高鐵變電所電氣設(shè)備的選擇-電流的熱效應(yīng)和力效應(yīng)

高鐵變電所一次系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)項目十一、電氣設(shè)備的選擇電流的力效應(yīng)2目錄一電流力效應(yīng)概述二平行載流導(dǎo)體的電動力三短路電流的電動力3一、電流力效應(yīng)概述電流流過電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體時存在相互作用力，稱為電動力。正常運(yùn)行時，工作電流不大，電動力也不大；發(fā)生短路故障時，超大的短路電流使電動力急劇增加，這個電動力很容易使電氣設(shè)備發(fā)生變形或損壞。

防止短路時電氣設(shè)備被損壞，必須研究短路電動力大小和特征，來選擇適當(dāng)強(qiáng)度的電氣設(shè)備，使其有足夠的電動力穩(wěn)定性。4

兩根平行載流導(dǎo)體1和2，分別流過電流il和i2。若導(dǎo)體長度L遠(yuǎn)大于兩導(dǎo)體軸線間距離a，而軸線間距離a又比導(dǎo)體直徑大得多，則可以把導(dǎo)體當(dāng)作無限長來處理。

二、平行載流導(dǎo)體的電動力5電流i2在導(dǎo)體1軸線位置產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：其中a——兩導(dǎo)體軸線間距(m)；μ0——真空中的磁導(dǎo)率（H/m）,μ0=4π×10-7（H/m）。

6在導(dǎo)體1軸線上每一點B的方向處處與導(dǎo)體1軸線垂直。因此導(dǎo)體1受力的大小為：其中L為導(dǎo)體長度(m)。導(dǎo)體2受力與導(dǎo)體1受力相等。力F的方向：電流il和i2在兩平行導(dǎo)體中流向相同時，產(chǎn)生相互吸引的力。電流il和i2的流向相反時，產(chǎn)生互相排斥的力。7電動力F在導(dǎo)體上實際是均勻分布的。單位長度載流導(dǎo)體上的受力為：受鄰近效應(yīng)的影響，實際電流il

和i2并非在軸線而是向?qū)w截面外側(cè)排擠，電流在導(dǎo)體截面上分布不均勻。所以在公式中應(yīng)引入一個形狀系數(shù)。8三、短路電流的電動力

1.兩相短路時電動力的計算在三相交流電路中發(fā)生兩相短路時，設(shè)短路電流周期分量不衰減，短路電流大小可表示為其中I“(2)——兩相短路次暫態(tài)電流(A)；Ta——非周期分量衰減時間常數(shù)(s)。

9兩相短路電流在平行導(dǎo)體中產(chǎn)生的電動力大小為最大電動力出現(xiàn)在短路開始后0.01秒。這時的短路電流最大，等于沖擊電流iim(2)，所以102.三相短路時電動力的計算三相平行載流導(dǎo)體流過三相短路電流：

其中φA——剛短路時A相電流的初相位。A相導(dǎo)體受B相和C相電流作用力；B相導(dǎo)體受A相和C相電流作用力。

1112A相或C相(旁邊相)所受最大電動力為B相(所謂中間相)所受最大電動力為三相短路時中間相(B相)所受電動力最大。今后在設(shè)計水平布置的三相平行載流導(dǎo)體時，以B相所受最大電動力作為驗算機(jī)械強(qiáng)度的依據(jù)。高鐵變電所一次系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)項目十一、電氣設(shè)備的選擇電流的熱效應(yīng)2目錄一電流熱效應(yīng)概述二負(fù)荷電流的熱效應(yīng)三材料性質(zhì)與溫度關(guān)系四短路電流的熱效應(yīng)3一、電流熱效應(yīng)概述電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體通過電流時，導(dǎo)體及接觸部分的電阻會產(chǎn)生功率損耗，導(dǎo)體周圍的金屬材料，會在交變磁場中產(chǎn)生渦流損耗，導(dǎo)體周圍的絕緣材料在電場作用下產(chǎn)生介質(zhì)損耗，這些損耗都轉(zhuǎn)變成了熱能。這些熱能一部分散失到周圍介質(zhì)中，一部分使導(dǎo)體本身發(fā)熱，溫度升高。

溫度升高，導(dǎo)體機(jī)械強(qiáng)度降低，絕緣老化加速，縮短設(shè)備使用壽命。

導(dǎo)體通過電流時溫度的變化曲線（圖7-1）4

電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體連續(xù)通過負(fù)荷電流，溫度上升，當(dāng)設(shè)備的發(fā)熱和散熱相等時，溫度不再上升，達(dá)到一個穩(wěn)定值。

電氣設(shè)備的計算環(huán)境溫度電氣設(shè)備和穿墻套管：40℃

母線、架空導(dǎo)線和電力電纜：25℃

埋入地中的電力電纜：15℃

用正常發(fā)熱允許溫度（導(dǎo)體和電氣設(shè)備能保持正常連續(xù)工作所允許的最高發(fā)熱溫度，此時對應(yīng)的電流值即為：額定電流）和允許溫度的溫升來對電氣設(shè)備進(jìn)行判斷和界定。

二、負(fù)荷電流的熱效應(yīng)5例如：對于A級絕緣的設(shè)備，A級絕緣允許的最高溫度為105℃，當(dāng)溫度高于105℃，每增加10℃，電氣設(shè)備的壽命將縮短一半。絕緣材料的介質(zhì)損耗也隨溫度的上升而增加，因而其介質(zhì)強(qiáng)度就下降，如圖7.2當(dāng)溫度超過80℃以后，隨溫度的升高，電瓷的擊穿強(qiáng)度迅速下降。6三、材料性質(zhì)與溫度關(guān)系圖7.1銅的抗拉強(qiáng)度與溫度的關(guān)系

圖7.2瓷的擊穿強(qiáng)度與溫度的關(guān)系1—長期工作2—短時工作

7物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)8綜合散熱系數(shù)Ks910發(fā)生短路時，通過導(dǎo)體的電流比正常的工作電流大很多倍，繼電保護(hù)裝置雖然能在短時間內(nèi)切除故障，導(dǎo)體仍有可能發(fā)熱，溫度升高較快，導(dǎo)致電氣設(shè)備損壞。

導(dǎo)體在短路時的最高溫度不超過設(shè)計允許的溫度，認(rèn)為導(dǎo)體對短路電流滿足熱穩(wěn)