气体绝缘金属封闭开关设备三相短路电流下母线电动力计算

气体绝缘金属封闭开关设备三相短路电流下母线电动力计算

白春东

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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