母线电动力及动热稳定性计算

母线电动力及动热稳定性计算

1 目的和范围

本文档为电气产品的母线电动力、动稳定、热稳定计算指导文件，作为产品结构设计安全指导文件的方案设计阶段指导文件，用于母线电动力、动稳定性、热稳定性计算的选型指导。

2 参加文件

表1

3 术语和缩略语

表2

4 母线电动力、动稳定、热稳定计算

4.1 载流导体的电动力计算

4.1.1 同一平面内圆细导体上的电动力计算

➢ 当同一平面内导体1l 和2l 分别流过1I 和2I 电流时（见图1），导体1l 上的电动力计

算

h F K I I 4210

π

μ=

式中 F ——导体1l 上的电动力（N ）

0μ——真空磁导率，m H 60104.0-⨯=πμ；

1I 、2I ——流过导体1l 和2l 的电流（A ）；

h K ——回路系数，见表1。 图1 圆细导体上的电动力

表1 回路系数h K 表

两导体相互位置及示意图

h K

平

行

21l l =

∞=1l 时，a

l K h 2=

∞≠1l 时，⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡-+=l a l a a l K h 2)(12

21l l ≠

22

2)

()(1l

a m l a l a K h ++-+=

22)()1(l

a

m +--

l

a m =

➢ 当导体1l 和2l 分别流过1I 和2I 电流时，沿1l 导体任意单位长度上各点的电动力计

算

f 124K f I I d

μ=

π

式中 f ——1l 导体任意单位长度上的电动力（m N ）；

f K ——与同一平面内两导体的长度和相互位置有关的系数，见表2。

表2 f K 系数表

4.1.2 两平行矩形截面导体上的电动力计算

两矩形导体（母线）在b ＜＜a ，且b ＞＞h 的情况下，其单位长度上的电动力F 的

计算见表3。

当矩形导体的b 与a 和h 的尺寸相比不可忽略时，可按下式计算

712

210x L F I I K a

-=⨯ 式中 F -两导体相互作用的电动力，N ； L -母线支承点间的距离，m ；

a -导体间距，m ；

1I 、2I -流过两个矩形母线的电流，A ；

x K -导体截面形状系数；

表3 两矩形导体单位长度上的电动力

4.1.3 三相母线短路时的电动力计算

三相母线布置在同一平面中，是实际中经常采用的一种布置型式。母线分别通过三相正弦交流电流a I 、b I 和c I ，在同一时刻，各相电流是不相同的。发生对称三相短路时，作用于每相母线上的电动力大小是由该相母线的电流与其它两相电流的相互作用力所决定的。在校验母线动稳定时，用可能出现的最大电动力作为校验的依据。经过证明，b 相所受的电动力最大，比a 、c 相大7%，由于电动力的最大瞬时值与短路冲击电流有关，故最大电动力用冲击电流表示，则b 相所受到的电动力为：

7

2

1.7310zd ch L F I a

=⨯ 式中 zd F -三相短路时的最大电动力，N ；

L -母线支撑点间的距离，m ；

a -母线相间距离，m ；

ch I -三相短路冲击电流（一般高压回路内短路时， 2.55ch I I ''=；直接由大容量发电机供电的母线短路时， 2.7ch I I ''=）

在同一地点两相短路时最大电动力比三相短路小，所以，校验电器设备时，采用三相短路来校验其动稳定。 4.2 母线动稳定计算

母线最大允许应力zd σ用下式计算：

11

10zd M FL W W σ=

= 式中 zd σ—母线最大计算应力， Pa ；

M -母线所受的最大弯矩，N m ⋅；

1W -截面系数， 3cm 。

表4 不同形状和布置的矩形母线的截面系数及惯性半径

zd

y σσ≥

式中： y σ-母线材料的最大允许应力，硬铜为140×106Pa ，硬铝为70×106Pa 。 4.3 短路热稳定校验

热稳定性是指电器通过短路电流时，电器的导体和绝缘部分不因短路电流的热效应使其温度超过它的短路时最高允许温度，而造成损坏。

S 式中 S ─所选导体截面积，2

mm ；

C ─与导线材料及发热温度有关的热稳定系数，见表8；

j t ─短路持续时间，s ；

jf K ─集肤效应系数，可由表5查得； I ∞─三相短路电流稳态有效值(A)。

表5 系数C 值

K值表6 矩形母线集肤效应系数

jf