短路电流初始阶段根据上一小节分析可知，合闸相角为φ+π/6时，触头系统电动稳定性最差，故本节主要分析合闸相角为φ+π/6时频率对电动稳定性的影响。增大的冲击系数，势必会对短耐过程中电动稳定性造成影响。因此，如何采取措施抑制频率升高后电流的不均匀性，以及提高外侧动导电杆的动热稳定性是提高非工频框架断路器短时耐受能力的关键点之一。......
2023-06-15
提升电器的电动稳定性
【摘要】：电器的电动稳定性是指电器能短时耐受短路电流的作用，且不致产生永久性形变或遭到机械损伤的能力。在短路电流产生的巨大电动力作用下，载流导体以及与工作刚性连接的绝缘件和结构件均可能发生形变乃至损坏，故电动稳定性也是考核电器性能的重要指标之一。此电动力为视闸刀为两端固定的横梁，闸刀断面内的最大应力为因此，开关的电动稳定性是合格的。
电器的电动稳定性是指电器能短时耐受短路电流的作用，且不致产生永久性形变或遭到机械损伤的能力。在短路电流产生的巨大电动力作用下，载流导体以及与工作刚性连接的绝缘件和结构件均可能发生形变乃至损坏，故电动稳定性也是考核电器性能的重要指标之一。
当导体通过交变电流时，电动力的量值和方向都会随时间变化。众所周知，材料的强度不仅受力的影响、也受其方向、作用时间和增长速度的影响。但导体、绝缘件和结构件等在动态情况下的行为相当复杂，故电动稳定性照例仅在静态条件下按最大电动力来校核。
电器的动稳定性一般可直接以其零部件的机械应力不超过容许值时的电流（幅值）Im表示，或以该电流与额定电流In之比表示，即
发生短路后第一个周期的冲击电流的有效值用Ii1表示。
对于单相设备或系统，电动力按短路冲击电流计算，短路冲击电流为
式中：
——单相短路电流对称分量的幅值。
若短路点很接近发电机，则应取短路时的超瞬变电流（幅值）作为计算电流Im。
对于三相设备或系统，计算电动力时依据的电流为
式中：
——三相短路电流对称分量的幅值。
计算三相系统的电动力时，应注意当三相导体平行时，中间相电动力最大。导体材料的应力必须小于下列数值：铜为13.7×107 N·m-2；铝为6.86×107 N·m-2。
电器或系统的大电流回路往往为若干导体并联构成的导体束。这时，电动力包含邻相或相邻电路间的电动力和同相并联导体间的电动力。同相并联导体的间距常取为导体的厚度，故其间的电动力可能较邻相间的大得多。
若令相邻电路或邻相导体间的电动力产生的应力为σ1，而同相并联导体间的电动力产生的应力为σ2，则导体中的总应力为
式中：M1——弯矩；
W——关于弯曲轴线的断面系数；
f1——作用于单位长度母线上的邻相间或相邻导体间的电动力；
l1——绝缘子间的跨距。
如果同相并联导体作刚性连接，那么应力为
式中：f2——导体束单位长度母线上相互作用的电动力；
l2——绝缘垫块间的距离。
由于导体束中母线间的距离与母线截面周边尺寸为可比，故计算电动力时应引入形状系数Kf。
作用于绝缘子上的力为
故选择绝缘子时应使冲击电流产生的电动力小于制造厂规定的最小破坏力的60%。至于形状复杂的绝缘件（如瓷衬套等），容许机械应力还与厚度有关。此外，还应注意到绝缘子的抗拉强度比其抗压强度小很多。
【例2-4】有一闸刀以空心硬紫铜管制造的三相隔离开关。铜管外直径D=40 mm、内直径d=36 mm、长度l=1 000 mm。相间距离a=600 mm，硬紫铜的抗拉强度[σ]=250×106 Pa。若通过闸刀的极限电流为
，试校核开关的电动稳定性。
【解】如前所述，中间相闸刀承受的电动力为最大。此电动力为
视闸刀为两端固定的横梁，闸刀断面内的最大应力为
因此，开关的电动稳定性是合格的。
习题2
1.电器中有哪些热源？各有何特点？
2.散热方式有几种？各有何特点？
3.截面积为100×10mm2的矩形铜母线每1 cm长度内的功率损耗为2.5W，其外层包有1 mm厚的绝缘层（λ=1.14 W·m-1·K-1），试对其进行发热计算。若将它以窄边为底置于静止空气中（θ0=35℃），试求其长期允许工作电流。
4.一直流电压线圈绕在套于铁芯柱上的金属衬套上，其额定电压Un=36 V。线圈的外直径D1=40 mm、内直径D2=20 mm、高度h=60 mm、匝数N=5 500。绕组线直径d=0.33 mm。设线圈外表面的综合散热系数KT=12 W·（m2·K）-1，试求线圈的平均温升。
5.一车间变电站低压侧短路电流I∞=31.4 kA，所用铝母线截面积A=60×6 mm2。母线短路保护动作时间和断路器分断时间共计1 s。若母线正常工作时的温度θ0=55℃，试校核其热稳定性。若将母线更换为铜质，试求其能满足热稳定性要求的最小截面积。
6.载流导体间为什么相互间有电动力作用？
7.当计算载流导体间的电动力时，为什么要引入回路系数和形状系数？
8.交变电流下的电动力有何特点？
9.三相短路时，各相导线所受电动力是否相同？
10.一载流体长1 m，其中通有电流I=20 kA，若此导体平行于相距50 mm的一无限大钢板，试求作用于导体上的电动力。
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