字體:[大 中 小] 瀏覽次數(shù):1314次 發(fā)布時(shí)間:2016-01-31 關(guān)閉
導(dǎo)讀:“中國(guó)制造2025”背景下的低壓電器產(chǎn)業(yè)發(fā)展與提升,以創(chuàng)新技術(shù)加速企業(yè)生產(chǎn)力更新?lián)Q代,以智能制造牽引低壓電器產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備及工藝升級(jí)。
低壓電器產(chǎn)品量大面廣,是用電環(huán)節(jié)中最靠近終端用戶(hù)側(cè)的電氣裝置,其應(yīng)用的可靠性對(duì)終端用戶(hù)的意義極大。
低壓電器的智能化發(fā)展將推進(jìn)我國(guó)輸配電產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。
電器發(fā)熱,一點(diǎn)也不奇怪。我們打開(kāi)電視,用了一段時(shí)間以后,電視機(jī)的溫度就明顯升高了;我們往電飯鍋內(nèi)放入水和米,按下開(kāi)啟按鈕,電飯鍋就自動(dòng)加熱替我們煮飯。
我們來(lái)看下圖:
這是低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的母線(xiàn)系統(tǒng)。當(dāng)開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行時(shí),這些母線(xiàn)會(huì)發(fā)熱。
我們?cè)倏聪聢D:
這是ABB的Emax低壓斷路器。我們從左圖的右側(cè),能看到導(dǎo)電桿,其實(shí)就是一段很短的鍍錫銅排。它的任務(wù)是把電流引入斷路器靜觸點(diǎn),再把電流引出斷路器動(dòng)觸點(diǎn)。
在實(shí)際使用中,如果導(dǎo)電桿劇烈發(fā)熱,對(duì)搭接點(diǎn)的兩側(cè)電器來(lái)說(shuō),都會(huì)產(chǎn)生極大的不良影響。
那么電器的發(fā)熱與什么因素有關(guān)呢?這些發(fā)熱因素有:電阻損耗性發(fā)熱、鐵磁損耗性發(fā)熱和介質(zhì)損耗性發(fā)熱。
由此看來(lái),計(jì)算起來(lái)還是有點(diǎn)麻煩的。
現(xiàn)在我們來(lái)看看交流附加損耗系數(shù)的問(wèn)題??聪聢D:
根據(jù)電磁感應(yīng)定律,交變電場(chǎng)將在其周?chē)a(chǎn)生交變磁場(chǎng)。當(dāng)交變電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí),必然會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)部及導(dǎo)體周?chē)a(chǎn)生交變磁場(chǎng)。
將圓形導(dǎo)體截面劃分為內(nèi)部B和外部A。與B部分相鏈的磁通為Ф1和Ф2,而與A相鏈的磁通僅為Ф1,所以靠近導(dǎo)體中心的電流線(xiàn)所交鏈的磁通要大于遠(yuǎn)離導(dǎo)體中心的電流線(xiàn)所交鏈的磁通。
交變磁場(chǎng)在導(dǎo)體中產(chǎn)生反向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),其作用將阻礙原電流的變化,使得通過(guò)導(dǎo)體截面的電流減少。因此離導(dǎo)體中心越近,感生電動(dòng)勢(shì)越高,阻礙原電流變化的作用越強(qiáng),導(dǎo)致導(dǎo)體中心部分的電流密度比導(dǎo)體外表部分要小。
集膚效應(yīng)很重要。對(duì)于銅,它的穿透深度為9.3mm。這個(gè)基本數(shù)據(jù)對(duì)于電氣工作者來(lái)說(shuō)應(yīng)當(dāng)牢記于心。
集膚效應(yīng)的穿透深度與電源的頻率f的1/2次方成正比。因此當(dāng)頻率很高時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部事實(shí)上沒(méi)有電流流過(guò),所以高頻的導(dǎo)線(xiàn)其內(nèi)部都是空的。這一點(diǎn)從電視天線(xiàn)看的最明白:
在電器中,導(dǎo)體中的發(fā)熱主要源于阻性發(fā)熱,其它發(fā)熱方式所貢獻(xiàn)的熱量與總熱量的比值不高,故忽略。
現(xiàn)在我們來(lái)看看導(dǎo)體的散熱。
我們知道,散熱的途徑有三種,即熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。
在電器中,這三種散熱方式均存在。如果我們列寫(xiě)出三種散熱方程來(lái)求解導(dǎo)體當(dāng)前溫度,顯然麻煩異常。怎么辦呢?
我們請(qǐng)出一位高人,就是著名的牛頓。
蘋(píng)果砸中了牛頓,他想出了萬(wàn)有引力定律和微積分,同時(shí),他也想出了解決導(dǎo)體散熱問(wèn)題的表達(dá)式:
這里的P是散熱功率,A是導(dǎo)體表面積,Kt是綜合散熱系數(shù)。
這個(gè)公式的高明之處在于,牛頓把熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射全部都綜合到一塊兒了。這樣一來(lái),極大地簡(jiǎn)化了計(jì)算,整個(gè)計(jì)算變成極為初等。
牛頓散熱公式中的綜合散熱系數(shù)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái),如下:
現(xiàn)在,我們來(lái)看一個(gè)實(shí)例:
已知某斷路器的三相銅質(zhì)導(dǎo)電桿在同一平面上放置,截面尺寸為80mmX8mm,長(zhǎng)度為810mm。若導(dǎo)電桿的工作溫度是85攝氏度,綜合散熱系數(shù)是:
如果忽略集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng),試求該導(dǎo)電桿的長(zhǎng)期穩(wěn)定電流。
好難哦!
不過(guò),我們略加分析就能弄明白這個(gè)例題如何求解。如下:
首先查表,得知:
溫升則等于85-35=50K。
注意這里的35度來(lái)自于標(biāo)準(zhǔn)GB14048.1-2010中給出的低壓電器平均工作溫度。
我們從中就可以解出電流I,也就是問(wèn)題的解。
終于計(jì)算出結(jié)果了,大約為1638A。
說(shuō)實(shí)在的,我得到這個(gè)結(jié)果后,迫不及待地把各種樣本都拿來(lái),把上面給出的導(dǎo)電桿參數(shù)都給算了一遍,發(fā)現(xiàn)數(shù)值還是相對(duì)準(zhǔn)確的。
如此說(shuō)來(lái),是不是就不用做型式試驗(yàn)了,光憑著我們的簡(jiǎn)單計(jì)算就可以確認(rèn)了?答案是否定的。我們可以計(jì)算導(dǎo)電桿的電流,卻未必能計(jì)算整臺(tái)開(kāi)關(guān)電器的溫升參數(shù)和電流值,更不要提短路參數(shù)了。
盡管如此,定性的分析還是可以的。至少,我們可以看出開(kāi)關(guān)電器的導(dǎo)電材料是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
看到這里,相信大家和我一樣,一定會(huì)很佩服牛頓,對(duì)吧?!
在開(kāi)關(guān)電器的相關(guān)理論和知識(shí)里,有許多人是值得我們敬佩的,牛頓是一位,還有法拉第、麥克斯韋、基爾霍夫,以及其他許許多多電弧理論、電磁理論、接觸理論和電動(dòng)力理論的發(fā)現(xiàn)者們。我們會(huì)發(fā)現(xiàn),整個(gè)開(kāi)關(guān)電器知識(shí)體系,就是繞著這些人的理論展開(kāi)的。
好了,我們來(lái)總結(jié)一下:
電器的發(fā)熱既要考慮到電阻效應(yīng),也要考慮到集膚效應(yīng)。
電阻的散熱則可以用牛頓散熱公式來(lái)求解。不過(guò),是有條件的哦,其溫升不得超過(guò)100K,超過(guò)后準(zhǔn)確度就降低了。
最后提幾個(gè)問(wèn)題:
第一個(gè)問(wèn)題:對(duì)于同一個(gè)導(dǎo)電材料,試問(wèn)它的直流電阻與交流電阻相等嗎?如果不相等,哪一個(gè)更大?
上圖是用于直流供電的配電柜抽屜,藍(lán)色的外操作面表示它用于核電工程。這個(gè)抽屜的輸入與輸出之間的等效電阻,會(huì)與交流等效電阻等值嗎?
第二個(gè)問(wèn)題:矩形截面導(dǎo)電材料豎放和平放,哪一個(gè)散熱更好?
第三個(gè)問(wèn)題:如果把某電器置于開(kāi)關(guān)柜內(nèi),并且采用長(zhǎng)期工作制,那么此電器的溫升與什么因素和使用條件相關(guān)?(較難)
下圖是默勒公司生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)柜,是我在云南某國(guó)企的中試車(chē)間配電室拍攝的:
我們看到柜內(nèi)有許多開(kāi)關(guān)電器,有各種導(dǎo)電銅排,還有各種輔助性的控制電器。我們看到開(kāi)關(guān)柜的密封也很好,但這將帶來(lái)散熱困難和溫升較高的技術(shù)難題。
因此這第三個(gè)問(wèn)題要結(jié)合防護(hù)等級(jí)、工作制、環(huán)境溫度、濕度和海拔高度、還有電流強(qiáng)度等等來(lái)展開(kāi),是一個(gè)綜合問(wèn)題。
工業(yè)生產(chǎn)中,什么樣的報(bào)警預(yù)警器才夠靈活?工業(yè)生產(chǎn)不斷更新迭代,智能制造也越來(lái)越深入到現(xiàn)代化生產(chǎn)的全過(guò)程當(dāng)中。隨著數(shù)字時(shí)代的高速發(fā)展,生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)…
“智”控設(shè)計(jì) | 羅克韋爾自動(dòng)化全新微控系統(tǒng)與設(shè)計(jì)軟件目前,隨著行業(yè)市場(chǎng)需求的日益增長(zhǎng)以及對(duì)技術(shù)的嚴(yán)苛要求,羅克韋爾自動(dòng)化推出Allen-B…
潔白的雪山、青青的牧草、仿佛伸手就能觸碰到的澄澈天空,在世界屋脊西藏,高海拔地區(qū)獨(dú)有的風(fēng)貌不僅帶給人們天人合一的美,同時(shí)在遼闊的凈土之下,還…
在當(dāng)今的環(huán)境下,制造企業(yè)舉步維艱,每天都面臨著重重壓力。全球化的快速推進(jìn)、技術(shù)的不斷進(jìn)步、消費(fèi)者的偏好不斷變化、政策法規(guī)的日趨嚴(yán)格等都在持續(xù)…
版權(quán)所有:內(nèi)蒙古祺韻光迅科技有限公司 網(wǎng)站建設(shè): 國(guó)風(fēng)網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)站地圖 蒙ICP備15002091號(hào) 蒙公網(wǎng)安備 15010302000582號(hào) 電子營(yíng)業(yè)執(zhí)照
TOP