電氣設備的發(fā)熱不僅會影響設備的電氣特性，同時還會危及設備絕緣的安全，生產中的許多電氣事故都是由發(fā)熱引起的，因此，解決此類問題的關鍵就是研究設備產生發(fā)熱的機理。

目前，在電氣設備的紅外測溫研究中，對發(fā)熱故障的診斷，是基于電流型故障致熱和電壓型故障致熱原理進行歸類分析的，但電力生產實踐中，設備故障致熱的原因有很多、產生情況又比較復雜，若把設備發(fā)熱僅僅歸為某一類型致熱進行分析，往往不能從根本上解釋清楚。

作者從功率損耗致熱的角度，針對生產中的各種發(fā)熱問題進行歸納分析，可以徹底解釋不同類型設備發(fā)熱的內在原因，從而為生產人員處理設備發(fā)熱提出參考的理論基礎。

電氣設備可靠工作需要兩個基本條件：一是電氣回路連接正確、導通完好；二是絕緣材料電氣強度滿足工作要求。而電氣設備在工作過程中，其電氣回路和絕緣材料都會存在發(fā)熱現(xiàn)象，發(fā)熱過大往往又會影響電氣設備的安全工作。一方面，設備發(fā)熱會造成電氣設備電氣運行特性的改變，甚至燒毀電路；另一方面，發(fā)熱還會引起絕緣部分電氣強度降低，進而引發(fā)放電事故。

電氣設備的發(fā)熱從本質上講，是電能有功損耗的一種表現(xiàn)，電氣設備的工作條件不同，產生有功損耗的機理就不相同，因此，研究電氣設備發(fā)熱歸根到底就是分析電能有功損耗產生的過程。在生產實踐中，根據(jù)功率損耗產生的機理歸類分析，電氣設備的發(fā)熱原因就能清晰可判，從而采取對應的處理措施。

電導損耗致熱型

1導體電導損耗致熱

對通電導體，電導損耗的增加是致熱的主要原因。當導體回路在導體連接部位出現(xiàn)松動、接觸不良時，其接觸電阻就會增大，由于這種電阻的增大不會引起電路電流大的改變，所以，根據(jù)電功率的計算公式P=I2R及圖1-1可知，當電阻增加時，在導體連接部位出現(xiàn)的電導損耗就會增加，使損耗產生的熱量和散出的熱量不再平衡，從而引起導體局部溫度的升高，嚴重時會燒熔或燒斷導體。

1-1導體電導簡化等值電路

在電力生產中，隔離刀閘動靜觸頭之間的發(fā)熱和變壓器出線連接板的發(fā)熱等，就是由于觸頭氧化、接觸不良等原因引起電阻增大，從而使電導損耗增大致熱的典型實例。因此，電氣試驗中規(guī)程就要求測量此類設備的直流電阻，以判斷導電回路電阻是否符合發(fā)熱要求；針對外露的導體連接部位，生產中還可以通過紅外測溫儀直接進行測溫判斷。

2絕緣介質電導損耗致熱

絕緣介質在電場中產生損耗的途徑有多種，絕緣介質發(fā)熱是多種損耗共同作用的結果，每一種類型的損耗在一定的條件下，都有可能成為致熱的主要損耗。根據(jù)絕緣介質的簡化等值電路1-2可知，電導損耗P=IR2R是絕緣介質總損耗中的其中之一。

1-2絕緣材料簡化等值電路

電力生產實踐中，在變壓器絕緣整體嚴重受潮、避雷器和絕緣子表面嚴重污穢、受潮情況下，此時電導損耗是造成絕緣介質發(fā)熱的主要因素，其電導損耗可由公式P=U2/R進行解釋：絕緣下降引起絕緣電阻R減小，而電壓不變，此時損耗自然增加。若在絕緣介質干燥、潔凈情況下發(fā)熱，由于電導電流很小，此時影響發(fā)熱的主要因素就不是電導損耗。

極化損耗致熱型

絕緣介質在交變電場中會發(fā)生極化現(xiàn)象，即絕緣介質兩端對外表現(xiàn)出一定的正負電極性，常見的極化形式有畸變極化、位移極化和轉向極化。在完成極化的過程中，介質分子在外界電場作用下，要克服分子間作用力和轉動時的摩擦力而消耗電能，這些消耗的電能就是極化損耗，對外表現(xiàn)為絕緣介質出現(xiàn)發(fā)熱。極化損耗致熱只存在于絕緣介質中，金屬導體發(fā)熱損耗中不存在極化損耗。

絕緣介質的極化損耗與電源的頻率有關，頻率越高，單位時間內完成的極化次數(shù)越多，極化損耗就越大，發(fā)熱就越明顯。電力生產中，絕緣介質多處在工頻50Hz的低頻電場中，絕緣良好情況下，盡管絕緣介質的主要損耗是極化損耗。

但是，單一形式的極化損耗致熱不會超過設備工作允許的溫度范圍。極化損耗是致熱的損耗之一，絕大多數(shù)情況下不是主要致熱因素，生產中，只有絕緣介質在潔凈、干燥且嚴重老化情況下的發(fā)熱，極化損耗致熱才是主要因素。

電離損耗致熱型

絕緣介質的原子在電場作用下，部分原子變?yōu)殡姾蓵r釋放原子能量，此能量就是電離損耗，這種能量損耗的實質仍然是消耗外界的電場能，電離損耗作用的結果依然是造成絕緣介質發(fā)熱。

電離損耗是外界強電場作用的結果，根據(jù)近似公式E=U/d（E：電場強度；U：電壓；d：絕緣間距）可知：只要改變絕緣間距d的大小，無論在高壓下或低壓下都可能產生強電場。只要在強電場作用下，絕緣介質產生的主要損耗一定是電離損耗。

絕緣介質在強電場作用下，原子電離的速度很快，短時間內產生的大量電離損耗就會使絕緣介質溫度上升很高，因此，電離損耗致熱是各種損耗致熱中最危險的一種情況。

電離現(xiàn)象和電導現(xiàn)象本質區(qū)別是，當電離現(xiàn)象較強時，電導電流較??；而當電導現(xiàn)象較強時，電離過程就較弱。生產中的電暈現(xiàn)象就是局部畸變強電場產生電離損耗的典型實例：當空氣發(fā)生電暈現(xiàn)象時，空氣電導電流幾乎為零，電極附近的空氣卻局部高溫，其原因就是電離損耗致熱的緣故。

電暈放電發(fā)展的最高階段是絕緣擊穿，形成電弧，此時的電離損耗來自正負電荷復合過程中產生的光子能，巨大的光子能量會使絕緣介質溫度快速上升，超過絕緣介質極限承受能力，引起設備爆炸。

在生產實踐中，只要是絕緣材料處在極不均勻電場中出現(xiàn)的局部發(fā)熱，往往都是電離損耗致熱結果，典型實例：穿墻套管法蘭附近電場較強，因此法蘭周圍的瓷瓶就容易發(fā)熱；線路絕緣子串兩端所處的電場較強，因此發(fā)熱絕緣子往往也都出現(xiàn)在絕緣子串的兩端。

渦流損耗致熱型

對導體而言，交變的磁場總是能在導體內部產生無數(shù)的“同心”環(huán)流，這些環(huán)流在導體上產生的損耗就是渦流損耗。渦流損耗的大小與磁場的變化方式、導體的運動、導體的幾何形狀、導體的磁導率和電導率等因素有關。

硅鋼片既是良好的導磁材料，同時又是導體，因此，變壓器鐵芯的損耗成分中就包含有渦流損耗，渦流損耗消耗的是電能，表現(xiàn)形式仍為發(fā)熱。生產實踐中，變壓器鐵芯采用減小硅鋼片的單個體積、保證硅鋼片的片間絕緣都是為了減小變壓器鐵芯的渦流損耗。另外，全連式分相封閉母線的外殼，采用把三相外殼連接在一起的目的，就是讓三相磁場在封閉外殼中相互抵消，減少外殼渦流損耗的產生。

磁滯損耗致熱型

磁滯現(xiàn)象是指鐵磁材料的磁性狀態(tài)變化時，磁化強度滯后于磁場強度，它的磁通密度B與磁場強度H之間呈現(xiàn)磁滯回線關系，經(jīng)過一次循環(huán)，每單位體積鐵心中的磁滯損耗等于磁滯回線的面積，這部分能量轉化為熱能，使設備升溫。磁滯損耗就是鐵磁材料在磁化過程中由磁滯現(xiàn)象引起的能量損耗。

磁滯損耗致熱只存在于鐵磁性物質中，一般情況下，鐵磁性物質同時又是導電體，所以，鐵磁性物質存在磁滯損耗同時往往還伴隨有渦流損耗，單純的磁滯損耗并不存在，但以磁滯損耗為主的致熱現(xiàn)象生產中也并不少見，如變壓器上下大蓋的緊固螺栓，有時就會因為變壓器漏磁而引起發(fā)熱，其主要原因就是磁滯損耗致熱。

復合損耗致熱型

1絕緣介質復合損耗致熱型

生產實踐中，絕緣材料的發(fā)熱往往都是各種損耗共同致熱的結果，在不同的發(fā)展過程中某種損耗所占的主導位置隨時間而改變，所以此類致熱稱為復合損耗致熱，其損耗產生形式可表示為：極化損耗+電導損耗+電離損耗。

如絕緣子污閃致熱：絕緣良好初期，致熱損耗主要是極化損耗；存在絕緣污穢、電導發(fā)展初期，致熱損耗是極化損耗和電導損耗，但電導損耗較大；污閃開始形成期，致熱損耗是極化損耗、電導損耗和電離損耗，但電離損耗較大，三種損耗共同作用造成絕緣表面嚴重發(fā)熱。

2磁導體復合損耗致熱型

磁導體的發(fā)熱，其發(fā)熱損耗形式可表示為：磁滯損耗+渦流損耗。對于強磁性材料的發(fā)熱，如硅鋼片，致熱損耗主要以磁滯損耗為主；對于弱磁性材料的發(fā)熱，如鑄鐵，致熱損耗主要以渦流損耗為主。

生產中，大型變壓器油箱內壁采用磁屏蔽結構，就是為了減少變壓器油箱的漏磁發(fā)熱。由于變壓器油箱為整體鑄鐵金屬結構，所以當變壓器磁屏蔽破壞后，油箱的渦流損耗和磁滯損耗共同造成變壓器油箱局部發(fā)熱，但渦流損耗為主要致熱因素。

結論

通過上述對設備發(fā)熱機理的探析與研究，利用能量損耗的原理可對生產中設備發(fā)熱原因總結出以下幾點判斷原則：

（1）對于金屬連接部位的發(fā)熱，如開關、刀閘和繞組類的接頭部位，均可用電導損耗致熱原理進行分析。

（2））對于絕緣材料老化類的發(fā)熱，由于其絕緣性能、電氣性能和物理性能均發(fā)生劣化，因此可以用極化損耗致熱原理進行分析。

（3）對于鋼構、硅鋼片等磁性材料的發(fā)熱，可以用磁導體復合損耗致熱原理進行分析，如變壓器鐵芯的發(fā)熱。

（4）對于純金屬屏蔽外殼類發(fā)熱，可以用渦流損耗致熱原理進行分析，如變壓器金屬外殼的漏磁發(fā)熱。

（5）對于由強電場引起的絕緣材料發(fā)熱，可以用電離損耗致熱原理進行分析，如多股導線散股后的發(fā)熱現(xiàn)象，就是由于導線變細、電場畸變后造成導線周圍電暈放電、引起電離損耗增加的緣故。

（6）對于由多種損耗引起的絕緣復合致熱，應結合發(fā)熱具體情況進行分析：高電壓下以電離損耗致熱為主，低電壓下以電導損耗致熱為主；絕緣干燥情況下，電離損耗致熱為主，絕緣潮污下，電導損耗致熱為主。
責任編輯人：CC