導(dǎo)體載流能力計(jì)算
導(dǎo)體的載流能力由兩部分組成,穩(wěn)定電流的載流能力和有電流沖擊時(shí)的載流能力。
下面的這張圖即為載流能力曲線。橫軸為時(shí)間,縱軸為電流,在曲線的后半平直段,即為導(dǎo)體能通過的穩(wěn)恒電流的允許值,前半段為對(duì)數(shù)關(guān)系的斜線可以看到在不同的時(shí)間長(zhǎng)度下可以允許的電流最大值, 比如可以允許2000A的沖擊電流通過導(dǎo)體1s,時(shí)間多了不行,電流大了也不行。這給我們?cè)O(shè)計(jì)選排提供了依據(jù),所有的工作電流情況都需要在這條曲線以下,否則需要選擇更大的截面的導(dǎo)體。

那這條曲線是如何得到的呢,為了便于理解,下面將分兩個(gè)部分來闡述:
1. 導(dǎo)體穩(wěn)定電流載流能力
2. 有電流沖擊時(shí)的載流能力
這兩部分分別代表了曲線的斜線和直線兩部分。
第一部分:穩(wěn)定電流載流能力
對(duì)于目前分析的一段導(dǎo)體來說,導(dǎo)體通過電流后產(chǎn)生熱量,熱量通過對(duì)流和輻射向外界耗散熱量,當(dāng)產(chǎn)生的熱量等于耗散的熱量時(shí),導(dǎo)體的溫度不再發(fā)生變化,此時(shí)的導(dǎo)體溫度即為在通過特定電流下的導(dǎo)體溫升。
導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量很好計(jì)算,如果是直流電的話就是I^2*R,對(duì)于平直的排交流電也有經(jīng)驗(yàn)乘數(shù)來反映肌膚效應(yīng),此處不做詳細(xì)討論。耗散的熱量主要有兩塊,對(duì)流和輻射,可以由換熱系數(shù)h來進(jìn)行衡量,換熱系數(shù)和導(dǎo)體特征長(zhǎng)度、所處環(huán)境、本身溫度等很多因素有關(guān),一般自然對(duì)流的換熱系數(shù)在10~20w/m^2K之間,當(dāng)然此參數(shù)也可進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算,此文重點(diǎn)不在這里,不做詳細(xì)討論。通過換熱系數(shù)的單位w/m^2-K可以看出,這個(gè)參數(shù)表達(dá)的意思為單位面積下,物體溫度高于環(huán)境溫度1k時(shí),向外界傳輸?shù)臒峁β省?梢缘玫较率?/p>


I:電流 R:電阻 h:換熱系數(shù) A:換熱面積 Tc:導(dǎo)體溫升 T∞:環(huán)境溫度
在上式中,左邊為電流產(chǎn)生的熱量,右邊為導(dǎo)體耗散的熱量,兩者相等時(shí)Tc達(dá)到穩(wěn)定。如果已知Tc,只有電流I為未知,以上式就可以得到導(dǎo)體的最大載流能力,也就是曲線的平直部分的數(shù)值。
在附件中提供了計(jì)算表格,包含兩個(gè)部分的計(jì)算,可以使用表格對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改即時(shí)得到數(shù)據(jù),比如不是50mm^2的導(dǎo)體,而是80mm^2的導(dǎo)體,將表格里面的50改為80后可以即刻得到一組新的數(shù)據(jù)和曲線。

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第二部分: 有電流沖擊時(shí)的載流能力/計(jì)算表格
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