组变形，损坏电器设备，如变压器绕组。
9．三相同平面布置的平行导体短路时，哪一相受到的电动力最大?其数值应如何计算? 答：
当三相母线安装于同一平面时，中间相母线所受的电动力最大（约比边相母线受力大7％）。在三相短路冲击电流作用下，中间相母线所受的最大电动力为
2F?0.173KishL（N） a式中：ish——三相短路冲击电流，kA；
L——两支持绝缘子之间的一段母线长度，称为跨距，m； a——相邻两相导体的中心距离，m。
10．硬母线的动稳定条件是什么?若校验时动稳定条件不能被满足，可采取哪些措施加以解决?
答：
硬母线满足动稳定的条件是：
??≤?al
式中：?al——母线材料的允许应力，Pa。
??——母线受到的最大相间应力。
若计算结果是??>?al，则必须设法减小??。办法是减小绝缘子跨距，令??＝?al，得
Lmax?10?alW10?alW7.6???alWa (m)
1f?ish20.173isha式中：ish——冲击短路电流，kA； a——母线相间距离，m； W——母线截面形状系数，m3。
为避免水平放置的矩形母线因本身重量而过分弯曲，要求绝缘子跨距不得超过1.5～2.0m。绝缘子跨距一般等于配电装置间隔的宽度。
11．大电流母线为什么常用全连式分相封闭母线?
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答：
因为大电流母线常用的全连式分相封闭母线具有下列优点：
（1）运行可靠性高。母线被封装在里面，避免了外界自然环境对母线及其绝缘子的粉尘污染，消除了母线相间短路的可能性。
（2）可有效地减小母线及其附近短路时母线间的电动力。外壳与母线形成相当于1：1的空心变压器。由于外壳涡流和环流磁场对母线电流磁场的强烈去磁作用，使壳内磁场大为减弱，有效地减小了短路时母线的电动力。
（3）可显著地减小母线附近钢构的发热。 （4）外壳多点接地，可保证人体触及时的安全。 （5）维护工作量较小。
（6）母线和外壳之间可兼作强迫冷却介质的通道，可大大提高母线的载流量。 12．何为母线共振?有何危害?有什么措施保证母线系统不发生共振? 答：
（1）母线系统在外力的作用下要发生变形。当撤去外力后，母线系统要经历一个往复振动过程，才回到原来的平衡位置。这种振动称为自由振动，其频率称为母线系统的固有频率。若给母线系统一周期性的持续外力（如三相短路时的电动力），母线系统将发生强迫振动，如果周期性外力的频率等于母线系统的固有频率，母线系统将发生共振现象。
（2）母线系统发生共振时，振动的幅值特别大，可能超过母线系统的弹性限度，使母线的结构遭到破坏。
（3）为了避免母线系统可能发生的共振现象，可以直接求解不发生共振的绝缘子最大允许跨距：
Lmax?112ri??0.84ri? 160只要实际选用的绝缘子跨距L小于最大允许跨距Lmax，母线系统就不会发生共振。 13．采取何种措施可减小大电流母线附近的钢构件发热? 答：
减少钢构损耗和发热的措施有以下几项：
（1）加大与载流导体的距离。当然这会受到许多限制。
（2）装屏蔽环。在钢构发热最严重处(即磁场强度最大处)套上短路环（铝或铜环），利用短路环中的感应电流起去磁作用。
（3）断开钢构的闭合回路，使其内不产生环流。 （4）采用非磁性材料代替钢构。 （5）采用分相封闭母线。
14．配电装置中的汇流母线为什么不按经济电流密度选择截面? 答：
针对配电装置母线和引下线，以及持续电流较小、年利用小时数较低的其它回路导线按最大长期工作电流选择。原因是正常运行时其工作电流达不到最大长期工作电流，所以按最大长期工作电流选择满足长期热稳定条件就可以了。
15．按经济电流密度法选择的母线截面，是否还须按最大长期工作电流校核?
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