开关柜短路电流的电动力效应与热效应

开关柜短路电流的电动力效应与热效应第1页/共32页短路概述短路的危害第2页/共32页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”（Shortcircuitforces）。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第3页/共32页TwoantiparallelcurrentsFFF=μ0/4πx2xL/axI1xI2aLI1I2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。第4页/共32页TwoparallelcurrentsI1I2FFF=μ0/4πx2xL/axI1xI2L第5页/共32页Calculationexample,(anti)parallelcurrentsF=μ0/4πx2xL/axI1xI2L=0.4ma=0.1mμ0=4xπx10-7H/m(PermeabilityofFreeSpace)

(真空磁导率:亨利每米,它与真空介电常数ε0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：8.854187×10^-12牛顿每平方安培。

c²

ε0μ0=1

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

N第6页/共32页”Tulip”contactI1I2FFfffff=μ0/4πx2xL/axI1xI2第7页/共32页BusbarcornerIIIFF第8页/共32页ApparatustruckIF第9页/共32页MakingcurrentwithEarthingswitchfedfrombelowFfI第10页/共32页MakingcurrentwithEarthingswitchfedfromabovefFI第11页/共32页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.第12页/共32页开关柜中的电动力效应两平行载流导体间的电动力第13页/共32页开关柜中的电动力效应第14页/共32页开关柜中的电动力效应第15页/共32页开关柜中的电动力效应三相平行载流导体间的电动力Im为线电流幅值第16页/共32页开关柜中的电动力效应第17页/共32页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。第18页/共32页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σxu>σ 式中σ－短路时导体产生的总机械力

σxu－导体材料的允许应力

第19页/共32页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，

12kVKUVAG绝缘子弯曲破坏力为7.5kN 40.5kVKUVAG绝缘子弯曲破坏力为10kN40kA,50kA系统中开关柜的柜宽不小于800mm。第20页/共32页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2~3s。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。第21页/共32页短路热稳定度的校验第22页/共32页短路热稳定度的校验第23页/共32页短路热稳定度的校验第24页/共32页短路热稳定度的校验第25页/共32页短路热稳定度的校验第26页/共32页短路热稳定度的校验第27页/共32页短路热稳定度的校验---GB3906-2006Cu:3s,110A/mm2;4s,95.5A/mm2Al:3s,71.95A/mm2;4s,62.3A/mm2第28页/共32页短路动热稳定的相关标准老标准：GB2706-89

现行标准：GB/T11022-1999