1、2023-1-10第3章电气发热与计算1第第3章电气发热与计算章电气发热与计算第3章电气发热与计算1内容提要：内容提要：主要从理论上讲述发热对载流导体产生的不主要从理论上讲述发热对载流导体产生的不良影响，以及防止电气发热的方法与措施。良影响，以及防止电气发热的方法与措施。载流导体长时和短时的发热与散热工程。载流导体长时和短时的发热与散热工程。本章重点：本章重点：重点掌握电气发热的原因与危害，掌握防止重点掌握电气发热的原因与危害，掌握防止电气发热的方法与措施。电气发热的方法与措施。熟悉电气发热的各种计算和提高导体长期允熟悉电气发热的各种计算和提高导体长期允许通过载流量计算方法与措施。许通过载流量
2、计算方法与措施。第3章电气发热与计算1焦作市天堂录像厅特大火灾焦作市天堂录像厅特大火灾 2000年年3月月29日凌晨日凌晨3时许，位于焦作市中心时许，位于焦作市中心闹市区的天堂录像厅发生特大火灾，造成当时在闹市区的天堂录像厅发生特大火灾，造成当时在此观看录像的此观看录像的74名观众在大火中丧生。名观众在大火中丧生。火灾原因，系当日天堂录像厅火灾原因，系当日天堂录像厅15号包间内使号包间内使用石英电热器长时间发热、辐射，引燃周围易烧用石英电热器长时间发热、辐射，引燃周围易烧物所致。物所致。第3章电气发热与计算1哈尔滨市道外区天潭酒店火灾哈尔滨市道外区天潭酒店火灾 2003年年2月月2日日18时左
3、右，哈尔滨市道外区天时左右，哈尔滨市道外区天潭酒店发生火灾。死亡潭酒店发生火灾。死亡33人，受伤人，受伤10人。人。事故原因：电器设备过载发热引起导线短路事故原因：电器设备过载发热引起导线短路第3章电气发热与计算1 2006年年14日日4时许，浙江省湖州市吴兴区织时许，浙江省湖州市吴兴区织里镇个体商厦里镇个体商厦“福音大厦福音大厦”发生火灾。火灾发生火灾。火灾造成造成15人死亡，人死亡，1人失踪。人失踪。浙江省湖州市吴兴区浙江省湖州市吴兴区“福音大厦福音大厦”火灾火灾第3章电气发热与计算1 （1）正常工作状态）正常工作状态 当电压和电流都不超过额定值时，导体能当电压和电流都不超过额定值时，导体
4、能够长期、安全、经济地运行。够长期、安全、经济地运行。（2）短路工作状态）短路工作状态 当系统因绝缘故障发生短路时，流经导体当系统因绝缘故障发生短路时，流经导体的短路电流比额定值要高出几倍甚至几十倍。的短路电流比额定值要高出几倍甚至几十倍。保护装置动作、将故障切除的短期内，导体将保护装置动作、将故障切除的短期内，导体将承受短时发热和电动力的作用。承受短时发热和电动力的作用。3.1.1 载流导体运行中的工作状态载流导体运行中的工作状态3.1 3.1 电气发热的危害电气发热的危害第3章电气发热与计算13.1 3.1 电气发热的危害电气发热的危害3.1.2 3.1.2 发热对载流导体的不良影响发热对
5、载流导体的不良影响1、绝缘材料的绝缘性能降低、绝缘材料的绝缘性能降低2、导体的机械强度下降、导体的机械强度下降3、导体接触部分性能降低、导体接触部分性能降低第3章电气发热与计算13.1 3.1 电气发热的危害电气发热的危害3.1.2 3.1.2 发热对载流导体的不良影响发热对载流导体的不良影响1、绝缘材料的绝缘性能降低、绝缘材料的绝缘性能降低 电工产品电工产品绝缘绝缘材料材料的使用寿命的使用寿命受到多种因素受到多种因素(如温度、电和机械的应力、振动、有害气体、如温度、电和机械的应力、振动、有害气体、化学物质、潮湿、灰尘和辐照等化学物质、潮湿、灰尘和辐照等)的影响。而温的影响。而温度通常是对绝缘
6、材料和绝缘结构老化起支配作用度通常是对绝缘材料和绝缘结构老化起支配作用的因素。的因素。第3章电气发热与计算1 （1）绝缘材料的耐热温度）绝缘材料的耐热温度 耐热温度：耐热温度：绝缘材料的绝缘性能开始显著降绝缘材料的绝缘性能开始显著降低以前的温度。低以前的温度。导体的绝缘材料在温度的长期作用下会逐渐导体的绝缘材料在温度的长期作用下会逐渐老化，并逐渐丧失原有的机械性能和绝缘性能。老化，并逐渐丧失原有的机械性能和绝缘性能。绝缘材料在其耐热温度下能工作绝缘材料在其耐热温度下能工作20000h而不而不致损坏。致损坏。危害危害：绝缘材料的老化，使绝缘材料变脆弱，绝缘材料的老化，使绝缘材料变脆弱，绝缘性能显
7、著下降，就可能造成绝缘材料的击穿。绝缘性能显著下降，就可能造成绝缘材料的击穿。按国内标准，电气绝缘材料的耐热温度分为按国内标准，电气绝缘材料的耐热温度分为七级。七级。第3章电气发热与计算1等级等级耐热温耐热温度度/相相 应应 的的 材材 料料Y90未浸渍过的棉纱、丝及电工绝缘纸等材料或组合物质所组成的绝缘未浸渍过的棉纱、丝及电工绝缘纸等材料或组合物质所组成的绝缘结构结构A105浸渍过的浸渍过的Y等级绝缘结构材料等级绝缘结构材料E120合成的有机薄膜、合成的有机磁漆等材料或其组合物组成的绝缘结合成的有机薄膜、合成的有机磁漆等材料或其组合物组成的绝缘结构构B130以合适的树脂黏合或浸渍、涂覆后的云
8、母、玻璃纤维、石棉等以合适的树脂黏合或浸渍、涂覆后的云母、玻璃纤维、石棉等F155以合适的树脂黏合或浸渍、涂覆后的云母、玻璃纤维、石棉等，以以合适的树脂黏合或浸渍、涂覆后的云母、玻璃纤维、石棉等，以及其他无机材料，合适的有机材料或其组合物所组成的绝缘结构及其他无机材料，合适的有机材料或其组合物所组成的绝缘结构H180硅有机漆，云母、玻璃纤维、石棉等用硅有机树脂黏合材料，以及硅有机漆，云母、玻璃纤维、石棉等用硅有机树脂黏合材料，以及一切经过试验能用在此温度范围内的各种材料。一切经过试验能用在此温度范围内的各种材料。C180以合适的树脂（如热稳定性特别优良的硅有机树脂）黏合或浸渍、以合适的树脂（如
9、热稳定性特别优良的硅有机树脂）黏合或浸渍、涂覆后的云母、玻璃纤维等，以及未经浸渍处理的云母、陶瓷、石涂覆后的云母、玻璃纤维等，以及未经浸渍处理的云母、陶瓷、石英等材料或其组合物所组成的绝缘结构。英等材料或其组合物所组成的绝缘结构。各级绝缘材料的耐热温度各级绝缘材料的耐热温度第3章电气发热与计算1等等级级耐热耐热温度温度/相相 应应 的的 材材 料料Y90未浸渍过的棉纱、丝及电工绝缘纸等未浸渍过的棉纱、丝及电工绝缘纸等材料或组合物质所组成的绝缘结构材料或组合物质所组成的绝缘结构A105 浸渍过的浸渍过的Y等级绝缘结构材料等级绝缘结构材料E120合成的有机薄膜、合成的有机磁漆等合成的有机薄膜、合成
10、的有机磁漆等材料或其组合物组成的绝缘结构材料或其组合物组成的绝缘结构B130以合适的树脂黏合或浸渍、涂覆后的以合适的树脂黏合或浸渍、涂覆后的云母、玻璃纤维、石棉等云母、玻璃纤维、石棉等各级绝缘材料的耐热温度各级绝缘材料的耐热温度第3章电气发热与计算1等等级级耐热耐热温度温度/相相 应应 的的 材材 料料F155以合适的树脂黏合或浸渍、涂覆后的以合适的树脂黏合或浸渍、涂覆后的云母、玻璃纤维、石棉等，以及其他云母、玻璃纤维、石棉等，以及其他无机材料，合适的有机材料或其组合无机材料，合适的有机材料或其组合物所组成的绝缘结构物所组成的绝缘结构H180硅有机漆，云母、玻璃纤维、石棉等硅有机漆，云母、玻璃
11、纤维、石棉等用硅有机树脂黏合材料，以及一切经用硅有机树脂黏合材料，以及一切经过试验能用在此温度范围内的各种材过试验能用在此温度范围内的各种材料料各级绝缘材料的耐热温度各级绝缘材料的耐热温度第3章电气发热与计算1等等级级耐热耐热温度温度/相相 应应 的的 材材 料料C 180以合适的树脂（如热稳定性特别优良以合适的树脂（如热稳定性特别优良的硅有机树脂）黏合或浸渍、涂覆后的硅有机树脂）黏合或浸渍、涂覆后的云母、玻璃纤维等，以及未经浸渍的云母、玻璃纤维等，以及未经浸渍处理的云母、陶瓷、石英等材料或其处理的云母、陶瓷、石英等材料或其组合物所组成的绝缘结构组合物所组成的绝缘结构各级绝缘材料的耐热温度各级
12、绝缘材料的耐热温度第3章电气发热与计算1第3章电气发热与计算1（2）绝缘材料的）绝缘材料的使用使用寿命与温度的关系寿命与温度的关系 当导体的温度当导体的温度超过它的耐热温度超过它的耐热温度值后，绝缘材料的值后，绝缘材料的老化加剧。老化加剧。随着温随着温度的增加，绝缘材度的增加，绝缘材料的料的使用寿命明显使用寿命明显缩短。缩短。在防火检查实在防火检查实践中可以根据绝缘践中可以根据绝缘材料的老化特征，材料的老化特征，对其使用寿命做出对其使用寿命做出判断。判断。103.6104105 第3章电气发热与计算1 用用“八度规则八度规则”经验规律来大致估算绝缘经验规律来大致估算绝缘材料的使用寿命：材料的使
13、用寿命：温度每上升温度每上升8，其寿命降低一半。，其寿命降低一半。第3章电气发热与计算1（3）绝缘材料的允许温度绝缘材料的允许温度 为了防止过高的发热对电器及载流导体带为了防止过高的发热对电器及载流导体带来的危害，人们对电器及载流导体在设计和运来的危害，人们对电器及载流导体在设计和运行时，制定了一个允许温度。在此温度下，保行时，制定了一个允许温度。在此温度下，保证电器及载流导体能够保持连续、正常地工作。证电器及载流导体能够保持连续、正常地工作。允许温度：是用一定方法测定的电器元件允许温度：是用一定方法测定的电器元件允许达到的最高温度。允许达到的最高温度。设备和导体上的任一部分都不能超过允许设备
14、和导体上的任一部分都不能超过允许温度。温度。第3章电气发热与计算1绝缘材料的允许温度的规定：绝缘材料的允许温度的规定：1)允许温度规定必须小于材料损坏的极限允允许温度规定必须小于材料损坏的极限允许温度许温度(耐热温度耐热温度)。2)电气设备是由各种导体组合而成，允许温电气设备是由各种导体组合而成，允许温度要考虑到它的最薄弱环节。度要考虑到它的最薄弱环节。3)设备绝缘材料的老化和金属机械强度的变设备绝缘材料的老化和金属机械强度的变坏，除了温度的高低外，还取决于发热持续时坏，除了温度的高低外，还取决于发热持续时间的长短，因此短时发热允许温度比长时发热间的长短，因此短时发热允许温度比长时发热允许温度
15、规定的要高。允许温度规定的要高。短时发热：导体发热持续的时间极其短暂短时发热：导体发热持续的时间极其短暂（短路电流引起的发热）。（短路电流引起的发热）。长时发热：导体长时间连续发热。长时发热：导体长时间连续发热。第3章电气发热与计算12、机械强度下降、机械强度下降 当导体的温度超过一定允许值后，过高的当导体的温度超过一定允许值后，过高的温度会导致导体材料退火，使其机械强度显著温度会导致导体材料退火，使其机械强度显著下降。下降。铝和铜导体在温铝和铜导体在温度分别超过度分别超过100和和150后，其抗拉强后，其抗拉强度急剧下降。当短路度急剧下降。当短路时，在电动力的作用时，在电动力的作用下，就可能
16、使导体变下，就可能使导体变形，甚至使导体结构形，甚至使导体结构损坏。损坏。第3章电气发热与计算11-1-连续发热连续发热2-2-短时发热短时发热第3章电气发热与计算1 当接触连接处温度过高时，接触连接表面当接触连接处温度过高时，接触连接表面会强烈氧化、硫化，并产生一层电阻率很高的会强烈氧化、硫化，并产生一层电阻率很高的氧氧(硫硫)化层薄膜，从而使接触电阻增大，接触化层薄膜，从而使接触电阻增大，接触连接处的温度更加升高。连接处的温度更加升高。当温度超过一定允许值后，就会形成恶性当温度超过一定允许值后，就会形成恶性循环，导致接触连接处烧红，松动甚至熔化。循环，导致接触连接处烧红，松动甚至熔化。3
17、3、导体接触部分性能变坏、导体接触部分性能变坏第3章电气发热与计算13.1.3 3.1.3 载流导体运行中的损耗载流导体运行中的损耗1、电阻损耗、电阻损耗 输电线或电磁线的导体本身和机械连接处输电线或电磁线的导体本身和机械连接处都有电阻存在。当直流电流通过时，即产生都有电阻存在。当直流电流通过时，即产生电电阻损耗阻损耗。电阻损耗的功率：电阻损耗的功率：电器中的热源主要来自三个方面：电器中的热源主要来自三个方面：交流电器的导体中产生的电阻损耗；交流电器的导体中产生的电阻损耗；交流电器的铁磁物质内产生的涡流和磁滞损耗；交流电器的铁磁物质内产生的涡流和磁滞损耗；交流电器绝缘体内产生的介质损耗。交流电
18、器绝缘体内产生的介质损耗。第3章电气发热与计算1（1）趋）趋（集）（集）肤效应：肤效应：当导体中通过交流电当导体中通过交流电流时，产生使电流趋于表流时，产生使电流趋于表面的现象。面的现象。交流电流的频率越高，交流电流的频率越高，趋肤效应越强。趋肤效应越强。2、附加损耗、附加损耗 由导体内的趋肤效应和邻近效应所产生。由导体内的趋肤效应和邻近效应所产生。当直流电流流过导体时，电流线在导体中的当直流电流流过导体时，电流线在导体中的任一横截面处的分布都是均匀的，故金属导体能任一横截面处的分布都是均匀的，故金属导体能得到充分地利用。得到充分地利用。3.1.3 3.1.3 载流导体运行中的损耗载流导体运行
19、中的损耗第3章电气发热与计算1 （2 2）邻近效应：）邻近效应：由于两个相邻的载流导体之间磁场的相互由于两个相邻的载流导体之间磁场的相互作用，而使导体截面中电流线分布改变。作用，而使导体截面中电流线分布改变。如果两导体中电流方向如果两导体中电流方向相同相同，则在两导体，则在两导体相邻近的一侧电流密度的较小，而相反的一侧，相邻近的一侧电流密度的较小，而相反的一侧，电流密度则较大。电流密度则较大。第3章电气发热与计算1如果两导体中电流方向如果两导体中电流方向相反相反，则在两导体相，则在两导体相邻近的一侧电流密度的较大，而相反的一侧，电邻近的一侧电流密度的较大，而相反的一侧，电流密度则较小。流密度则
20、较小。邻近效应与导体之间的分布、导体间的距离邻近效应与导体之间的分布、导体间的距离有关。有关。第3章电气发热与计算1 （3）附加损耗）附加损耗 趋肤效应和邻近效应都使得电流在导体的横趋肤效应和邻近效应都使得电流在导体的横截面上的分布不均匀，截面上的分布不均匀，结果使导体的电阻增大，结果使导体的电阻增大，它的损耗功率也增大。它的损耗功率也增大。趋肤效应和邻近效应产生的损耗总趋肤效应和邻近效应产生的损耗总称附加损耗（焦耳损耗）。称附加损耗（焦耳损耗）。附加损耗功率为：附加损耗功率为：vKfj：附加损耗系数。：附加损耗系数。Kfj=KjKl。vKj：趋肤效应系数。：趋肤效应系数。vKl：邻近效应系数
21、。：邻近效应系数。交流电阻：交流电阻：（P75）第3章电气发热与计算13.1.3 3.1.3 载流导体运行中的损耗载流导体运行中的损耗3、铁磁损耗（铁损）、铁磁损耗（铁损）载流导体周围的铁磁物质在交变磁场反复载流导体周围的铁磁物质在交变磁场反复磁化作用下，将产生磁化作用下，将产生磁滞损耗磁滞损耗和和涡流损耗涡流损耗。磁滞损耗磁滞损耗和和涡流损耗涡流损耗合称合称铁磁损耗铁磁损耗。它把。它把从电源吸收的电能转化为热能，使铁磁物质发从电源吸收的电能转化为热能，使铁磁物质发热。热。第3章电气发热与计算13、铁磁损耗（铁损）、铁磁损耗（铁损）（1）磁滞损耗）磁滞损耗 铁磁物质在交变磁场的反复磁化作用下，
22、铁磁物质在交变磁场的反复磁化作用下，由于内部的不可逆过程而使铁磁物质发热所造由于内部的不可逆过程而使铁磁物质发热所造成的损耗，称为磁滞损耗。成的损耗，称为磁滞损耗。磁滞损耗经验公式：磁滞损耗经验公式：磁滞损耗与频率磁滞损耗与频率 f 的一次方成正比，与最大磁感的一次方成正比，与最大磁感强度强度Bm的的n次方成正比。次方成正比。3.1.33.1.3载流导体运行中的损耗载流导体运行中的损耗第3章电气发热与计算1HcHB磁滞回线磁滞回线 Hc：矫顽力：矫顽力Br：剩磁：剩磁 Br 磁感强度磁感强度B的变化总是滞后于磁场强度的变化总是滞后于磁场强度H的的变化，叫做磁滞现象。变化，叫做磁滞现象。OHcH
23、mHmBm第3章电气发热与计算1 （2）涡流损耗）涡流损耗 当铁磁物质放置在变化着的磁场中，或者在当铁磁物质放置在变化着的磁场中，或者在磁场中运动时，铁磁物质内部会产生感应电流。磁场中运动时，铁磁物质内部会产生感应电流。感应电流在铁磁物质内部呈涡旋状，称为涡流。感应电流在铁磁物质内部呈涡旋状，称为涡流。由于铁磁材料也具有电阻，所以产生功率损由于铁磁材料也具有电阻，所以产生功率损耗。耗。涡流损耗与电源频率涡流损耗与电源频率f的二次方成正比，与的二次方成正比，与磁感强度最大值磁感强度最大值Bm的二次方成正比。的二次方成正比。3.1.33.1.3载流导体运行中的损耗载流导体运行中的损耗第3章电气发热
24、与计算1涡流涡流第3章电气发热与计算14、介质损耗、介质损耗电气绝缘材料称电介质。电气绝缘材料称电介质。电介质能建立电场，储存电场能量，也能消电介质能建立电场，储存电场能量，也能消耗电场能量。短期较高的电场强度会引起电介质耗电场能量。短期较高的电场强度会引起电介质击穿破坏，长期较低的电场强度会导致电介质老击穿破坏，长期较低的电场强度会导致电介质老化破坏。化破坏。交变电场的电导损耗和电介质被周期性反复交变电场的电导损耗和电介质被周期性反复极化产生的损耗称为介质损耗。极化产生的损耗称为介质损耗。在电场的作用下，电介质会发生极化、电导、在电场的作用下，电介质会发生极化、电导、介质损耗和击穿四种基本物
25、理过程。介质损耗和击穿四种基本物理过程。电介质的功率损耗：电介质的功率损耗：3.1.33.1.3载流导体运行中的损耗载流导体运行中的损耗第3章电气发热与计算13.2 3.2 接触电阻接触电阻 当两个金属导体互相接触时，在接触区域内当两个金属导体互相接触时，在接触区域内存在着一个附加电阻，称为接触电阻。存在着一个附加电阻，称为接触电阻。3.2.1 接触的类型接触的类型 (1)固定接触固定接触 用紧固件用紧固件(如螺钉或铆钉等如螺钉或铆钉等)压紧的电接触称压紧的电接触称固定接触。这种接触工作时没有相对运动。固定接触。这种接触工作时没有相对运动。第3章电气发热与计算1第3章电气发热与计算1 (2)可
26、分接触可分接触 工作中可以接通或分断的电接触称可分接触。工作中可以接通或分断的电接触称可分接触。接触的双方是一对电触头，一个称静触头，接触的双方是一对电触头，一个称静触头，另一个称动触头。另一个称动触头。触头的性能，对开关电器的分断能力、控制触头的性能，对开关电器的分断能力、控制电器的电气寿命、继电器的可靠性等起重要的作电器的电气寿命、继电器的可靠性等起重要的作用。用。触头是电器的触头是电器的最薄弱环节，容易最薄弱环节，容易发生故障。发生故障。静触头静触头动触头动触头第3章电气发热与计算1 (3)滑动及滚动接触滑动及滚动接触 在工作过程中触头可以互相滑动（或滚动）在工作过程中触头可以互相滑动（
27、或滚动）的接触方式称为滑动的接触方式称为滑动(或或滚动滚动)接触。接触。高压断路器的中间触头、公共电车及电气火高压断路器的中间触头、公共电车及电气火车的电源引进部分。车的电源引进部分。高压断路器高压断路器?第3章电气发热与计算1第3章电气发热与计算1第3章电气发热与计算1 无论用什么工艺切开导体，无论用什么工艺切开导体，或切开后对切面无论用什么工或切开后对切面无论用什么工艺实行精加工，切面表面总是艺实行精加工，切面表面总是凸凹不平的，总是有宏观和微凸凹不平的，总是有宏观和微观上的波纹观上的波纹,表面粗糙等。表面粗糙等。当两个接触面接触时，实当两个接触面接触时，实际上只有若干个小块面积相接际上只
28、有若干个小块面积相接触，而在每块小面积内，又只触，而在每块小面积内，又只有若干小的突起部分相接触，有若干小的突起部分相接触，称为接触点。称为接触点。3.2.2 接触电阻的组成接触电阻的组成 接触电阻接触电阻Rj由收缩电阻由收缩电阻Rs和表面膜电阻和表面膜电阻Rb两部两部分组成分组成 1、收缩电阻、收缩电阻第3章电气发热与计算1 在接触处，金属的实际在接触处，金属的实际截面积减小了。截面积减小了。电流在流经电接触区域电流在流经电接触区域时，从原来截面较大的导体时，从原来截面较大的导体突然转入截面很小的接触点，突然转入截面很小的接触点，电流线发生剧烈收缩现象。电流线发生剧烈收缩现象。该现象所呈现的
29、附加电该现象所呈现的附加电阻称为阻称为收缩电阻收缩电阻。第3章电气发热与计算1 因为接触点由多个组成，因为接触点由多个组成，所以整个接触面的收缩电阻所以整个接触面的收缩电阻Rs，为各个接触点收缩电阻的并联为各个接触点收缩电阻的并联值。值。整个接触面的收缩电阻整个接触面的收缩电阻Rs与材料的电阻率与材料的电阻率成正比，与材成正比，与材料硬度（料硬度（HB值）的平方根成正值）的平方根成正比，与压力比，与压力F和接触点的数目和接触点的数目n的二次方根的乘积成反比。的二次方根的乘积成反比。第3章电气发热与计算1 2、表面膜电阻、表面膜电阻 在电接触的接触面上，由于污染而覆盖着一在电接触的接触面上，由于
30、污染而覆盖着一层导电性很差的物质，这就是接触电阻的另一部层导电性很差的物质，这就是接触电阻的另一部分分表面膜电阻。表面膜电阻。表面膜电阻的类型；表面膜电阻的类型；（1 1）尘埃膜）尘埃膜 （2 2）吸附膜）吸附膜 （3 3）无机膜）无机膜 （4 4）有机膜）有机膜第3章电气发热与计算1 （1）尘埃膜：飘扬于空气中的团状微粒，）尘埃膜：飘扬于空气中的团状微粒，由于静电的吸力而覆盖于接触表面形成膜电阻。由于静电的吸力而覆盖于接触表面形成膜电阻。被吸附的微粒在外力作用下极易脱落，使接被吸附的微粒在外力作用下极易脱落，使接触重新恢复，因此其电阻值的变化是不稳定的，触重新恢复，因此其电阻值的变化是不稳定
31、的，具有随机的和统计的特点。具有随机的和统计的特点。（2）吸附膜：水分子和气体分子在接触表）吸附膜：水分子和气体分子在接触表面的吸附层。面的吸附层。其厚度仅有几个分子层。当触头间的压力在其厚度仅有几个分子层。当触头间的压力在接触面上形成很高的压强时，其厚度可以减到接触面上形成很高的压强时，其厚度可以减到12个分子层个分子层(510)，但无法用机械的办法把，但无法用机械的办法把它完全排除。因此，无论采用何种触头材料，吸它完全排除。因此，无论采用何种触头材料，吸附膜都是不可避免的。附膜都是不可避免的。第3章电气发热与计算1 （3）无机膜：电接触材料暴露于空气中时，无机膜：电接触材料暴露于空气中时，
32、由于化学腐蚀作用在金属表面形成各种金属化合由于化学腐蚀作用在金属表面形成各种金属化合物的薄膜称为无机膜。物的薄膜称为无机膜。金属和氧生成氧化膜，和金属和氧生成氧化膜，和H2S反应生成硫化反应生成硫化膜；膜；金属表面一旦暴露在大气中，便会很快生成金属表面一旦暴露在大气中，便会很快生成几微米的初期氧化膜层。几微米的初期氧化膜层。铜：铜：2-3min，镍：约，镍：约30min，铝：，铝：2-3s，其，其表面便可形成厚度约表面便可形成厚度约2m的氧化膜层。的氧化膜层。即使特别稳定的贵金属金，其表面也会形成即使特别稳定的贵金属金，其表面也会形成一层有机气体吸附膜。一层有机气体吸附膜。第3章电气发热与计算
33、1在潮湿的空气中，在电介质作用下，使不同在潮湿的空气中，在电介质作用下，使不同的金属间发生电化学腐蚀，也在金属表面积存锈的金属间发生电化学腐蚀，也在金属表面积存锈蚀物。蚀物。无机膜的形成取决于金属材料的化学和电化无机膜的形成取决于金属材料的化学和电化学性质。学性质。无机膜对电接触的破坏作用与其厚度有关，无机膜对电接触的破坏作用与其厚度有关，也和膜的性质有关。在接触压力较大，电路参数也和膜的性质有关。在接触压力较大，电路参数较高时，有些无机膜对电接触的危害并不严重。较高时，有些无机膜对电接触的危害并不严重。第3章电气发热与计算1（4）有机膜：从绝缘材料中析出的有机蒸有机膜：从绝缘材料中析出的有机
34、蒸汽，在电接触金属材料表面形成一种粉状有机聚汽，在电接触金属材料表面形成一种粉状有机聚合物，称为有机膜。合物，称为有机膜。有机膜对电接触的危害是很严重的，其阻值有机膜对电接触的危害是很严重的，其阻值可达几兆欧（可达几兆欧（M），其绝缘性能与一些无机膜），其绝缘性能与一些无机膜相似，但它们的击穿电压却是无机膜的十倍左右相似，但它们的击穿电压却是无机膜的十倍左右。因接触的导电性能取决于膜的厚度和性质。因接触的导电性能取决于膜的厚度和性质。尤其存在着较厚的有机膜时，触头间的导电性能尤其存在着较厚的有机膜时，触头间的导电性能几乎完全遭到破坏。为了恢复良好的导电性，可几乎完全遭到破坏。为了恢复良好的导电
35、性，可以利用机械力的作用以利用机械力的作用(如增加接触压力如增加接触压力)把膜压碎。把膜压碎。切换大电流的触头，可以利用因开断或闭合时伴切换大电流的触头，可以利用因开断或闭合时伴随而产生的电流热效应和电弧的烧损，使膜被破随而产生的电流热效应和电弧的烧损，使膜被破坏，不致影响接触的良好导电性能。坏，不致影响接触的良好导电性能。第3章电气发热与计算13.2.3 影响接触电阻的因素影响接触电阻的因素 电气设备的接触电阻过大时的危害：电气设备的接触电阻过大时的危害：（1）使设备的接触点发热。）使设备的接触点发热。（2）发热时间过长缩短设备的使用寿命。）发热时间过长缩短设备的使用寿命。（3）严重时可引起
36、火灾，造成经济损失。）严重时可引起火灾，造成经济损失。第3章电气发热与计算1影响接触电阻的因素影响接触电阻的因素1、触头材料（包括表面镀层材料）触头材料（包括表面镀层材料）为了防止触头冷焊，需要用硬度较高的触头为了防止触头冷焊，需要用硬度较高的触头材料，如金、银、铜、铜镀银等。为要改善接触材料，如金、银、铜、铜镀银等。为要改善接触性能，材料硬度又不宜太高。要根据实际需要来性能，材料硬度又不宜太高。要根据实际需要来选择。选择。材料的化学稳定性要好，抗污染、抗腐蚀、材料的化学稳定性要好，抗污染、抗腐蚀、抗氧化能力要强，导电性能要好，电阻率要低，抗氧化能力要强，导电性能要好，电阻率要低，以满足接触电
37、阻小而稳定的要求。以满足接触电阻小而稳定的要求。2、触头接触压力、触头接触压力 触头接触压力越大，接触面积越大，接触电触头接触压力越大，接触面积越大，接触电阻越小。但触头压力增大到一定数值时，会使触阻越小。但触头压力增大到一定数值时，会使触头的机械磨损和电磨损增大。因此，触头压力应头的机械磨损和电磨损增大。因此，触头压力应控制在适当的范围内。控制在适当的范围内。第3章电气发热与计算13、触头形状和接触形式触头形状和接触形式 接触形式与触头形状关系密切。点接触时接触形式与触头形状关系密切。点接触时接触电阻大；线接触时接触电阻要小些；面接接触电阻大；线接触时接触电阻要小些；面接触时接触电阻更小些。
38、触时接触电阻更小些。中小功率的继电器多采用线、面接触，以中小功率的继电器多采用线、面接触，以提高抗熔接、抗腐蚀能力。在小型继电器中往提高抗熔接、抗腐蚀能力。在小型继电器中往往还采用桥式接触形式和分叉的双触头接触形往还采用桥式接触形式和分叉的双触头接触形式，以适应频繁动作，提高接触可靠性。式，以适应频繁动作，提高接触可靠性。另一方面，大尺寸的触头虽然接触电阻可另一方面，大尺寸的触头虽然接触电阻可以减小，但尺寸太大既浪费材料又增大了体积以减小，但尺寸太大既浪费材料又增大了体积和重量，而且会使回跳增多和回跳时间延长，和重量，而且会使回跳增多和回跳时间延长，增大触头磨损，也降低了抗振动、抗冲击的能增大
39、触头磨损，也降低了抗振动、抗冲击的能力。力。515152525050第3章电气发热与计算1线接触线接触点接触点接触面接触面接触4949第3章电气发热与计算1桥式接触形式桥式接触形式分叉的双触头接触形式分叉的双触头接触形式4949第3章电气发热与计算14、表面粗糙度表面粗糙度 触头表面加工的粗糙度越小，实际接触点触头表面加工的粗糙度越小，实际接触点就越多，而且更不易粘附尘埃、吸附有害气体就越多，而且更不易粘附尘埃、吸附有害气体和潮气，增强了抗腐蚀的能力，同时减小了接和潮气，增强了抗腐蚀的能力，同时减小了接触电阻。触电阻。一般触头的表面粗糙度为（轮廓算术平均一般触头的表面粗糙度为（轮廓算术平均偏差
40、）偏差）Ra1.6mRa0.4m。粗糙度太小了就需。粗糙度太小了就需要抛光和研磨，抛光时使用的抛光膏的存在会要抛光和研磨，抛光时使用的抛光膏的存在会增大触头有机污染的机会，是极为不利的。粗增大触头有机污染的机会，是极为不利的。粗糙度过小也会增大冷焊的机会。糙度过小也会增大冷焊的机会。第3章电气发热与计算1 5、触头污染触头污染 触头的污染物有尘埃、潮气、纤维、有机触头的污染物有尘埃、潮气、纤维、有机气体的液体等，来自周围环境和加工工艺过程气体的液体等，来自周围环境和加工工艺过程及继电器本身的结构材料（如绝缘材料及继电器本身的结构材料（如绝缘材料)。污染是影响接触电阻的重要因素，会产生污染是影响
41、接触电阻的重要因素，会产生较大的膜电阻和化学腐蚀，增大接触电阻，降较大的膜电阻和化学腐蚀，增大接触电阻，降低触头的寿命。因此要求整洁生产和超净生产低触头的寿命。因此要求整洁生产和超净生产以减少污染。采用全密封技术或接触系统、电以减少污染。采用全密封技术或接触系统、电磁系统单独密封技术都是抗污染的措施之一。磁系统单独密封技术都是抗污染的措施之一。第3章电气发热与计算1 6、触头温度触头温度 触头表面温度的增加（包括环境温度和触触头表面温度的增加（包括环境温度和触头本身温度的增加），会使其表面状况、接触头本身温度的增加），会使其表面状况、接触面积都发生变化。面积都发生变化。在触头压力不变的情况下，
42、温度升高会使在触头压力不变的情况下，温度升高会使金属的电阻率增大，因此接触电阻增大。温度金属的电阻率增大，因此接触电阻增大。温度升高到一定程度时，会使触头软化，接触面积升高到一定程度时，会使触头软化，接触面积增大，接触电阻下降。增大，接触电阻下降。温度升高会加剧触头金属氧化和化学腐蚀，温度升高会加剧触头金属氧化和化学腐蚀，不利于工作的稳定和可靠。不利于工作的稳定和可靠。改善散热条件的措施有：充入高压气体或改善散热条件的措施有：充入高压气体或罩壳涂黑。罩壳涂黑。第3章电气发热与计算13.3.1 电器的温升电器的温升 电器在运行的过程中，如果产生过高的热量，电器在运行的过程中，如果产生过高的热量，
43、将严重地影响电器的安全使用和使用寿命，严重将严重地影响电器的安全使用和使用寿命，严重的还会引起火灾。的还会引起火灾。温升：是指电器运行中自身温度与工作环境温升：是指电器运行中自身温度与工作环境温度之差。温度之差。极限允许温升：是指电器在正常工作条件下极限允许温升：是指电器在正常工作条件下的极限允许温度与工作环境温度之差。的极限允许温度与工作环境温度之差。3.3 3.3 电器的允许温升及散热电器的允许温升及散热第3章电气发热与计算13.3.2 3.3.2 电器的发热与散热平衡规律电器的发热与散热平衡规律1、发热、发热电器中的热源主要来自三个方面：电器中的热源主要来自三个方面：交流电器的导体中产生
44、的电阻损耗：交流电器的导体中产生的电阻损耗：交流电器的铁磁物质内产生的涡流和磁滞损耗：交流电器的铁磁物质内产生的涡流和磁滞损耗：交流电器绝缘体内产生的介质损耗：交流电器绝缘体内产生的介质损耗：第3章电气发热与计算1热传导热传导热辐射热辐射热对流热对流2、散热、散热 如果散热条件被破坏，将导致电器自身的如果散热条件被破坏，将导致电器自身的温度过高，轻则损坏绝缘，重则可能烧毁电器，温度过高，轻则损坏绝缘，重则可能烧毁电器，甚至引起火灾。甚至引起火灾。第3章电气发热与计算1 3、稳态温升、稳态温升 正常工作的电器，经过一段时间后，发热正常工作的电器，经过一段时间后，发热与散热总会趋于平衡，此时的温升
45、称为稳态温与散热总会趋于平衡，此时的温升称为稳态温升。升。（牛顿公式）（牛顿公式）一般指发热体表面的平均温升，一般指发热体表面的平均温升，也是电器发热、散热平衡以后的也是电器发热、散热平衡以后的稳态温升。稳态温升。KT：综合表面散热系数。：综合表面散热系数。S：有效散热面积。：有效散热面积。第3章电气发热与计算1 （1）导体的发热与直径的平方成正比，而散）导体的发热与直径的平方成正比，而散热却与直径一次方成正比。热却与直径一次方成正比。在相同电流密度下，导体直径越大，则温升在相同电流密度下，导体直径越大，则温升越高。为了保证导体温度不超过允许值，导体直越高。为了保证导体温度不超过允许值，导体直
46、径越大，则允许通过的电流密度就必须越小。径越大，则允许通过的电流密度就必须越小。载流导线的稳态温升：载流导线的稳态温升：第3章电气发热与计算1 （2）温升与导）温升与导体的有效散热面积成体的有效散热面积成反比，故在大电流时反比，故在大电流时常采用扁平的矩形导常采用扁平的矩形导体或采用多根导体绞体或采用多根导体绞合并联，以增加导体合并联，以增加导体的散热面积。的散热面积。载流导体的稳态温升：载流导体的稳态温升：第3章电气发热与计算13.3.3 3.3.3 绝缘损伤绝缘损伤 有绝缘层保护的导线或导电部件，如果绝有绝缘层保护的导线或导电部件，如果绝缘层遭到破坏或绝缘性能降低，就会有不同程缘层遭到破坏
47、或绝缘性能降低，就会有不同程度的漏电，甚至发生短路，造成严重的损失。度的漏电，甚至发生短路，造成严重的损失。对导体绝缘的要求，除了增进绝缘本身性对导体绝缘的要求，除了增进绝缘本身性能外，还应针对绝缘层损坏的各种因素和形式，能外，还应针对绝缘层损坏的各种因素和形式，采取相应的防范措施，使其安全可靠的运行。采取相应的防范措施，使其安全可靠的运行。绝缘损坏的形式：老化、击穿和机械损伤。绝缘损坏的形式：老化、击穿和机械损伤。第3章电气发热与计算11 1、老化、老化 绝缘材料在应用过程中，受各种因素的长绝缘材料在应用过程中，受各种因素的长期作用，会产生一系列缓慢的物理、化学变化，期作用，会产生一系列缓慢
48、的物理、化学变化，从而导致其电性能和机械性能的恶化，称为老从而导致其电性能和机械性能的恶化，称为老化。化。影响绝缘材料老化的因素有：光、电、热、影响绝缘材料老化的因素有：光、电、热、氧化、辐射、微生物等等。氧化、辐射、微生物等等。电老化、热老化、氧化老化、湿度老化、电老化、热老化、氧化老化、湿度老化、光老化、微生物老化光老化、微生物老化 老化过程非常复杂，其机理也随使用条件老化过程非常复杂，其机理也随使用条件的不同而不同。的不同而不同。第3章电气发热与计算1化学名词：化学名词：裂解裂解 (降解降解)：通常泛指高分子化合物在：通常泛指高分子化合物在物理因素物理因素(如热紫外线高能辐射机械力如热紫
49、外线高能辐射机械力)和和化学因素化学因素(如氧臭氧腐蚀性介质和化学药物如氧臭氧腐蚀性介质和化学药物)作用下转变成低分子化合物的过程，其中包括分作用下转变成低分子化合物的过程，其中包括分子链的断裂。子链的断裂。高分子裂解的形式是多种多样的，如热裂解、高分子裂解的形式是多种多样的，如热裂解、力裂解光裂解高能辐射裂解氧化裂解、生力裂解光裂解高能辐射裂解氧化裂解、生物裂解化学药物裂解等。物裂解化学药物裂解等。解聚：指采用化学方法解聚：指采用化学方法(如酸解或碱解如酸解或碱解)或或酶学方法使由共价键结合的高聚物酶学方法使由共价键结合的高聚物(如核酸、蛋如核酸、蛋白质、多糖等白质、多糖等)降解成低聚物和降
50、解成低聚物和/或单体的反应。或单体的反应。第3章电气发热与计算1 （1）电老化）电老化 绝缘材料在高压电器设备中，因高电场强绝缘材料在高压电器设备中，因高电场强度造成电离而产生的老化属于电老化。度造成电离而产生的老化属于电老化。典型的电老化机理：典型的电老化机理：1)局部放电时产生臭氧，臭氧是一种强氧局部放电时产生臭氧，臭氧是一种强氧化剂，最易与大分子链的双键起加成反应，在化剂，最易与大分子链的双键起加成反应，在加成反应过程中使碳碳键断裂。因此很容易使加成反应过程中使碳碳键断裂。因此很容易使材料发生臭氧裂解。材料发生臭氧裂解。2)局部放电产生氯的氧化物，它与潮气结局部放电产生氯的氧化物，它与潮
