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低压成套设备短路电流的电动力分析

2019-03-06 点击数:69

  当低压成套开关设备内部的母线系统或者载流导体流过短路电流时,短路电流会对母线系统和载流导体产生巨大的电动力冲击作用,低压开关柜的结构件也将承受瞬间巨大的破坏作用。

        首先要明确电流电动力的作用方向。

        先来判断磁力线方向:在上图(a)中,我们看到图中两支导线的电流方向是一致的。根据右手螺旋定则可知:上导线在下导线周围产生的磁力线方向是流入纸面,图中用“×”作标记;下导线在上导线周围产生的磁力线方向是流出纸面的,图中用 “” 作标记。同理,上图(b)中,两导线电流方向相反,磁力线方向如图中标记所示。

        根据左手定则可知导线的受力方向,即上下两根导线中的电流方向一致时,两导线之间会产生相吸的电动力。上下两导线中的电流方向相反时,两导线间会产生相斥的电动力。(忘记右手螺旋定则和左手定则的圈友自行学习一下,这里不再赘述。)

        根据安培力公式毕奥-萨伐尔定律计算矩形母线间短路电动力,设两支铜排中流过的电流分别是I1I2,则铜排之间的作用力为:

那么矩形铜排形状系数Ks如何确定呢?假设铜排中心距为a,宽度是h,厚度是b。其中b/h和(a-b)/(h+b)这两个参数与Ks密切相关。其关系如下图所示。


        设低压成套开关设备主母线铜排规格为:宽(h)×厚(b)=80mm×8mm,对于不同的铜排中心距,依据上图可得如下Ks值:

a/mmKs
4001
2000.95
1000.82
500.6
250.1

        由于低压成套开关设备带电体之间的电气间隙不得小于25mm,所以查上表可知Ks=0.1,虽然上述Ks是用80mm×8mm铜排截面推导出来的,但其适用于铜排规格60mm×6mm、100mm×10mm、120mm×12mm等各种情况。

        我们知道电路中所能承受的最大电流为额定峰值耐受电流Ipk,代入电动力公式即可求得铜排之间的最大承受电动力。值得注意的是,当发生三相短路时,由于中间母线同时受两侧母线的电动力叠加作用,中间母线承受的短路电动力比两侧母线大,根据电流的相位关系可得中间母线所受电动力为两侧的1.33倍,即:

FB=1.33FA=1.33FC

式中:FAFBFC为A、B、C三相主母线所受短路电动力;

        对于四极母线系统(三相主母线和N线),在相同的电流值下,单相短路的电动力大于三相短路的电动力。这是因为四极母线系统发生单相短路时,靠近N母线的相铜排与N母线铜排中同时出现大小相等方向相反的短路峰值电流,所以低压开关柜内单相短路时主母线母排承受的短路电动力最大。

        理论和型式试验都证明,在低压成套开关设备的四极主母线中,靠近N线铜排的相线铜排与N线铜排之间会出现最大的短路电动力,约为三相短路电动力的2倍。因此,必须认真仔细地设计低压成套开关设备四极主母线系统的母线夹和柜体结构。对于母线夹的材质也要予以关注,除了要确保母线夹的绝缘性能外,更要务必确保母线夹能够承受最大短路电动力的冲击。


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