2. 电力设备发热机理与热源分析
电力设备在运行中发热，本质上都是能量转换过程中不可避免的损耗以热量形式释放。要判断一台设备是否“热得正常”，必须先弄清热量从哪里来、集中在什么位置、随负载和时间如何变化。本节围绕四类主要热源展开：电阻损耗、介质损耗、铁磁损耗和接触电阻异常，并说明它们各自的产生原理与典型分布特征。
一、电阻损耗：电流通过导体时的焦耳热
电阻损耗是最基础、最普遍的热源。当电流 I 通过电阻为 R 的导体时，功率损耗为 P = I²R。由于电流是平方项，负载升高时损耗增长很快。例如某载流回路导体直流电阻为 80 μΩ，通过 1000 A 电流时，损耗约为 80 W；若电流升至 1500 A，损耗则升至约 180 W，增加一倍以上。这说明电阻损耗对负荷变化非常敏感。
电阻损耗的分布特征与导体结构有关。对于母线、电缆和绕组，热量沿导体长度近似均匀产生，但散热条件不同：接头、端子、穿墙套管等部位散热较差，容易形成局部温升高点。此外，交流电流还存在集肤效应和邻近效应，使有效电阻略大于直流电阻，频率越高、导体截面越大，这种差异越明显。因此，在分析大截面母线或大电流回路时，不能简单用直流电阻代替交流有效电阻。
二、介质损耗：绝缘材料在电场作用下的能量耗散
介质损耗发生在绝缘介质内部。在交变电场作用下，介质中的偶极子反复转向、离子发生位移，部分电能不可逆地转化为热。其大小可用介质损耗角正切 tanδ 表征，损耗功率近似为 P = U²ωCtanδ。可见，介质损耗与电压平方、频率、电容和 tanδ 成正比。
介质损耗的分布通常集中在电场强度高、绝缘材料体积大的区域，例如电容型套管的电容芯子、电缆主绝缘、互感器绝缘和变压器绕组绝缘。与电阻损耗不同，介质损耗对负载电流不敏感，而对电压和绝缘状态敏感。当绝缘受潮、老化或存在局部缺陷时，tanδ 会明显增大，损耗上升并进一步加速劣化，形成正反馈。因此，介质损耗既是热源，也是绝缘状态的重要指示量。
三、铁磁损耗：磁滞损耗与涡流损耗
铁磁损耗出现在变压器铁心、电抗器铁心、电机定转子铁心等磁性材料中，由磁滞损耗和涡流损耗两部分组成。磁滞损耗源于材料磁化过程中磁畴反复翻转消耗能量，与频率和磁滞回线面积有关；涡流损耗源于交变磁场在铁心中感应出的环流，与频率平方、磁通密度平方及材料厚度有关。工程上常用硅钢片叠压、涂绝缘漆、采用取向硅钢和非晶合金等措施降低铁磁损耗。
铁磁损耗的分布集中在铁心柱、铁轭和接缝区域。正常运行时，铁心损耗相对稳定，主要随电压和频率变化。若铁心出现多点接地、片间短路或局部过热，涡流路径改变，会在故障点附近形成明显局部温升。因此，铁心温度分布是否均匀，是判断铁磁损耗是否正常的重要依据。
四、接触电阻异常：接头与触头处的集中热源
接触电阻异常是电力设备热故障中最常见、也最危险的一类。导体连接处并非理想面接触，而是由许多微小凸点接触，实际接触面积远小于名义面积，电流线收缩，形成收缩电阻；同时，接触面氧化、硫化、污染或腐蚀会生成高电阻膜，形成膜电阻。两者之和即接触电阻。接触电阻上的损耗同样满足 P = I²Rc，但热量集中在很小的体积内，散热路径短、热容小，因此温升上升快、梯度陡。
接触电阻异常的典型诱因包括：螺栓松动导致接触压力下降、接触面氧化、铜铝过渡腐蚀、触头磨损或电弧烧蚀、异物进入等。其分布特征非常鲜明：热点集中在接头、线夹、隔离开关触头、断路器梅花触头、电缆终端等连接部位，且往往呈现“点状”或“环状”高温区。与电阻损耗的均匀分布不同，接触电阻异常是典型的局部集中热源，红外热像中常表现为明显亮斑。
五、四类热源的对比与现场判断思路
把四类热源放在一起看，可以发现它们在“对什么敏感”和“热在哪里”两个维度上差异明显。电阻损耗对负载电流最敏感，温升沿导体较为均匀；介质损耗对电压和绝缘状态最敏感，热量分布在绝缘体积内；铁磁损耗对电压、频率和铁心材料状态敏感，集中在铁心磁路；接触电阻异常则对接触状态最敏感，热点高度局部化。
现场判断时，可以先看热点的空间形态：如果整条母线或整相绕组普遍偏高，优先怀疑电阻损耗或负载问题；如果某接头出现明显亮斑且温差超过 10 K，应优先排查接触电阻异常；如果铁心表面温度不均、局部偏高，需检查铁心接地和片间绝缘；如果套管或电缆终端整体温度随电压升高而上升，则应关注介质损耗和绝缘受潮。需要强调的是，温升是热源、散热和环境的综合结果，同一热源在不同散热条件下表现不同，因此判断时必须结合负荷、环境温度、风速和同类设备对比，不能只看绝对温度。
六、教学示例：某 10 kV 开关柜接头热像分析
假设某 10 kV 开关柜出线侧 A 相电缆终端接头在红外测温中显示 78 ℃，同柜 B、C 相相同位置为 52 ℃，环境温度 30 ℃，当时负载电流 420 A。A 相相对温差为 (78−52)/(78−30) ≈ 54%，已超过一般注意值。结合该接头结构，可初步判断为接触电阻异常。进一步停电检查发现螺栓力矩不足、接触面有轻微氧化。处理后复测，A 相温度降至 54 ℃，与 B、C 相基本一致。这个示例说明：接触电阻异常的热像特征、相对温差计算和停电验证，构成了一个完整的判断闭环。
综上，电阻损耗、介质损耗、铁磁损耗和接触电阻异常分别对应不同的物理机制和分布规律。掌握它们的产生原理与分布特征，是后续温升监测、阈值设定和热故障诊断的基础。实际工作中，应把热源类型、负载条件、散热环境和历史趋势结合起来分析，才能准确判断设备是否处于正常热状态。