热稳定、动稳定的计算与校验

热稳定、动稳定的计算与校验热稳定和动稳定是评估电气设备和导体在特定条件下的稳定性的重要指标。热稳定和动稳定的计算与校验是确保电气设备和导体在短路等极端条件下能够安全运行的重要环节。通过合理的计算和校验，可以有效地预防设备损坏和安全事故的发生。热稳定是指在规定的使用和性能条件下，电路及元件在很短的时间里能否承受短路时巨大热量的能力。这通常通过额定短时耐受电流（IK）来衡量。热稳定校验通常涉及短路电流的热效应计算，具体公式可能因设备和标准的不同而有所差异。一般地，需要考虑短路电流的大小、持续时间以及设备的热稳定系数等因素‌。‌校验方法，根据设备的额定短时耐受电流和短路电流的热效应，可以计算出设备在短路情况下能够承受的热量，从而判断设备是否满足热稳定要求。动稳定是指在规定的使用和性能条件下，电路及元件能否承受短路时最大电动力的能力。这通常通过额定峰值耐受电流（IP）来衡量。动稳定电流一般等于额定短时耐受电流的2.5倍，即IP = 2.5 × IK‌34。‌校验方法，通过计算短路时产生的电动力，并与设备的额定峰值耐受电流进行比较，可以判断设备是否满足动稳定要求。此外，对于硬导体（如裸母线、密集母线等），还需要进行动稳定校验，计算短路电流峰值以确保其机械强度。 热稳定电流的计算有人采用:S=I∝√t kjf 103/165；其中kjf:集肤效应系数-TMY取1.15，计算结果偏大，因此建议采用以上计算。热稳定校验校验电器设备和导体的热稳定时，采用实用计算法进行校验时，应该计算短路电流交流分量初始值和短路电流在0、t/2、t的数值，t为短路电流持续时间。电流的热效应：正常工作状态下，导体从环境温度上升到允许工作温度（或者允许工作温度以下的某个稳定温度值）。导体在正常工作状态下的工作温度是由导体的敷设方式、环境状况等因素决定的，当电流在导体内产生的热量与散发到环境中的热量达成平衡后，导体就稳定工作在该温度下正常运行。短路工作状态下，导体从稳定工作温度急速上升。此时导体的特点是温升时间短、温度急剧上升、导体的机械性能和电导率迅速下降。如果在导体温度上升到导体允许的短路温度前将短路故障切除，电气设备和导体的性能将不会受到影响。导体通过工作电流和短路电流的温升曲线，如下图： 热稳定校验的作用：它可以避免在短路时，开关和导线不会损坏，否则，就会产生开关损坏或者导线直接烧毁的现场。但是根据一般设计原则，在工厂配电设计中，下列部位的母线可以不需进行母线热效应和动效应校验：(1)采用熔断器保护，连接于熔断器下侧的母线（限流熔断器除外）。(2)电压互感器回路内的母线。(3)变压器容量在1250KVA及以下，电压12KV及以下，不致于因故障而损坏母线的部位。主要用于非重要用电场所的母线。(4)不承受热效应和动效应的部位，如避雷器的连接线和封线。所以,只要保证方便接线的母线宽度即可。 动稳定电流的计算上式中W取值时，b为宽度cm，h为厚度cm。说明：开关柜采用平顶柜时，一般按母线厚度相对或宽度相对计算；如果采用高低柜时，则要按母线三角形排列估算。开关柜母线在不同额定短时耐受电流（额定短路开断电流）下最大跨距的计算，示例如下： 上表可见：1．母线厚度相对时：当KYN28-12型产品选用TMY100*10距离1400以内可不加支撑，超过1400必须加支撑；当KYN28-12型产品选用TMY80*8距离1200以内可不加支撑，超过1200必须加支撑。2．母线宽度相对时：当KYN28-12型产品选用TMY100*10距离700以内可不加支撑，超过700必须加支撑；当KYN28-12型产品选用TMY8*8距离500以内可不加支撑，超过500必须加支撑。动稳定校验式中σm,d——主导体间计算的允许弯曲应力（N/m2）；q——可塑性系数；fy——材料的屈服点的应力（N/m2）；由导体的材料给出。（2）硬导体自然频率的计算单根导体的固有自然频率fcm为式中fcm——导体的固有自然频率（Hz）；γ——估算相关自然频率的系数；E——杨氏模量，由导体材料确定（N/m2）；Jm——导体面积的二次矩（m4）；——单位长度导体的质量（kg/m）；l——主导体支架的中心线距离（m）。（3）电磁力的计算根据《配四》里的公式推导而来1）两根平行导体间的力为 式中F——短路时作用在两根平行导体的力（N）;μ0——真空磁导率，μ0=4π×10-7H/m；i1、i2——导体中电流（A）；l——支柱间的中心线距离（m）；a——两平行导体间的中心线距离（m）。2）在同一平面内以中心线距离相等布置的硬导体，三相短路时作用在中间主导体最大受力，该最大的力为式中Fm3——三相短路时作用在主导体的力（N）;μ0——真空磁导率，μ0=4π×10-7H/m；ip——三相短路时的短路电流峰值（A）；l——支柱间的中心线距离（m）；am——相邻主导体间的有效距离（m）。（4）硬导体弯曲应力的计算1）考虑自振频率影响时三相短路的最大作用力Fk3为式中Fk3——考虑自振频率影响时三相短路的最大作用力（N）；Kx——矩形截面导体的形状系数；ip——三相短路冲击电流（kA）；β——振动系数，在单频振动系统中，β，可根据导体固有频率f0查得；D——导体中心距离（m）；l——支撑绝缘子的跨度（m）。2）考虑自振频率影响时导体的应力。导体的应力与导体的自振频率和系统频率有关，当两个频率接近时，应力将被放大。对于振动系数β，当导体的自振频率fm能限制在上述共振频率范围之外时β≈1，当导体的自振频率无法限制在上述共振频率范围之外时，导体受力应乘以振动系数β。 当跨数大于2时，导体的应力σc为式中σc——考虑自振频率影响时的导体的应力（Pa）；Kx——矩形截面导体的形状系数；ip——三相短路冲击电流（kA）；β——振动系数；l——支撑绝缘子的跨度（m）；D——导体中心距离（m）；W——导体截面系数（m3）。（4）导体应力对支撑件作用力如《配三》提到，变压器容量630kV·A以上时间距按350mm，变压器容量630kV·A以下时间距按250mm，间距大了之后，电抗大了近10%，这样短路电流会小一些，影响大的主要还是间距在计算电磁力时的影响，影响更加直接。导体应力对支撑件作用力为校验导体对支撑件的作用力是否满足，按《配四》表）校验。根据公式计算绝缘子弯曲破坏荷载最小为Fph=3027/0.6N=5045N，用这个数值来查样本确定最终支撑绝缘子参数。

通过热稳定电流（即：额定短时耐受电流）计算值，来确定导体截面最小取值：GB3906中公式：S=I/a√(t/△θ)式中：I--额定短时耐受电流（A）；a—材质系数，铜为13，铝为8.5；t--额定短路持续时间(S)；△θ—温升（K），对于裸导体一般取180K，对于4S持续时间取215K。则：25KA/4S系统铜母线最小截面积S=（25/13）*√4/215=260 mm231.5KA/4S系统铜母线最小截面积S=（31.5/13）*√4/215=330 mm240KA/4S系统铜母线最小截面积S=（40/13）*√4/215=420 mm263KA/4S系统铜母线最小截面积S=（63/13）*√4/215=660 mm280KA/4S系统铜母线最小截面积S=（80/13）*√4/215=840 mm2接地母线按系统额定短时耐受电流的86.7%考虑:25KA/4S系统接地铜母线最小截面积S=260*86.7%=225mm231.5KA/4S系统接地铜母线最小截面积S=330*86.7%=287mm240KA/4S系统接地铜母线最小截面积S=420*86.7%=370mm263KA/4S系统接地铜母线最小截面积S=660*86.7%=580mm280KA/4S系统接地铜母线最小截面积S=840*86.7%=730mm2

通过动稳定电流（即：额定峰值耐受电流）计算值，来确定铜母线最大跨距(两个支撑间的最大距离)。

动稳定是交流系统短路电流引起的机械效应，包括硬导体和软导线的电磁效应。硬导体的应力和支架的受力与支撑的方式和支架的数量有关。在短路电流相同的情况下，采用不同的支撑类型和支架数量，硬导体的应力和支架的受力将会是不同的，还与导体和安装系统的相关固有频率与电气系统频率之间的比率有关。在共振或接近共振的情况下，硬导体的应力和支架的受力将会被放大，不能忽视导体的自然频率。 通过动稳定计算，避免因短路引起的机械效应造成的伤害。（1）硬导体的允许应力计算单根硬导体承受短路电流产生的电动力，硬导体的允许应力应满足