短路时冲击电流产生的电动力很大课件

第六章①导体的发热、电动力及导体的选择主要内容：1.导体长期发热与短时发热计算2.导体短路时电动力计算3.导体、电器设备选择的一般条件4.导体、电缆、绝缘子和套管的选择第六章①导体的发热、电动力及导体的选择主要内容：1第一节概述(P.63)一、发热导体正常工作时，会产生各种损耗（电阻损耗等），这些损耗变成热能，使导体温度升高；导体短路时，虽然时间不长，但是短路电流很大，发热量仍然很多。且这些热量在极短时间内不容易散出，于是导体的温度迅速升高。第一节概述(P.63)一、发热2发热对导体、电器设备产生的不良影响：（1）机械强度下降（2）接触电阻增加（3）绝缘性能降低因此，为了限制发热的有害影响，规定了导体长期发热和短时发热的允许温度。发热对导体、电器设备产生的不良影响：3二、电动力导体正常工作和短路时，除发热以外，还受到电动力的作用。电动力：载流导体通过电流时，导体之间的相互作用力。正常工作电流产生的电动力不大，短路时冲击电流产生的电动力很大，可能导致导体、设备变形或损坏。为保证导体不受破坏，短路冲击电流产生的电动力不应超过载流导体的允许应力。二、电动力4第二节导体的发热和散热(P.64)一、发热发热来自导体电阻损耗的热量和太阳日照的热量。1.导体电阻损耗的热量

QR=Iw2Rac(W/m)2.太阳日照的热量第二节导体的发热和散热(P.64)一、发热5二、热量的传递过程可分为对流、辐射、导热三种形式。1.对流：由气体各部分相对位移将热量带走的过程。分为自然对流和强迫对流两种情况。2.辐射：热量从高温物体，以热射线方式传至低温物体的过程。3.导热（热传导）：当物体内部或相互接触的物体间存在温度差时，热量从高温处传到低温处的过程。

二、热量的传递过程6置于空气中的均匀裸导体，由于全长截面相同、各处温度一样，因此沿导体长度方向没有热传导，又由于空气的热传导性很差，故导体主要是对流和辐射换热，而忽略很小的导热量。即导体散到周围介质的热量为：

（Ql+Qf）=aw(θw-θo)F置于空气中的均匀裸导体，由于全长截面7第三节导体的长期发热(P.68)即分析导体长期通过工作电流时的发热过程，目的：计算导体长期允许通过的电流——载流量。一、导体的温升过程导体的温升过程，可按热量平衡关系来描述。即，导体产生的热量（QR），一部分用于本身温度升高所需的热量（Qc），一部分散失到周围介质中（Ql+Qf），因此，热量平衡方程式为，

QR=Qc+(Ql+Qf)由此可推导出导体稳定温升表达式，

τw=(I2R)/(awF)第三节导体的长期发热(P.68)8二、导体的载流量1.载流量的计算——由稳定温升公式得出

说明：由于导体散热过程比较复杂，且散热系数（a）往往是温度的函数，因此计算的结果只是近似的，还要通过试验来校验。我国生产的矩形、双槽形、管形母线均已标准化，根据这些标准截面，按自然冷却条件（周围环境温度为25℃，导体最高温度为70℃），进行计算和试验，编制了标准截面母线载流量表，可供设计时使用。二、导体的载流量92.提高载流量的措施（1）降低导体电阻；（2）增大散热面积；（3）提高换热系数；（4）增大导体正常发热时的允许温度。例题：P.692.提高载流量的措施10三、大电流导体附近钢构的发热

导体附近的金属部件（如，支持母线结构的钢梁等等），在电磁场作用下，会引起磁滞和涡流损耗。导体电流增大，导体周围磁场强度增加，从而导体附近钢构的损耗增加、发热增大。钢构发热会影响经济运行，恶化设备和工作人员的运行条件，局部过热还可能损坏设备，因此，必须采取措施。三、大电流导体附近钢构的发热11减小钢构损耗和发热的措施：（1）加大钢构和导体之间的距离，使磁场强度减弱，从而减小损耗。（2）断开闭合回路，消除环流（闭合回路产生环流，会使发热增大）。如，套管安装板相间开槽；在母线保护网的钢框连接处加绝缘垫。减小钢构损耗和发热的措施：12（3）采用电磁屏蔽；即在磁场强度最大的部位套上短路环，利用短路环中感应电流的去磁作用降低磁场强度。短路环用电阻率小的铜或铝制成，紧包在钢构上，短路环中虽有电流流过，但因电阻小，发热并不显著。（4）采用分相封闭导线即每相导线分别用外壳包住，使本相导体的磁场不易穿出外壳，邻相磁场也不易进入外壳，从而壳内外磁场均大为降低。（3）采用电磁屏蔽；13第四节导体的短时发热（P.70）短时发热：指短路开始至短路切除为止，这一很短时间内导体的发热过程。特点：发热量大，持续时间短，来不及向周围环境散热，因此导体温度升得很高。目的：确定导体可能出现的最高温度，是校验设备热稳定的依据。第四节导体的短时发热（P.70）短时发热：指短路开始至短14一、短时发热过程由于短时发热散失的热量可以不计，基本上是绝热过程，即导体产生的热量，全部用于使导体温度升高，于是，在短时发热过程中，热量平衡关系为：

QR=Qc

根据热量平衡关系，可以导出短路电流热效应方程：

Qk/S2=Ah-Aw因此，Ah=Qk/S2+Aw一、短时发热过程15从最初温度（θw）求最高温度（θh）的方法：（1）从某一开始温度θw开始，从曲线上查出Aw；（2）计算（Qk/S2），与Aw相加后，得Ah；（3）再由Ah

查出相应的最高温度θh。

Qk=Qp+Qnp其中，

Qp=tk(I〃2+10Itk/22+Itk2)/12≈tk

I〃2Qnp=TI〃2

从最初温度（θw）求最高温度（θh）的方法：16说明：若短路切除时间tk>1秒，非周期分量已衰减，这时导体的发热主要由周期分量决定，可以不计非周期分量的影响。但对于大型发电机，发电机出口处短路时，非周期分量必须考虑。

例题：P.73说明：若短路切除时间tk>1秒，非周期分量已衰减，这时导体的17第五节导体短路的电动力（P.74）电动力：载流导体通过电流时，导体之间的相互作用力。短路时，导体中通过很大的短路电流，会遭受巨大的电动力作用。若导体机械强度不够，就会发生变形或损坏。为了安全运行，应对电动力进行分析和计算，使短路冲击电流产生的电动力不超过载流导体的允许应力，即保证足够的电动力稳定性，必要时，可以采取限制短路电流的措施。第五节导体短路的电动力（P.74）电动力：载流导体通过电18一、平行导体间的电动力两条无限细长平行导体间的电动力为，

F=

2×10-7Li1i2/a（N）

电动力的方向取决于导体中电流（i1、i2）的方向，同向相吸，异向相斥。

当考虑导体形状时，将它们看成由若干无限细长的导体组成，常乘以形状系数K

。于是，实际电动力为，

F=

2×10-7K

Li1i2/a（N）一、平行导体间的电动力19形状系数K的确定：⑴对于矩形导体，计算相间电动力时，K=1；计算同相条间电动力时，查P.75图3-10得K值。⑵对于槽型导体，在计算相间和同相条间电动力时，一般均取K=1。⑶对于管型导体，K=1。形状系数K的确定：20二、三相导体短路的电动力

1.电动力计算在三相系统中，发生短路时作用于每相导体的电动力，取决于该相导体中的电流与其他两相电流的相互作用力。将单相系统推广到三相系统进行计算，且三相短路时，中间相（B相）和外边相受力不一样，应分别计算。（1）B相：

FB=FBA-FBC=2×10-7L(iBiA-iBiC)/a=……（2）A、C相：

FA=FAB+FAC=2×10-7L(iAiB+0.5iAiC)/a=……二、三相导体短路的电动力21*FA由四个分量组成：（1）不衰减的固定分量；（2）按时间常数（Ta/2）衰减的非周期分量；

Ta——短路电流非周期分量衰减时间常数（s），其值取决于短路点至电源间的总电阻和总电感，即，

Ta=L/R（3）按时间常数Ta衰减的工频分量；（4）不衰减的二倍工频分量。*FB中没有固定分量，而有其他三个分量。*FA由四个分量组成：222.电动力的最大值（1）三相短路的最大电动力

①电动力最大瞬时值与短路冲击电流（ish）出现有关，其表达式为，

FAmax=1.616×10-7Lish2/a（N）FBmax=1.73×10-7Lish2/a（N）

②三相短路时，B相（中间相）所受电动力最大，约比边相大7%。2.电动力的最大值23（2）两相短路与三相短路最大电动力比较Fmax(2)=1.5×10-7Lish2/a（N）

于是，Fmax=1.73×10-7Lish2/a（N）（2）两相短路与三相短路最大电动力比较24

3.导体振动的动态应力

导体及其支架都具有质量和弹性，组成一弹性系统。导体在外力作用下将发生变形，当外力除去后，导体并不立即恢复到原来平衡位置，而是在平衡位置两侧做往复振动，这种由弹性系统引起的振动，称为自由振动。自由振动的频率称为固有频率。若导体受电动力的作用，而电动力中又有工频和二倍工频分量，因此，当导体固有频率接近50Hz或100Hz时，就会出现共振现象，此时振幅特别大，可能使导体遭到破坏。因此在设计时，应避免发生共振。3.导体振动的动态应力25

导体发生共振时，导体内部会产生动态应力。对动态应力的考虑，一般采用修正静态计算法，即在最大电动力Fmax上乘以动态应力系数β，则动态电动力最大值为，

Fmax=1.73×10-7Lish2β

/a（N）

β与导体固有频率有关，忽略振幅不大的高频振动，有，

f1<30Hz时，β<130<f1<160Hz时，β>1f1>160Hz时，β=1

导体发生共振时，导体内部会产生动态应力。26说明:

对于35kV及以下的硬母线，由于跨距（L）较小，故f1一般多属于中高频范围。为减小电动力作用，避免在母线结构中引起危险的共振，设计时应尽可能使母线的固有频率在中频（30~160Hz）之外。这时振动系数β=1。例题：

P.79说明:27第六节大电流封闭母线的发热和电动力(略)

敞露式母线易受外界影响，运行可靠性低，因此，对于200MW及以上的大型机组，已广泛采用封闭母线。

封闭母线（用外壳将母线封闭起来）的分类：（1）按外壳材料分为：塑料外壳、金属外壳（2）按外壳与母线间的结构形式分为：不隔相、隔相、离相（也称分相）其中，离相又分为分段绝缘式、全连式两种第六节大电流封闭母线的发热和电动力(略)28全连式分相封闭母线的特点：（1）沿母线长度方向上的外壳，在同一相内从头到尾全部连通；（2）各相外壳两端用短路板连接。优点：（1）运行可靠性高；（2）短路时母线相间的电动力降低；（3）改善母线附近钢构的发热；（4）安装维护工作量小。缺点：（1）母线散热条件较差；（2）外壳上会产生损耗；（3）金属消耗量增加。全连式分相封闭母线的特点：29第七节导体和电器选择的一般条件(P.170)

选择导体和电器时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极、稳妥地采用新技术，并注意节省投资。

导体和各种电器选择的方法不完全相同，但基本要求一致，即按正常工作条件进行选择，并按短路状态校验热稳定和动稳定。第七节导体和电器选择的一般条件(P.170)30选择导体和电器的一般原则如下：（1）应力求技术先进，安全适用，经济合理；（2）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；（3）应按当地环境条件校核；（4）应与整个工程的建设标准协调一致；（5）选择的导体和设备品种不宜太多；（6）选用新产品应积极慎重。新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。选择导体和电器的一般原则如下：31一、按正常工作条件选择

1.额定电压

UN≥

UNS

2.额定电流

IN≥

Imax

3.按当地环境条件校核海拔高、污秽等级、温度

一、按正常工作条件选择32二、按短路情况校验耐受能力

1.短路电流计算条件（1）容量和接线按本工程最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划。

接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式。二、按短路情况校验耐受能力33（2）短路种类一般按三相短路计算。若其他种类短路较三相短路严重时，应按最严重情况验算。（3）短路点选择应选择通过电器的短路电流最大的那些点为短路计算点。

例题：（2）短路种类34（4）短路计算时间校验导体、电器的热稳定和开断能力时，必须合理确定短路计算时间。①验算热稳定的短路计算时间tk：

tk=tpr+tbr=tpr+（tin+ta）②校验开断能力时，电器的开断计算时间tk'：

tk'=tpr1+tin（4）短路计算时间35

2.短路热稳定校验导体和电器耐受短路电流热效应的能力，称为热稳定性。（1）导体热稳定校验为简化计算，工程上常采用当短路时发热满足最高允许温度的条件下，计算导体最小截面Smin，当所选截面S>Smin时，便是热稳定的，反之就不稳定。（2）电器设备热稳定校验由于结构复杂，电器的热稳定性由制造厂给出的t秒内热稳定电流It来表示。即，若It2t>Qk，则认为该电器是热稳定的。2.短路热稳定校验363.电动力稳定校验电动力稳定（动稳定）指导体和电器承受短路电流引起的机械效应的能力。对于导体，若满足σmax≤σal，则动稳定合格；对于电器，若满足ish≤ies，则动稳定合格。下列情况不需校验热、动稳定：（1）由熔断器保护的电器，不校验热稳定；（2）由有限流电阻的熔断器保护的电器，不校验动稳定；（3）装在电压互感器回路中的裸导体和电器，不校验热、动稳定。3.电动力稳定校验37第八节裸导体的选择(P.203)裸导体一般按下列各项选择和校验：（1）导体材料、类型、布置方式（2）导体截面（3）电晕（4）热稳定（5）动稳定（6）共振频率第八节裸导体的选择(P.203)裸导体一般按下列各项选38一、导体材料、类型和敷设方式1.材料铜、铝2.类型硬导体：矩形、槽形、管形软导体：钢芯铝绞线、分裂导线3.布置方式导体的散热条件和机械强度与母线的布置方式有关。钢芯铝绞线母线、管形母线——三相水平布置矩形、槽形母线——三相水平或垂直布置一、导体材料、类型和敷设方式39二、导线截面选择

汇流母线——按长期发热允许电流选择其它——按经济电流密度选择1.按导体长期发热允许电流选择

Imax≤kIal2.按经济电流密度选择对应不同种类的导体和不同的Tmax，有一个年费用最低的电流密度，称为经济电流密度，J（A/mm2）。

S=Imax/J二、导线截面选择40三、电晕电压校验

电晕是强电场作用下导体周围空气的自持放电现象。电晕放电会产生一些不利影响。对于66kV及以下系统，因电压较低，一般不会出现全面电晕，所以不必校验。对于110kV及以上的裸导体，应按当地晴天不发生全面电晕的条件校验，即裸导体的临界电晕电压（Ucr）应大于最高工作电压（Umax），即，

Ucr>Umax而Ucr∝导体半径r因此，当所选截面：110kV，S≥70mm2，220kV，S≥300mm2时，可不进行电晕校验。三、电晕电压校验41四、热稳定校验对于导体的热稳定校验，工程上常采用在短路发热满足最高允许温度的条件下，计算导体允许的最小截面Smin，来校验导体的热稳定，即所选截面S≥Smin

时，满足热稳定要求。四、热稳定校验42五、硬导体的动稳定校验由于硬导体安装在支柱绝缘子上，短路冲击电流产生的电动力将使导体发生弯曲，因此，导体应按弯曲情况进行应力计算。

各种形状的硬导体，受到机械力的作用有所不同，但计算方法相似。下面分别介绍单条矩形、多条矩形和槽形导体的应力计算和动稳定校验方法。五、硬导体的动稳定校验431.单条矩形导体应力计算（1）求母线所受最大弯矩M：

M=fphL2/10（N·m）（2）求导体最大相间应力σph：

σmax=σph=M/W=fphL2/10W（Pa）若σph<σal，则动稳定合格。

1.单条矩形导体应力计算44短路时冲击电流产生的电动力很大课件45（3）实用方法：为了便于计算和施工，设计中常根据材料最大允许应力来确定绝缘子间最大允许跨距。

说明：（1）当矩形导体平放时，为避免导体因自重而过分弯曲，所选跨距一般不超过1.5~2m。（2）为使绝缘子支座及引下线安装方便，三相水平布置的汇流母线常取绝缘子跨距等于配电装置间隔宽度。（3）实用方法：46

2.多条矩形导体应力计算

σmax=σph+σb（1）求σph：σph=M/W=fphL2/10W（2）求σb：①求单位长度导体条间电动力fb

若同相由双条导体组成，fb=2.5×10-8K12ish2/b（N/m）若同相由三条导体组成，fb=8×10-9(K12+K13)ish2/b（N/m）2.多条矩形导体应力计算47②按临界跨距确定衬垫间的跨距Lb由于同相条间距离很近，条间作用力大，为减小σb，条间通常设有衬垫（螺栓），衬垫间跨距用Lb表示。为了防止同相各条矩形导体在条间作用力下产生弯曲而相互接触，应计算衬垫间允许的最大跨距——临界跨距Lcr。所选衬垫跨距应满足Lb<Lcr，但衬垫过多会影响导体散热，一般Lb=30~50cm。②按临界跨距确定衬垫间的跨距Lb48③求弯矩Mb=fbLb2/12(N·m)④

求条间应力σb=Mb/W=fbLb2/(2b2h)(Pa)最后，若σmax=σph+σb<σal，则母线满足动稳定要求。（3）实用方法：①假设L值，计算σph，计算σb.al=

σal–σph，计算Lbmax（P.206，式6-68），取Lb值（Lb<Lbmax且Lb<Lcr）。②假设Lb

值，计算σb，计算σph.al=

σal–σb，计算Lmax，取L值（L

<Lmax且L

<Lmax'）。③求弯矩Mb=fbLb2/12493.槽形导体应力计算槽形导体的两槽，类似于双条矩形导体条间（槽间）有衬垫。因此计算方法与矩形导体相同，只需改变相间和槽间截面系数以及计算σb的公式。（1）相间截面系数：与布置方式有关①水平布置：W=2WY②垂直布置：W=2WX③焊成整体：W=WY0其中，WY、WX、WY0可查。3.槽形导体应力计算50（2）槽间截面系数：

W=WY（3）槽间应力σb：当槽间距离2b=h时，形状系数为1，则fb=2×10-7K12i1i2/h（N/m）而

i1=i2=0.5ish则，

fb=5×10-8

ish2/h（N/m）所以，σb=fbLb2/(12WY)=4.16×10-9

ish2

Lb2/(hWY)(Pa)（2）槽间截面系数：51六、导体共振校验当已知导体材料、形状、布置方式和应避开的自振频率(160Hz)时，计算导体不发生共振的最大绝缘子跨距Lmax'。例题：P.208，例6-5作业：P.214，6-10、6-11六、导体共振校验52

练习题：选择发电机出口导线。已知发电机额定电压10.5kV，额定电流1500A，最大负荷利用小时数3200h。发电机引出线三相短路电流数据为I"=28kA，I0.15=22kA，I0.3=20kA。继电保护动作时间0.1s，断路器全分闸时间0.2s。三相导线水平布置，绝缘子跨距L=1.2m，相间距离a=0.7m，周围环境温度为28℃。铝导体弹性模量E=7×1010Pa。练习题：53第九节电缆、绝缘子和套管的选择(P.209)一、电力电缆选择1.电缆芯线材料和型号选择材料：铜芯、铝芯型号：应根据用途、敷设方式和使用条件进行选择。2.电压选择

UN≥UNS第九节电缆、绝缘子和套管的选择(P.209)543.截面选择（1）按长期发热允许电流选择：Imax≤KIal（2）当Tmax>5000h，长度超过20m时，按经济电流密度选择：S=Imax/J说明：工程实际中，应尽量将三芯电缆的截面限制在185mm2及以下，以便于敷设和制作电缆接头。3.截面选择554.允许电压降校验应满足ΔU%=173ImaxL(rcosφ+xsinφ)/U≤5%5.热稳定校验

S≥Smin例题：P.210，6-64.允许电压降校验56二、支柱绝缘子和穿墙套管的选择1.形式选择根据具体地点和环境选屋内、屋外或防污式。2.额定电压选择

UN≥UNS3.穿墙套管的额定电流选择

Imax≤KIN4.穿墙套管的热稳定校验

It2t≥Qk二、支柱绝缘子和穿墙套管的选择575.动稳定校验布置在同一平面内的三相导体，在发生短路时，支柱绝缘子（或套管）所受的力，为该绝缘子相邻跨导体上电动力的平均值。5.动稳定校验58绝缘子1所受电动力为,Fmax=(F1+F2)/2=1.73×10-7Lcish2/a(N)其中，

Lc=(L1+L2)/2同理，穿墙套管所受电动力为，Fmax=1.73×10-7Lcish2/a(N)其中，

Lc=(L1+Lca)/2绝缘子1所受电动力为,59支柱绝缘子的抗弯破坏强度Fde是按作用在绝缘子高度H处给定的，而电动力Fmax是作用在导体截面中心线H1上，为了便于比较，应计算作用在绝缘子帽上的作用力Fco，

Fco=FmaxH1/H式中，H1=H+b+h/2

支柱绝缘子的抗弯破坏强度Fde是按作用在绝缘60

绝缘子：Fco≤0.6Fde套管：Fmax≤0.6Fde例题：选择P.214，6-11双槽型导体的支柱绝缘子和穿墙套管。本章作业：P.210，6-10、6-11绝缘子：Fco≤0.6Fde61第六章①导体的发热、电动力及导体的选择主要内容：1.导体长期发热与短时发热计算2.导体短路时电动力计算3.导体、电器设备选择的一般条件4.导体、电缆、绝缘子和套管的选择第六章①导体的发热、电动力及导体的选择主要内容：62第一节概述(P.63)一、发热导体正常工作时，会产生各种损耗（电阻损耗等），这些损耗变成热能，使导体温度升高；导体短路时，虽然时间不长，但是短路电流很大，发热量仍然很多。且这些热量在极短时间内不容易散出，于是导体的温度迅速升高。第一节概述(P.63)一、发热63发热对导体、电器设备产生的不良影响：（1）机械强度下降（2）接触电阻增加（3）绝缘性能降低因此，为了限制发热的有害影响，规定了导体长期发热和短时发热的允许温度。发热对导体、电器设备产生的不良影响：64二、电动力导体正常工作和短路时，除发热以外，还受到电动力的作用。电动力：载流导体通过电流时，导体之间的相互作用力。正常工作电流产生的电动力不大，短路时冲击电流产生的电动力很大，可能导致导体、设备变形或损坏。为保证导体不受破坏，短路冲击电流产生的电动力不应超过载流导体的允许应力。二、电动力65第二节导体的发热和散热(P.64)一、发热发热来自导体电阻损耗的热量和太阳日照的热量。1.导体电阻损耗的热量

QR=Iw2Rac(W/m)2.太阳日照的热量第二节导体的发热和散热(P.64)一、发热66二、热量的传递过程可分为对流、辐射、导热三种形式。1.对流：由气体各部分相对位移将热量带走的过程。分为自然对流和强迫对流两种情况。2.辐射：热量从高温物体，以热射线方式传至低温物体的过程。3.导热（热传导）：当物体内部或相互接触的物体间存在温度差时，热量从高温处传到低温处的过程。

二、热量的传递过程67置于空气中的均匀裸导体，由于全长截面相同、各处温度一样，因此沿导体长度方向没有热传导，又由于空气的热传导性很差，故导体主要是对流和辐射换热，而忽略很小的导热量。即导体散到周围介质的热量为：

（Ql+Qf）=aw(θw-θo)F置于空气中的均匀裸导体，由于全长截面68第三节导体的长期发热(P.68)即分析导体长期通过工作电流时的发热过程，目的：计算导体长期允许通过的电流——载流量。一、导体的温升过程导体的温升过程，可按热量平衡关系来描述。即，导体产生的热量（QR），一部分用于本身温度升高所需的热量（Qc），一部分散失到周围介质中（Ql+Qf），因此，热量平衡方程式为，

QR=Qc+(Ql+Qf)由此可推导出导体稳定温升表达式，

τw=(I2R)/(awF)第三节导体的长期发热(P.68)69二、导体的载流量1.载流量的计算——由稳定温升公式得出

说明：由于导体散热过程比较复杂，且散热系数（a）往往是温度的函数，因此计算的结果只是近似的，还要通过试验来校验。我国生产的矩形、双槽形、管形母线均已标准化，根据这些标准截面，按自然冷却条件（周围环境温度为25℃，导体最高温度为70℃），进行计算和试验，编制了标准截面母线载流量表，可供设计时使用。二、导体的载流量702.提高载流量的措施（1）降低导体电阻；（2）增大散热面积；（3）提高换热系数；（4）增大导体正常发热时的允许温度。例题：P.692.提高载流量的措施71三、大电流导体附近钢构的发热

导体附近的金属部件（如，支持母线结构的钢梁等等），在电磁场作用下，会引起磁滞和涡流损耗。导体电流增大，导体周围磁场强度增加，从而导体附近钢构的损耗增加、发热增大。钢构发热会影响经济运行，恶化设备和工作人员的运行条件，局部过热还可能损坏设备，因此，必须采取措施。三、大电流导体附近钢构的发热72减小钢构损耗和发热的措施：（1）加大钢构和导体之间的距离，使磁场强度减弱，从而减小损耗。（2）断开闭合回路，消除环流（闭合回路产生环流，会使发热增大）。如，套管安装板相间开槽；在母线保护网的钢框连接处加绝缘垫。减小钢构损耗和发热的措施：73（3）采用电磁屏蔽；即在磁场强度最大的部位套上短路环，利用短路环中感应电流的去磁作用降低磁场强度。短路环用电阻率小的铜或铝制成，紧包在钢构上，短路环中虽有电流流过，但因电阻小，发热并不显著。（4）采用分相封闭导线即每相导线分别用外壳包住，使本相导体的磁场不易穿出外壳，邻相磁场也不易进入外壳，从而壳内外磁场均大为降低。（3）采用电磁屏蔽；74第四节导体的短时发热（P.70）短时发热：指短路开始至短路切除为止，这一很短时间内导体的发热过程。特点：发热量大，持续时间短，来不及向周围环境散热，因此导体温度升得很高。目的：确定导体可能出现的最高温度，是校验设备热稳定的依据。第四节导体的短时发热（P.70）短时发热：指短路开始至短75一、短时发热过程由于短时发热散失的热量可以不计，基本上是绝热过程，即导体产生的热量，全部用于使导体温度升高，于是，在短时发热过程中，热量平衡关系为：

QR=Qc

根据热量平衡关系，可以导出短路电流热效应方程：

Qk/S2=Ah-Aw因此，Ah=Qk/S2+Aw一、短时发热过程76从最初温度（θw）求最高温度（θh）的方法：（1）从某一开始温度θw开始，从曲线上查出Aw；（2）计算（Qk/S2），与Aw相加后，得Ah；（3）再由Ah

查出相应的最高温度θh。

Qk=Qp+Qnp其中，

Qp=tk(I〃2+10Itk/22+Itk2)/12≈tk

I〃2Qnp=TI〃2

从最初温度（θw）求最高温度（θh）的方法：77说明：若短路切除时间tk>1秒，非周期分量已衰减，这时导体的发热主要由周期分量决定，可以不计非周期分量的影响。但对于大型发电机，发电机出口处短路时，非周期分量必须考虑。

例题：P.73说明：若短路切除时间tk>1秒，非周期分量已衰减，这时导体的78第五节导体短路的电动力（P.74）电动力：载流导体通过电流时，导体之间的相互作用力。短路时，导体中通过很大的短路电流，会遭受巨大的电动力作用。若导体机械强度不够，就会发生变形或损坏。为了安全运行，应对电动力进行分析和计算，使短路冲击电流产生的电动力不超过载流导体的允许应力，即保证足够的电动力稳定性，必要时，可以采取限制短路电流的措施。第五节导体短路的电动力（P.74）电动力：载流导体通过电79一、平行导体间的电动力两条无限细长平行导体间的电动力为，

F=

2×10-7Li1i2/a（N）

电动力的方向取决于导体中电流（i1、i2）的方向，同向相吸，异向相斥。

当考虑导体形状时，将它们看成由若干无限细长的导体组成，常乘以形状系数K

。于是，实际电动力为，

F=

2×10-7K

Li1i2/a（N）一、平行导体间的电动力80形状系数K的确定：⑴对于矩形导体，计算相间电动力时，K=1；计算同相条间电动力时，查P.75图3-10得K值。⑵对于槽型导体，在计算相间和同相条间电动力时，一般均取K=1。⑶对于管型导体，K=1。形状系数K的确定：81二、三相导体短路的电动力

1.电动力计算在三相系统中，发生短路时作用于每相导体的电动力，取决于该相导体中的电流与其他两相电流的相互作用力。将单相系统推广到三相系统进行计算，且三相短路时，中间相（B相）和外边相受力不一样，应分别计算。（1）B相：

FB=FBA-FBC=2×10-7L(iBiA-iBiC)/a=……（2）A、C相：

FA=FAB+FAC=2×10-7L(iAiB+0.5iAiC)/a=……二、三相导体短路的电动力82*FA由四个分量组成：（1）不衰减的固定分量；（2）按时间常数（Ta/2）衰减的非周期分量；

Ta——短路电流非周期分量衰减时间常数（s），其值取决于短路点至电源间的总电阻和总电感，即，

Ta=L/R（3）按时间常数Ta衰减的工频分量；（4）不衰减的二倍工频分量。*FB中没有固定分量，而有其他三个分量。*FA由四个分量组成：832.电动力的最大值（1）三相短路的最大电动力

①电动力最大瞬时值与短路冲击电流（ish）出现有关，其表达式为，

FAmax=1.616×10-7Lish2/a（N）FBmax=1.73×10-7Lish2/a（N）

②三相短路时，B相（中间相）所受电动力最大，约比边相大7%。2.电动力的最大值84（2）两相短路与三相短路最大电动力比较Fmax(2)=1.5×10-7Lish2/a（N）

于是，Fmax=1.73×10-7Lish2/a（N）（2）两相短路与三相短路最大电动力比较85

3.导体振动的动态应力

导体及其支架都具有质量和弹性，组成一弹性系统。导体在外力作用下将发生变形，当外力除去后，导体并不立即恢复到原来平衡位置，而是在平衡位置两侧做往复振动，这种由弹性系统引起的振动，称为自由振动。自由振动的频率称为固有频率。若导体受电动力的作用，而电动力中又有工频和二倍工频分量，因此，当导体固有频率接近50Hz或100Hz时，就会出现共振现象，此时振幅特别大，可能使导体遭到破坏。因此在设计时，应避免发生共振。3.导体振动的动态应力86

导体发生共振时，导体内部会产生动态应力。对动态应力的考虑，一般采用修正静态计算法，即在最大电动力Fmax上乘以动态应力系数β，则动态电动力最大值为，

Fmax=1.73×10-7Lish2β

/a（N）

β与导体固有频率有关，忽略振幅不大的高频振动，有，

f1<30Hz时，β<130<f1<160Hz时，β>1f1>160Hz时，β=1

导体发生共振时，导体内部会产生动态应力。87说明:

对于35kV及以下的硬母线，由于跨距（L）较小，故f1一般多属于中高频范围。为减小电动力作用，避免在母线结构中引起危险的共振，设计时应尽可能使母线的固有频率在中频（30~160Hz）之外。这时振动系数β=1。例题：

P.79说明:88第六节大电流封闭母线的发热和电动力(略)

敞露式母线易受外界影响，运行可靠性低，因此，对于200MW及以上的大型机组，已广泛采用封闭母线。

封闭母线（用外壳将母线封闭起来）的分类：（1）按外壳材料分为：塑料外壳、金属外壳（2）按外壳与母线间的结构形式分为：不隔相、隔相、离相（也称分相）其中，离相又分为分段绝缘式、全连式两种第六节大电流封闭母线的发热和电动力(略)89全连式分相封闭母线的特点：（1）沿母线长度方向上的外壳，在同一相内从头到尾全部连通；（2）各相外壳两端用短路板连接。优点：（1）运行可靠性高；（2）短路时母线相间的电动力降低；（3）改善母线附近钢构的发热；（4）安装维护工作量小。缺点：（1）母线散热条件较差；（2）外壳上会产生损耗；（3）金属消耗量增加。全连式分相封闭母线的特点：90第七节导体和电器选择的一般条件(P.170)

选择导体和电器时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极、稳妥地采用新技术，并注意节省投资。

导体和各种电器选择的方法不完全相同，但基本要求一致，即按正常工作条件进行选择，并按短路状态校验热稳定和动稳定。第七节导体和电器选择的一般条件(P.170)91选择导体和电器的一般原则如下：（1）应力求技术先进，安全适用，经济合理；（2）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；（3）应按当地环境条件校核；（4）应与整个工程的建设标准协调一致；（5）选择的导体和设备品种不宜太多；（6）选用新产品应积极慎重。新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。选择导体和电器的一般原则如下：92一、按正常工作条件选择

1.额定电压

UN≥

UNS

2.额定电流

IN≥

Imax

3.按当地环境条件校核海拔高、污秽等级、温度

一、按正常工作条件选择93二、按短路情况校验耐受能力

1.短路电流计算条件（1）容量和接线按本工程最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划。

接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式。二、按短路情况校验耐受能力94（2）短路种类一般按三相短路计算。若其他种类短路较三相短路严重时，应按最严重情况验算。（3）短路点选择应选择通过电器的短路电流最大的那些点为短路计算点。

例题：（2）短路种类95（4）短路计算时间校验导体、电器的热稳定和开断能力时，必须合理确定短路计算时间。①验算热稳定的短路计算时间tk：

tk=tpr+tbr=tpr+（tin+ta）②校验开断能力时，电器的开断计算时间tk'：

tk'=tpr1+tin（4）短路计算时间96

2.短路热稳定校验导体和电器耐受短路电流热效应的能力，称为热稳定性。（1）导体热稳定校验为简化计算，工程上常采用当短路时发热满足最高允许温度的条件下，计算导体最小截面Smin，当所选截面S>Smin时，便是热稳定的，反之就不稳定。（2）电器设备热稳定校验由于结构复杂，电器的热稳定性由制造厂给出的t秒内热稳定电流It来表示。即，若It2t>Qk，则认为该电器是热稳定的。2.短路热稳定校验973.电动力稳定校验电动力稳定（动稳定）指导体和电器承受短路电流引起的机械效应的能力。对于导体，若满足σmax≤σal，则动稳定合格；对于电器，若满足ish≤ies，则动稳定合格。下列情况不需校验热、动稳定：（1）由熔断器保护的电器，不校验热稳定；（2）由有限流电阻的熔断器保护的电器，不校验动稳定；（3）装在电压互感器回路中的裸导体和电器，不校验热、动稳定。3.电动力稳定校验98第八节裸导体的选择(P.203)裸导体一般按下列各项选择和校验：（1）导体材料、类型、布置方式（2）导体截面（3）电晕（4）热稳定（5）动稳定（6）共振频率第八节裸导体的选择(P.203)裸导体一般按下列各项选99一、导体材料、类型和敷设方式1.材料铜、铝2.类型硬导体：矩形、槽形、管形软导体：钢芯铝绞线、分裂导线3.布置方式导体的散热条件和机械强度与母线的布置方式有关。钢芯铝绞线母线、管形母线——三相水平布置矩形、槽形母线——三相水平或垂直布置一、导体材料、类型和敷设方式100二、导线截面选择

汇流母线——按长期发热允许电流选择其它——按经济电流密度选择1.按导体长期发热允许电流选择

Imax≤kIal2.按经济电流密度选择对应不同种类的导体和不同的Tmax，有一个年费用最低的电流密度，称为经济电流密度，J（A/mm2）。

S=Imax/J二、导线截面选择101三、电晕电压校验

电晕是强电场作用下导体周围空气的自持放电现象。电晕放电会产生一些不利影响。对于66kV及以下系统，因电压较低，一般不会出现全面电晕，所以不必校验。对于110kV及以上的裸导体，应按当地晴天不发生全面电晕的条件校验，即裸导体的临界电晕电压（Ucr）应大于最高工作电压（Umax），即，

Ucr>Umax而Ucr∝导体半径r因此，当所选截面：110kV，S≥70mm2，220kV，S≥300mm2时，可不进行电晕校验。三、电晕电压校验102四、热稳定校验对于导体的热稳定校验，工程上常采用在短路发热满足最高允许温度的条件下，计算导体允许的最小截面Smin，来校验导体的热稳定，即所选截面S≥Smin

时，满足热稳定要求。四、热稳定校验103五、硬导体的动稳定校验由于硬导体安装在支柱绝缘子上，短路冲击电流产生的电动力将使导体发生弯曲，因此，导体应按弯曲情况进行应力计算。

各种形状的硬导体，受到机械力的作用有所不同，但计算方法相似。下面分别介绍单条矩形、多条矩形和槽形导体的应力计算和动稳定校验方法。五、硬导体的动稳定校验1041.单条矩形导体应力计算（1）求母线所受最大弯矩M：

M=fphL2/10（N·m）（2）求导体最大相间应力σph：

σmax=σph=M/W=fphL2/10W（Pa）若σph<σal，则动稳定合格。

1.单条矩形导体应力计算105短路时冲击电流产生的电动力很大课件106（3）实用方法：为了便于计算和施工，设计中常根据材料最大允许应力来确定绝缘子间最大允许跨距。

说明：（1）当矩形导体平放时，为避免导体因自重而过分弯曲，所选跨距一般不超过1.5~2m。（2）为使绝缘子支座及引下线安装方便，三相水平布置的汇流母线常取绝缘子跨距等于配电装置间隔宽度。（3）实用方法：107

2.多条矩形导体应力计算

σmax=σph+σb（1）求σph：σph=M/W=fphL2/10W（2）求σb：①求单位长度导体条间电动力fb

若同相由双条导体组成，fb=2.5×10-8K12ish2/b（N/m）若同相由三条导体组成，fb=8×10-9(K12+K13)ish2/b（N/m）2.多条矩形导体应力计算108②按临界跨距确定衬垫间的跨距Lb由于同相条间距离很近，条间作用力大，为减小σb，条间通常设有衬垫（螺栓），衬垫间跨距用Lb表示。为了防止同相各条矩形导体在条间作用力下产生弯曲而相互接触，应计算衬垫间允许的最大跨距——临界跨距Lcr。所选衬垫跨距应满足Lb<Lcr，但衬垫过多会影响导体散热，一般Lb=30~50cm。②按临界跨距确定衬垫间的跨距Lb109③求弯矩Mb=fbLb2/12(N·m)④

求条间应力σb=Mb/W=fbLb2/(2b2h)(Pa)最后，若σmax=σph+σb<σal，则