第五節(jié)-導(dǎo)體短路的電動力-《發(fā)電廠電氣部分》課件

發(fā)電廠電氣部分康小寧電氣工程學(xué)院kangxn@第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

一、電動力的產(chǎn)生及其危害電動力的產(chǎn)生原因：位于磁場中的載流導(dǎo)體會受到力的作用，稱為電動力。在三相系統(tǒng)中，每一相導(dǎo)體都位于其他兩相導(dǎo)體的電流所產(chǎn)生的磁場中，因此要承受其他兩相電流產(chǎn)生的電動力發(fā)生短路時，導(dǎo)體將受到比正常工作時大很多的電動力，可能導(dǎo)致導(dǎo)體發(fā)生變形或損壞，故必須進(jìn)行短路電動力的計算，保證其不超過允許值。這種計算稱為電氣設(shè)備動穩(wěn)定校驗第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

二、兩平行導(dǎo)體間的電動力兩平行無限細(xì)長導(dǎo)體的電動力：各參數(shù)代入dB并對全長積分，得到導(dǎo)體2全長在dL1處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

二、兩平行導(dǎo)體間的電動力兩平行無限細(xì)長導(dǎo)體的電動力：對于無限長導(dǎo)體,α1→0，α2→π，得B的方向和導(dǎo)線垂直第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

二、兩平行導(dǎo)體間的電動力兩平行無限細(xì)長導(dǎo)體的電動力：長度為L的導(dǎo)體1上所受電動力為導(dǎo)體2所受電動力大小同上電動力的方向取決于兩導(dǎo)體電流的方向，電流同方向時相吸引，反向時相排斥第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

三、電流分布對電動力的影響實際電流在導(dǎo)體截面上的分布并不是集中在軸線上，導(dǎo)體的截面形狀和尺寸影響電動力的大小當(dāng)導(dǎo)體的邊沿距離（凈距）小于其截面的周長時，應(yīng)考慮電流在截面上的分布電流分布對電動力的影響可以用一個形狀系數(shù)K來修正，修正后的電動力為第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

三、電流分布對電動力的影響形狀系數(shù)的確定：實際電流在導(dǎo)體截面上的分布并不是集中在軸線上，導(dǎo)體的截面形狀和尺寸影響電動力的大小矩形導(dǎo)體的形狀系數(shù)已制成曲線，示于圖3-10（Page75）。導(dǎo)體凈距大于導(dǎo)體截面半周長的兩倍，即a-b>2(h+b)時，Kf=1，此時計算相間電動力時Kf

取1對于圓管形導(dǎo)體Kf

=1對于雙槽形導(dǎo)體Kf=1。第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

四、三相導(dǎo)體短路時的電動力不考慮短路電流周期分量的衰減時的三相短路電流為：其中——三相短路時A相電流的初相角

——非周期分量衰減時間常數(shù)（s）

——三相短路電流周期分量最大值第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

四、三相導(dǎo)體短路時的電動力基本計算方法（1）利用兩平行導(dǎo)體的電動力計算公式與力的合成，便可計算布置在同一平面的三相導(dǎo)體的短路電動力。（2）布置在同一平面的導(dǎo)體三相短路時，外邊相（A相或C相）受力情況一樣，故只需分析中間相（B相）和外邊相（A相或C相）兩種情況第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

四、三相導(dǎo)體短路時的電動力中間相（B相）電動力計算方法在設(shè)定電流正方向下，由兩平行導(dǎo)體間的電動力計算公式可得作用在中間相（B相）的電動力為：

第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

四、三相導(dǎo)體短路時的電動力中間相（B相）電動力計算方法將三相短路各項電流表達(dá)式代入即得到三相短路時中間相電動力計算表達(dá)式為：第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

四、三相導(dǎo)體短路時的電動力外邊相（A、C相）電動力計算方法在設(shè)定電流正方向下，由兩平行導(dǎo)體間的電動力計算公式可得作用在外邊相（A相或C相）的電動力為第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

四、三相導(dǎo)體短路時的電動力外邊相（A、C相）電動力計算方法將三相短路各項電流表達(dá)式代入并整理，即得到三相短路時中間相（A或C相）電動力計算表達(dá)式為結(jié)論：三相短路電動力大小，與故障起始時刻有關(guān)第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

四、三相導(dǎo)體短路時的電動力三相短路電動力的特點三相短路時，中間相受到的電動力FB由三個分量組成，如圖3-12所示（Page77)，即1)按Ta/2衰減的非周期分量2)按Ta衰減的工頻分量3)不衰減的兩倍工頻分量外邊相FA由四個分量組成4）除了上述，再多一個固定分量第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

四、三相系統(tǒng)電動力的最大值

工程上關(guān)心的是三相短路電動力的最大值三相短路的電動力能否達(dá)到最大值，與短路發(fā)生瞬間的短路電流初相角有關(guān)，使電動力為最大的短路電流初相角稱為臨界初相角第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

四、三相系統(tǒng)電動力的最大值

三相短路電動力的最大值分析CASE1：中間相電動力最大值出現(xiàn)在非周期分量為最大時即臨界初相角φA為75°，165°，255°和345°第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

四、三相系統(tǒng)電動力的最大值

三相短路電動力的最大值分析CASE1：一般取Ta=0.05s，將臨界初相角代入得到中間相最大電動力為第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

四、三相系統(tǒng)電動力的最大值

三相短路電動力的最大值分析CASE2：外邊相（A或C相）電動力最大值出現(xiàn)在固定分量和非周期分量之和為最大時即臨界初相角φA為75°，255°第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

四、三相系統(tǒng)電動力的最大值

三相短路電動力的最大值分析CASE2：一般取Ta=0.05s，將臨界初相角代入得到外邊相最大電動力為第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

四、三相系統(tǒng)電動力的最大值

三相短路電動力的最大值分析滿足臨界初相角條件的電動力，在t=0.01s時刻，衰減的工頻分量和兩倍工頻分量出現(xiàn)最大值，且都與非周期分量同方向，F(xiàn)B和FA出現(xiàn)最大值第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

四、三相系統(tǒng)電動力的最大值

三相短路電動力的最大值分析滿足臨界初相角條件的電動力，在t=0.01s時刻，衰減的工頻分量和兩倍工頻分量出現(xiàn)最大值，且都與非周期分量同方向，F(xiàn)B和FA出現(xiàn)最大值，此時的沖擊電流值為ish

=

/1.82Im第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

四、三相系統(tǒng)電動力的最大值

三相短路電動力的最大值分析在該沖擊電流作用下B相最大電動力A相最大電動力結(jié)論：三相短路時，中間相所受電動力最大第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

五、三相短路與兩相短路最大電動力的比較兩相短路時兩相短路時的沖擊電流在該沖擊電流作用下，兩平行導(dǎo)體電動力計算公式第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

六、短路最大電動力的計算總結(jié)三相短路時，中間相所受電動力最大，最大電動力應(yīng)用上式計算時，各物理量的單位如下：電流的單位為A，長度單位為m，電動力的單位為N第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

七、導(dǎo)體共振對電動力的影響硬導(dǎo)體、支持絕緣子及固定絕緣子的支架組成一個可以振動的彈性系統(tǒng)自由振動：在初始外力擾動消失后，彎曲的導(dǎo)體系統(tǒng)在自身彈性恢復(fù)力的作用下，以一定頻率在其平衡位置兩側(cè)發(fā)生的往復(fù)運動強(qiáng)迫振動：導(dǎo)體在周期性外力的持續(xù)作用下而發(fā)生的振動。機(jī)械共振：強(qiáng)迫振動的頻率接近或等于導(dǎo)體系統(tǒng)的自振頻率頻率時，將發(fā)生機(jī)械共振，其振幅特別大，導(dǎo)致材料的應(yīng)力增加，有可能使導(dǎo)體及支持絕緣子損壞第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

七、導(dǎo)體共振對電動力的影響

機(jī)械共振：強(qiáng)迫振動的頻率接近或等于導(dǎo)體系統(tǒng)的自振頻率頻率時，將發(fā)生機(jī)械共振（諧振），其振幅特別大，導(dǎo)致材料的應(yīng)力增加，有可能使導(dǎo)體及支持絕緣子損壞諧振頻率：由于電動力中有工頻（50Hz）和兩倍工頻(100Hz)兩個分量，故當(dāng)導(dǎo)體系統(tǒng)的自振頻率接近這兩個頻率之一時，就會出現(xiàn)共振現(xiàn)象對于重要回路，如發(fā)電機(jī)、主變壓器回路及配電裝置中的匯流母線等，需要考慮共振的影響。第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

七、導(dǎo)體共振對電動力的影響

機(jī)械共振：強(qiáng)迫振動的頻率接近或等于導(dǎo)體系統(tǒng)的自振頻率頻率時，將發(fā)生機(jī)械共振（諧振），其振幅特別大，導(dǎo)致材料的應(yīng)力增加，有可能使導(dǎo)體及支持絕緣子損壞諧振頻率：由于電動力中有工頻（50Hz）和兩倍工頻(100Hz)兩個分量，故當(dāng)導(dǎo)體系統(tǒng)的自振頻率接近這兩個頻率之一時，就會出現(xiàn)共振現(xiàn)象對于重要回路，如發(fā)電機(jī)、主變壓器回路及配電裝置中的匯流母線等，需要考慮共振的影響。第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

七、導(dǎo)體共振對電動力的影響

工程上常采用“振動系數(shù)法”來考慮共振的影響硬導(dǎo)體系統(tǒng)的一階固有頻率的計算導(dǎo)體和絕緣子均參加的振動稱為雙頻振動系統(tǒng)，當(dāng)絕緣子的固有頻率遠(yuǎn)大于導(dǎo)體的固有頻率時，共振可按只有導(dǎo)體參加振動的單頻振動系統(tǒng)計算，導(dǎo)體的一階固有頻率如下第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

七、導(dǎo)體共振對電動力的影響

硬導(dǎo)體系統(tǒng)的一階固有頻率的計算其中：L為絕緣子跨距(m)，

Nf頻率系數(shù)，由表3-4（Page79）查得

E材料的彈性模量（Pa），鋁為7×107PaJ為導(dǎo)體截面慣性矩（m4），

m為單位長度導(dǎo)體質(zhì)量（kg/m），m=ρS第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

七、導(dǎo)體共振對電動力的影響

不同形狀導(dǎo)體慣性矩的計算矩形導(dǎo)體：圓形導(dǎo)體：圓管形導(dǎo)體：第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

七、導(dǎo)體共振對電動力的影響

共振對電動力影響的計算當(dāng)導(dǎo)體的自振頻率無法避開產(chǎn)生共振的頻率范圍時，最大電動力必須乘以一個動態(tài)應(yīng)力系數(shù)，以求得共振時的最大電動力，即第二章電氣設(shè)計常用基本理論和方法第五節(jié)導(dǎo)體短路的電動力

七、導(dǎo)體共振對電動力的影響

共振對電動力影響的計算β稱為動態(tài)應(yīng)力系數(shù)，為動態(tài)應(yīng)力與靜態(tài)應(yīng)力之比值工程上通過圖3-14查得β