開關(guān)柜短路電流的電動力效應(yīng)與熱效應(yīng)

開關(guān)柜短路電流的電動力效應(yīng)與熱效應(yīng)第1頁/共32頁短路概述短路的危害第2頁/共32頁短路電流的效應(yīng)供配電系統(tǒng)發(fā)生短路時，短路電流非常大。短路電流通過導(dǎo)體或電氣設(shè)備，會產(chǎn)生很大的電動力和產(chǎn)生很高的溫度，稱為短路的電動力效應(yīng)和熱效應(yīng)。電氣設(shè)備和導(dǎo)體應(yīng)能承受這兩種效應(yīng)的作用，滿足動、熱穩(wěn)定的要求。短路電流的電動力效應(yīng)通電導(dǎo)體的周圍有磁場存在，而磁場對通電導(dǎo)體又有作用力。因此，兩個或幾個相互有電磁耦合的導(dǎo)體之間必有相互作用的力，我們把載流導(dǎo)體之間的這種作用力稱為“電動力”（Shortcircuitforces）。正常工作時電流不大，電動力很小。短路時，特別是短路沖擊電流流過瞬間，產(chǎn)生的電動力最大。3.電動力大小的計算及方向判定第3頁/共32頁TwoantiparallelcurrentsFFF=μ0/4πx2xL/axI1xI2aLI1I2由此可見，電動力的大小與導(dǎo)體間的相互位置以及通過它們的電流大小有關(guān)。第4頁/共32頁TwoparallelcurrentsI1I2FFF=μ0/4πx2xL/axI1xI2L第5頁/共32頁Calculationexample,(anti)parallelcurrentsF=μ0/4πx2xL/axI1xI2L=0.4ma=0.1mμ0=4xπx10-7H/m(PermeabilityofFreeSpace)

(真空磁導(dǎo)率:亨利每米,它與真空介電常數(shù)ε0乘積的開方的倒數(shù)等于真空光速。光速沒有經(jīng)過特殊定義，在國際單位之中，它本身的數(shù)值“在數(shù)學上”沒有任何特殊之處——299792458米每秒。同樣，真空介電常數(shù)“在數(shù)學上”也沒有任何特殊之處：8.854187×10^-12牛頓每平方安培。

c2

ε0μ0=1

)I1=I2=50000AF=2000N[I]=kAgivessimplifiedF=0.2xL/axI1xI2

N第6頁/共32頁”Tulip”contactI1I2FFfffff=μ0/4πx2xL/axI1xI2第7頁/共32頁BusbarcornerIIIFF第8頁/共32頁ApparatustruckIF第9頁/共32頁MakingcurrentwithEarthingswitchfedfrombelowFfI第10頁/共32頁MakingcurrentwithEarthingswitchfedfromabovefFI第11頁/共32頁開關(guān)柜中的電動力效應(yīng)開關(guān)柜中的導(dǎo)電部分是由多個導(dǎo)體構(gòu)成的，當導(dǎo)體中有電流流過時，各導(dǎo)體之間就有電動力的作用。三相交流電動力---同一瞬間三相電流各不相同，一相導(dǎo)體所受的電動力可以認為是其它兩相電流單獨作用的疊加。導(dǎo)體截面形狀對電動力的影響---引入與導(dǎo)體截面尺寸及導(dǎo)體間距離有關(guān)的修正系數(shù)Kf.第12頁/共32頁開關(guān)柜中的電動力效應(yīng)兩平行載流導(dǎo)體間的電動力第13頁/共32頁開關(guān)柜中的電動力效應(yīng)第14頁/共32頁開關(guān)柜中的電動力效應(yīng)第15頁/共32頁開關(guān)柜中的電動力效應(yīng)三相平行載流導(dǎo)體間的電動力Im為線電流幅值第16頁/共32頁開關(guān)柜中的電動力效應(yīng)第17頁/共32頁短路時電動力對于開關(guān)柜的影響當主回路發(fā)生短路時，載流導(dǎo)體將受到很大電動力。第18頁/共32頁短路動穩(wěn)定度的校驗?zāi)康亩搪穭臃€(wěn)定度校驗的目的是當主回路發(fā)生短路時，載流導(dǎo)體應(yīng)具備足夠的機械強度承受電動力的作用而不致?lián)p壞。即應(yīng)滿足σxu>σ 式中σ－短路時導(dǎo)體產(chǎn)生的總機械力

σxu－導(dǎo)體材料的允許應(yīng)力

第19頁/共32頁短路動穩(wěn)定度的校驗對象短路動穩(wěn)定度校驗的對象---載流導(dǎo)體，包括母線（銅排、主母線），支撐絕緣子和連接螺栓。一般最先發(fā)生破壞的是支撐絕緣子，

12kVKUVAG絕緣子彎曲破壞力為7.5kN 40.5kVKUVAG絕緣子彎曲破壞力為10kN40kA,50kA系統(tǒng)中開關(guān)柜的柜寬不小于800mm。第20頁/共32頁短路電流的熱效應(yīng)導(dǎo)體通過正常負荷電流時，由于導(dǎo)體具有電阻，就要產(chǎn)生電能損耗，轉(zhuǎn)換為熱能，一方面使導(dǎo)體溫度升高，另一方面向周圍介質(zhì)散熱。當導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體向周圍介質(zhì)散發(fā)的熱量相等時，導(dǎo)體就維持在一定的溫度值。當線路發(fā)生短路時，短路電流將使導(dǎo)體溫度迅速升高。但短路后線路的保護裝置很快動作，切除短路故障，因此短路電流通過導(dǎo)體的時間很短，通常不會超過2~3s。所以在短路過程中，可不考慮導(dǎo)體向周圍介質(zhì)的散熱，也就是可近似地認為在短路時間內(nèi)導(dǎo)體與周圍介質(zhì)是絕熱的，短路電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量，完全用來使導(dǎo)體溫度升高。由于導(dǎo)體溫度上升得很快，因而導(dǎo)體的電阻與比熱不是常數(shù)，而是隨溫度的變化而變化。第21頁/共32頁短路熱穩(wěn)定度的校驗第22頁/共32頁短路熱穩(wěn)定度的校驗第23頁/共32頁短路熱穩(wěn)定度的校驗第24頁/共32頁短路熱穩(wěn)定度的校驗第25頁/共32頁短路熱穩(wěn)定度的校驗第26頁/共32頁短路熱穩(wěn)定度的校驗第27頁/共32頁短路熱穩(wěn)定度的校驗---GB3906-2006Cu:3s,110A/mm2;4s,95.5A/mm2Al:3s,71.95A/mm2;4s,62.3A/mm2第28頁/共32頁短路動熱穩(wěn)定的相關(guān)標準老標準：GB2706-89

現(xiàn)行標準：GB/T11022-1999