短路电流热效应和电动力效应的实用计算.doc

教学目标：掌握短路电流热效应和电动力效应的实用计算。
重点：短路电流的效应实用计算方法。
难点：短路电流的效应计算公式。
一、短路电流电动力效应
   ：载流导体在相邻载流导体产生的磁场中所受的电磁力。
    当电力系统中发生三相短路后，导体流过冲击短路电流时必然会在导体之间产生最大的电动力。
   2．电动力的危害：引起载流导体变形、绝缘子损坏，甚至于会造成新的短路故障。
   3．两平行导体间最大的电动力
    载流导体之间电动力的大小，取决于通过导体电流的数值、导体的几何尺寸、形状以及各相安装的相对位置等多种因素。
                             （N）
    式中：i1 、i2—通过两根平行导体的电流瞬时最大值，A；
          L—平行导体长度，（m）；
          ɑ—导体轴线间距离，（m）；
          Kf—形状系数。
    形状系数Kf：表明实际通过导体的电流并非全部集中在导体的轴线位置时，电流分布对电动力的影响。
    实际工程中，三相母线采用圆截面导体时，当两相导体之间的距离足够大，形状系数Kf取为1；对于矩形导体而言，当两导体之间的净距大于矩形母线的周长时，形状系数Kf可取为1。
    电动力的方向：两个载流导体中的电流方向相同时，其电动力为相互吸引；两个载流导体中的电流方向相反时，其电动力为相互排斥。
   4．两相短路时平行导体间的最大电动力
    发生两相短路时，平行导体之间的最大电动力F（2）（N）：
                             （N）
    式中： —两相短路冲击电流，（A）。
   5．三相短路时平行导体之间的最大电动力
    发生三相短路时，每相导体所承受的电动力等于该相导体与其它两相之间电动力的矢量和。三相导体水平布置时，由于各相导体所通过的电流不同，所以边缘相与中间相所承受的电动力也不相同。
    边缘相U相与中间相V相导体所承受的最大电动力 、 分别为：
 （N）
 （N）
    式中： —三相冲击短路电流，（A）。
    发生三相短路后，母线为三相水平布置时中间相导体所承受的电动力最大。计算三相短路时的最大电动力时，应按中间相导体所承受的电动力计算。
   6．短路电流电动力效验 
    当系统中同一处发生三相或两相短路时，短路处三相冲击短路电流与两相冲击短路电流之比为 。
   ，即电力系统中同一地点发生不同种类的短路时，导体所承受三相短路时的最大电动力比两相短路时的最大电动力大15％。因此，在校验导体的最大电动力时，按三相短路的最严重情况考虑。
二、短路电流的热效应
   1．电气设备的功率损耗包括：导体与导体之间接触电阻上产生的损耗，导体自身电阻上产生的损耗；绝缘材料在电场作用下产生的介质损耗等等。
    电气设备在工作过程中，由于自身功率损耗会引起电气设备的发热。
   2．导体发热分为长期发热和短路时发热：
    长期发热：是指正常工作电流在较长时间内所引起的发热。
    短路时发热：是指短路电流在极短的时间内所引起的发热。
   3．电气设备温度升高的影响：
    影响电气设备的绝缘：绝缘材料在高温和电场的作用下会逐渐老化，温度愈高绝缘的老化速度愈快。温度超过规定的允许温度时，会使电气设备的使用年限缩短。
    影响接触电阻值：当导体温度过高时，导体表面的氧化速度加快，造成接触电阻增大，引起自身功率损耗加大，进一步导致导体温度再升高，又引起接触电阻再增大，如此恶性循环下去，会使接头熔化，造成严重事故。
    降低机械强度：金属材料在使用温度超过一定数值之后，其机械强度会显著降低。如果电气设备的使用温度过高，可能会使电气元件的机械强度降低，影响电器的安全运行。
   4．载流导体和电器发热的允许温度：
    为了限制电气设备因发热而产生不利影响，保证电气设备的正确使用，国家规定了载流导体和电器长期发热和短路时发热的允许温度：
   
导体种类和材料
长期工作发热
短路时发热
允许温度（℃）
允许温升（℃）
允许温度（℃）
允许温升（℃）
裸母线
铜
铝
钢（不和电器直接连接时）
钢（和电器直接连接时）
70
70
70
70
45
45
45
45
300
200
400
300
230
130
330
230
油浸纸绝缘电缆
铜芯10V及以下
铝芯10V及以下
铜芯20～30kV
充油纸绝缘60～330kV
60～80
60～80
50
70～75
250
200