熱穩定、動穩定的計算與校驗

熱穩定、動穩定的計算與校驗熱穩定和動穩定是評估電氣設備和導體在特定條件下的穩定性的重要指標。熱穩定和動穩定的計算與校驗是確保電氣設備和導體在短路等極端條件下能夠安全運行的重要環節。通過合理的計算和校驗，可以有效地預防設備損壞和安全事故的發生。熱穩定是指在規定的使用和性能條件下，電路及元件在很短的時間里能否承受短路時巨大熱量的能力。這通常通過額定短時耐受電流（IK）來衡量。熱穩定校驗通常涉及短路電流的熱效應計算，具體公式可能因設備和標準的不同而有所差異。一般地，需要考慮短路電流的大小、持續時間以及設備的熱穩定系數等因素?。?校驗方法，根據設備的額定短時耐受電流和短路電流的熱效應，可以計算出設備在短路情況下能夠承受的熱量，從而判斷設備是否滿足熱穩定要求。動穩定是指在規定的使用和性能條件下，電路及元件能否承受短路時最大電動力的能力。這通常通過額定峰值耐受電流（IP）來衡量。動穩定電流一般等于額定短時耐受電流的2.5倍，即IP = 2.5 × IK?34。?校驗方法，通過計算短路時產生的電動力，并與設備的額定峰值耐受電流進行比較，可以判斷設備是否滿足動穩定要求。此外，對于硬導體（如裸母線、密集母線等），還需要進行動穩定校驗，計算短路電流峰值以確保其機械強度。 熱穩定電流的計算有人采用:S=I∝√t kjf 103/165；其中kjf:集膚效應系數-TMY取1.15，計算結果偏大，因此建議采用以上計算。熱穩定校驗校驗電器設備和導體的熱穩定時，采用實用計算法進行校驗時，應該計算短路電流交流分量初始值和短路電流在0、t/2、t的數值，t為短路電流持續時間。電流的熱效應：正常工作狀態下，導體從環境溫度上升到允許工作溫度（或者允許工作溫度以下的某個穩定溫度值）。導體在正常工作狀態下的工作溫度是由導體的敷設方式、環境狀況等因素決定的，當電流在導體內產生的熱量與散發到環境中的熱量達成平衡后，導體就穩定工作在該溫度下正常運行。短路工作狀態下，導體從穩定工作溫度急速上升。此時導體的特點是溫升時間短、溫度急劇上升、導體的機械性能和電導率迅速下降。如果在導體溫度上升到導體允許的短路溫度前將短路故障切除，電氣設備和導體的性能將不會受到影響。導體通過工作電流和短路電流的溫升曲線，如下圖： 熱穩定校驗的作用：它可以避免在短路時，開關和導線不會損壞，否則，就會產生開關損壞或者導線直接燒毀的現場。但是根據一般設計原則，在工廠配電設計中，下列部位的母線可以不需進行母線熱效應和動效應校驗：(1)采用熔斷器保護，連接于熔斷器下側的母線（限流熔斷器除外）。(2)電壓互感器回路內的母線。(3)變壓器容量在1250KVA及以下，電壓12KV及以下，不致于因故障而損壞母線的部位。主要用于非重要用電場所的母線。(4)不承受熱效應和動效應的部位，如避雷器的連接線和封線。所以,只要保證方便接線的母線寬度即可。 動穩定電流的計算上式中W取值時，b為寬度cm，h為厚度cm。說明：開關柜采用平頂柜時，一般按母線厚度相對或寬度相對計算；如果采用高低柜時，則要按母線三角形排列估算。開關柜母線在不同額定短時耐受電流（額定短路開斷電流）下最大跨距的計算，示例如下： 上表可見：1．母線厚度相對時：當KYN28-12型產品選用TMY100*10距離1400以內可不加支撐，超過1400必須加支撐；當KYN28-12型產品選用TMY80*8距離1200以內可不加支撐，超過1200必須加支撐。2．母線寬度相對時：當KYN28-12型產品選用TMY100*10距離700以內可不加支撐，超過700必須加支撐；當KYN28-12型產品選用TMY8*8距離500以內可不加支撐，超過500必須加支撐。動穩定校驗式中σm,d——主導體間計算的允許彎曲應力（N/m2）；q——可塑性系數；fy——材料的屈服點的應力（N/m2）；由導體的材料給出。（2）硬導體自然頻率的計算單根導體的固有自然頻率fcm為式中fcm——導體的固有自然頻率（Hz）；γ——估算相關自然頻率的系數；E——楊氏模量，由導體材料確定（N/m2）；Jm——導體面積的二次矩（m4）；——單位長度導體的質量（kg/m）；l——主導體支架的中心線距離（m）。（3）電磁力的計算根據《配四》里的公式推導而來1）兩根平行導體間的力為 式中F——短路時作用在兩根平行導體的力（N）;μ0——真空磁導率，μ0=4π×10-7H/m；i1、i2——導體中電流（A）；l——支柱間的中心線距離（m）；a——兩平行導體間的中心線距離（m）。2）在同一平面內以中心線距離相等布置的硬導體，三相短路時作用在中間主導體最大受力，該最大的力為式中Fm3——三相短路時作用在主導體的力（N）;μ0——真空磁導率，μ0=4π×10-7H/m；ip——三相短路時的短路電流峰值（A）；l——支柱間的中心線距離（m）；am——相鄰主導體間的有效距離（m）。（4）硬導體彎曲應力的計算1）考慮自振頻率影響時三相短路的最大作用力Fk3為式中Fk3——考慮自振頻率影響時三相短路的最大作用力（N）；Kx——矩形截面導體的形狀系數；ip——三相短路沖擊電流（kA）；β——振動系數，在單頻振動系統中，β，可根據導體固有頻率f0查得；D——導體中心距離（m）；l——支撐絕緣子的跨度（m）。2）考慮自振頻率影響時導體的應力。導體的應力與導體的自振頻率和系統頻率有關，當兩個頻率接近時，應力將被放大。對于振動系數β，當導體的自振頻率fm能限制在上述共振頻率范圍之外時β≈1，當導體的自振頻率無法限制在上述共振頻率范圍之外時，導體受力應乘以振動系數β。 當跨數大于2時，導體的應力σc為式中σc——考慮自振頻率影響時的導體的應力（Pa）；Kx——矩形截面導體的形狀系數；ip——三相短路沖擊電流（kA）；β——振動系數；l——支撐絕緣子的跨度（m）；D——導體中心距離（m）；W——導體截面系數（m3）。（4）導體應力對支撐件作用力如《配三》提到，變壓器容量630kV·A以上時間距按350mm，變壓器容量630kV·A以下時間距按250mm，間距大了之后，電抗大了近10%，這樣短路電流會小一些，影響大的主要還是間距在計算電磁力時的影響，影響更加直接。導體應力對支撐件作用力為校驗導體對支撐件的作用力是否滿足，按《配四》表）校驗。根據公式計算絕緣子彎曲破壞荷載最小為Fph=3027/0.6N=5045N，用這個數值來查樣本確定最終支撐絕緣子參數。

通過熱穩定電流（即：額定短時耐受電流）計算值，來確定導體截面最小取值：GB3906中公式：S=I/a√(t/△θ)式中：I--額定短時耐受電流（A）；a—材質系數，銅為13，鋁為8.5；t--額定短路持續時間(S)；△θ—溫升（K），對于裸導體一般取180K，對于4S持續時間取215K。則：25KA/4S系統銅母線最小截面積S=（25/13）*√4/215=260 mm231.5KA/4S系統銅母線最小截面積S=（31.5/13）*√4/215=330 mm240KA/4S系統銅母線最小截面積S=（40/13）*√4/215=420 mm263KA/4S系統銅母線最小截面積S=（63/13）*√4/215=660 mm280KA/4S系統銅母線最小截面積S=（80/13）*√4/215=840 mm2接地母線按系統額定短時耐受電流的86.7%考慮:25KA/4S系統接地銅母線最小截面積S=260*86.7%=225mm231.5KA/4S系統接地銅母線最小截面積S=330*86.7%=287mm240KA/4S系統接地銅母線最小截面積S=420*86.7%=370mm263KA/4S系統接地銅母線最小截面積S=660*86.7%=580mm280KA/4S系統接地銅母線最小截面積S=840*86.7%=730mm2

通過動穩定電流（即：額定峰值耐受電流）計算值，來確定銅母線最大跨距(兩個支撐間的最大距離)。

動穩定是交流系統短路電流引起的機械效應，包括硬導體和軟導線的電磁效應。硬導體的應力和支架的受力與支撐的方式和支架的數量有關。在短路電流相同的情況下，采用不同的支撐類型和支架數量，硬導體的應力和支架的受力將會是不同的，還與導體和安裝系統的相關固有頻率與電氣系統頻率之間的比率有關。在共振或接近共振的情況下，硬導體的應力和支架的受力將會被放大，不能忽視導體的自然頻率。 通過動穩定計算，避免因短路引起的機械效應造成的傷害。（1）硬導體的允許應力計算單根硬導體承受短路電流產生的電動力，硬導體的允許應力應滿足