新东北电气集团高压开关有限公司沈阳电力科技开发分公司,辽宁 沈阳 110000
摘要:通过导体的电流产生磁场,因此,载流导体之间会受到电动力的作用。正常工作情况下,导体通过的工作电流不大,因而电动力也不大,不会影响GIS设备的正常工作。短路时,导体通过很大的冲击电流,产生的电动力可达很大的数值,导体和触头可能因此产生变形或损坏。本文以252kV GIS母线为研究对象,对GIS电动稳定性进行了研究。采用毕奥-萨伐尔定律,计算出短路电流下,GIS母线产生的电动力。
关键词:电动力;短路电流
引言
气体绝缘金属封闭开关设备简称GIS,GIS导体中电流产生磁场,因此,载流导体之间会受到电动力的作用。正常工作情况下,导体通过的工作电流不大,因而电动力也不大,不会影响GIS设备的正常工作。短路时,导体通过很大的冲击电流,产生的电动力可达很大的数值,导体和触头可能因此产生变形或损坏。因此本文采用毕奥-萨伐尔定律,计算出短路电流下,GIS母线产生的电动力。
1母线基本参数
252kV GIS母线的基本参数如下:
1、母线流额定电流为3150A。
2、母线短路电流为50kA。
3、两个母线间距为l=500mm。
图1母线内部图
2 电动力计算
母线在额定电流3150A和三相短路电流50KA时,计算母线在短路环流作用下所受电动力。
三相母线相当于由多根载流导线组成的导体,其激发的磁感应强度相当于载流导线激发的磁感应强度的叠加。对于载流导线,可以看成是由许多个电流元Idl连接而成。这样,载流导线的磁场中某点所激发的磁感应强度B,就是由这导线的所有电流元在该点的dB的叠加。通电导线周围任意一点的磁感应强度如图2所示,在真空中通有电流的长直导线CD,在其上取一电流元Idz,根据毕奥—萨伐尔定律,此电流元在点P所激起的磁感应强度dB大小为:
(1)
式中,为电流元Idz与矢量r之间的夹角。dB的方向垂直于Idz与r所组成的平面(即yOz平面),沿负x轴方向。从图2中可以看出,直导线上各个电流元的dB的方向都相同。因此点P的磁感应强度的大小就等于各个电流元的磁感应强度之和,用积分表示,有
(2)
z,r和有如下关系
,
(3)
于是上式可写成
(4)
根据毕奥-萨伐尔定律可知,二载流导体导体间相互作用的电动力为
(5)
KC:回路系数,仅与导体回路形状、长度、布置等几何参数有关。
对于两平行有限长直导线,回路系数为:
(6)
图2 通电导线周围任意一点的磁感应强度
图3 母线发生单相短路时导体模型
2.1三相短路电流下母线所受电动力
根据以上理论分析,计算得母线在额定电流下,导体模型如图3所示,导体受到的电动力方向由导体垂直指向壳体,其值为:
(7)
母线发生50KA三相短路时,导线的Kc的回路系数:
(8)
导体受到的电动力为:
(9)
(10)
(11)
采用数值分析的解法对该电动合力进行计算,计算得电动力合力最大值为5910N,则单位长度母线所受电动力。
结束语
以252kV GIS母线为研究对象,对GIS在额定运行时进行研究,得出如下结论:
电动力随时间变化而变化,在50KA三相短路电流作用下单位长度母线所受电动力最大值为565.55N/m。
参考文献
[1]孟祥萍、高嫌编.电力系统分析.第二版.高等教育出版社,2010.
[2]陈珩编.电力系统稳态分析.第三版.中国电力出版社,2007.
[3]李光琦编.电力系统暂态分析.第三版.中国电力出版社,2007.
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