电力设备的电子保护.pptx

电气设备的电子保护技术上海交通大学

第一章电气设备的过负荷特性及其保护

设电流I流过导体D(D的等效电阻为R),发热量Q1: Q1=I2R (1-1)则D由温度T0上升为T,温升为?,设D的热阻为RT(℃/w),则D向周围散热Q2: Q2=(T-T0)/RT=?/RT (1-2)设D的热容量为C(J/℃)，则D在温升未达稳态时热平衡方程为：(1-3)当Q1=Q2，D温升?(I,t)达到稳态?∞(I)，此时：?∞(I)=Q1RT=I2RRT结论：电气设备的最终温升与发热量和热阻成正比，与散热系数成反比。

将?∞(I)=I2RRT带入式(1-3),热平衡方程可改写成：(1-4)设t=0时D的初始温升为?0，则有：(1-5)

电气设备允许温升倍数?： ?=极限温升?m/额定温升?n电气设备允许过负荷倍数?： ?=实际电流I/额定电流In电气设备初始温升系数?： ?=初始温升?0/额定温升?n1、则电气设备通过电流I时（从t=0时起），允许的过负荷时间可表示为：2、冷态过负荷时间tac：?=0时（t=0时，I=0）3、热态过负荷时间tah：?=1时（t=0时，I=In）极限温升?m：取决于绝缘材料允许温升。额定温升?n和初始温升?0：可以通过测量得到。

允许过负荷运行时间中国20min3min3s,5s,8s,15sIEC/VDE2h2min2s(轻载)5s(重载)

1、过负荷运行的危害虽然电气设备的极限温升都大于额定温升，过负荷造成的过热危害极大，经验表明：电气设备长期在额定温升以上运行，平均每高11℃，设备寿命减半。2、过负荷保护方法：（1）直接温度保护：将温度传感器预埋在设备内最高温度区域（2）间接电流保护：不用埋设温度传感器，通过测量电流来实施保护，可以与断相、短路保护同时进行，使用方便。

间接电流保护01定时限保护02分段定时限保护03反时限保护04可变时限保护

一、常用过负荷保护的温度传感器的要求：1、响应时间快（小于1s）2、线形度要求不高（温度整定值附近测量误差5%以内即可）3、测温范围不超过250℃。二、常用温度传感器的种类半导体热敏电阻:符合上述要求负温度系数热敏电阻（NTC）正温度系数热敏电阻（PTC）CTRPN结温度传感器:符合上述要求热电偶:符合上述要求金属热电阻:响应时间长(1-60s),不符合

特点电阻温度特性：指数关系，线性度差，互换性差时间常数（热容量*热阻）：1s，比Pt和热电偶快灵敏度：高，比Pt和热电偶高10倍测温范围：-20℃-+250℃种类NTC：负温度系数PTC：正温度系数CTR：负温度系数突变

利用热电效应将温度直接转换为电势，应用广泛。工作原理：将两种不同材料的金属导体串接成闭合回路，当两个结点处于不同温度即“热端T≠冷端T0”时，导体在回路中产生与两结点有关的温差热电势的现象，称为温差电效应（塞贝克效应）。结论:同种材料不产生热电势；两种材料若无温差也不产生热电势。

EAB(T,T0)=α(T-T0)+β(T-T0)2+……EAB(T,T0)——由A,B两种材料组成的热电偶，结点温度为T,T0时的热电势。α，β…——多项式系数，对于A,B材料一定时为一常量。在一定温度范围内：上式可近似为：EAB(T,T0)=K(T-T0)——与温差成正比当T0＝0时，则EAB(T,T0)=KT——温度直接转换成电势030201050406

热电偶基本定律当热电偶回路中插入第三种导体C时，只要保证导体C两端的温度相等，连C与否对电势无影响。C可换为仪表或测量电路。中间温度定律：EAB(T,0)=EAB(T,T0)+EAB(T0,0)主要解决冷端温度补偿。EAB(T,T0)为输出,可测量;通过其它方法测量冷端温度T0，查分度表得到EAB(T0,0)，即得到EAB(T,0)，再查分度表可得热端温度T。中间导体定律：匀质导体定律：由同一种匀质导体组成的闭合回路，不论导体的截面积和长度如何，也不论各处的温度分布如何，都不能产生热电势。

分度号：国标规定的热偶的类型，共8种分度号,用S,R,B,K,E,J,T,N代表。分度表：热电势E(T,0)与温度T的关系表格,国家/国际标准分度表是用表格的方式列出每种分度号在冷端温度为0度时,温度与热电动势的对应关系。允许误差：热电偶的热电势?温度关系对分度表的最大偏差。根据允许误差将热电偶分为1、2、3级。测量范围不同材料的热电偶，有不同的使用温度极限，最高可达1700℃。（详见后）热响应