开关柜短路电流的电动力效应与热效应.ppt

开关柜短路电流的电动力效应与热效应,Oct. 27, 2009 Sunny R&D PCSB,短路的定义： 定义1：短路是指不同相之间，相对中线或地线之间的直接金属性 连接或经小阻抗连接。 定义2：短路是指不同电位的导体之间的电气短接。 短路的种类： 三相短路（对称短路） 两相短路 单相短路（最常见） 两相接地短路 短路的原因 主要原因是电力系统中电气设备载流导体的绝缘损坏。 绝缘损坏的原因：设备长期运行，绝缘自然老化，操作过电压，雷电过电压，绝缘受到机械损伤等。 运行人员的误操作（带负荷拉、合隔离开关，检修后忘拆除地线合闸等），或鸟兽跨越在裸露导体上也是引起短路的原因（树枝因风跨越导体）。,短路概述,短路概述,短路的危害,短路电流的效应,供配电系统发生短路时，短路电流非常大。短路电流通过导体或电气设备，会产生很大的电动力和产生很高的温度，称为短路的电动力效应和热效应。电气设备和导体应能承受这两种效应的作用，满足动、热稳定的要求。 短路电流的电动力效应 通电导体的周围有磁场存在，而磁场对通电导体又有作用力。因此，两个或几个相互有电磁耦合的导体之间必有相互作用的力，我们把载流导体之间的这种作用力称为“电动力” （Short circuit forces） 。正常工作时电流不大，电动力很小。短路时，特别是短路冲击电流流过瞬间，产生的电动力最大。 3. 电动力大小的计算及方向判定,Two anti parallel currents,F = 0/4x 2xL/a x I1xI2,a,L,由此可见，电动力的大小与导体间的 相互位置以及通过它们的电流大小有关。,Two parallel currents,F = 0/4x 2xL/a x I1xI2,L,Calculation example, (anti) parallel currents,F = 0/4x 2xL/a x I1xI2,L = 0.4 m a = 0.1 m 0 = 4x x10 -7 H/m (Permeability of Free Space ) ( 真空磁导率: 亨利每米,它与真空介电常数0乘积的开方的倒数等于真空光速。光速没有经过特殊定义，在国际单位之中，它本身的数值“在数学上”没有任何特殊之处299792458米每秒。 同样，真空介电常数“在数学上”也没有任何特殊之处：8.85418710 -12牛顿每平方安培。 c 0 0 = 1 ) I1 = I2 = 50 000 A F = 2000 N,I = kA gives simplified F = 0.2xL/a x I1xI2 N,”Tulip” contact,f = 0/4x 2x L/a x I1xI2,Bus bar corner,I,I,I,F,F,Apparatus truck,I,F,Making current with Earthing switch fed from below,F,f,I,Making current with Earthing switch fed from above,f,F,I,开关柜中的电动力效应,开关柜中的导电部分是由多个导体构成的，当导体中有电流流过时，各导体之间就有电动力的作用。 三相交流电动力-同一瞬间三相电流各不相同，一相导体所受的电动力可以认为是其它两相电流单独作用的叠加。 导体截面形状对电动力的影响-引入与导体截面尺寸及导体间距离有关的修正系数Kf.,开关柜中的电动力效应,两平行载流导体间的电动力,开关柜中的电动力效应,开关柜中的电动力效应,开关柜中的电动力效应,三相平行载流导体间的电动力,Im 为线电流幅值,开关柜中的电动力效应,短路时电动力对于开关柜的影响,当主回路发生短路时，载流导体将受到很大电动力。,短路动稳定度的校验目的,短路动稳定度校验的目的是当主回路发生短路时，载流导体应具备足够的机械强度承受电动力的作用而不致损坏。即应满足xu 式中短路时导体产生的总机械力 xu导体材料的允许应力,短路动稳定度的校验对象,短路动稳定度校验的对象-载流导体，包括母线（铜排、主母线），支撑绝缘子和连接螺栓。 一般最先发生破坏的是支撑绝缘子， 12kV KUVAG绝缘子弯曲破坏力为7.5kN 40.5kV KUVAG绝缘子弯曲破坏力为10kN 40kA,50kA 系统中开关柜的柜宽不小于800mm。,短路电流的热效应,导体通过正常负荷电流时，由于导体具有电阻，就要产生电能损耗，转换为热能，一方面使导体温度升高，另一方面向周围介质散热。当导体内产生的热量与导体向周围介质散发的热量相等时，导体就维持在一定的温度值。 当线路发生短路时，短路电流将使导体温度迅速升高。但短路后线路的保护装置很快动作，切除短路故障，因此短路电流通过导体的时间很短，通常不会超过23s。所以在短路过程中，可不考虑导体向周围介质的散热，也就是可近似地认为在短路时间内导体与周围介质是绝热的，短路电流在导体中产生的热量，完全用来使导体温度升高。 由于导体温度上升得很快，因而导体的电阻与比热不是常数，而是随温度的变化而变化。,短路热稳定度的校验,短路热稳定度的校验,短路热稳定度的校验,短路热稳定度的校验,短路热稳定度的校验,短路热稳定度的校验,短路热稳定度的校验-GB3906-2006,Cu: 3s,110A/mm2; 4s, 95.5A/mm2 Al: 3s,