單排排母規(guī)格的選擇過程中,需要滿足以下兩個原則:滿足載流能力要求和熱穩(wěn)定性驗證,即短路電流的熱效應(yīng)。動態(tài)穩(wěn)定性主要考慮銅排的固定和支撐,即短路電流的電磁效應(yīng)。對于高壓單排排母規(guī)格的選擇,如橫截面積,只需考慮熱穩(wěn)定性驗證,與動態(tài)穩(wěn)定性驗證不同。
額定短時耐受電流是指設(shè)備在規(guī)定時間內(nèi)(該時間是從閉合到跳閘的持續(xù)時間)在閉合位置能夠承受的電流的有效值,即,從閉合到跳閘期間,設(shè)備及其線路部件不會被通過的短路電流熔化。這就是熱穩(wěn)定性的概念。這里的線路組件可以是單排排母。額定峰值耐受電流是指在系統(tǒng)最嚴(yán)重的短路情況下,當(dāng)設(shè)備在閉合位置承受額定短路峰值電流時,設(shè)備及其線路部件產(chǎn)生電力,但不會損壞的動態(tài)穩(wěn)定性概念。額定短路持續(xù)時間是指設(shè)備在閉合位置能夠承受額定短路耐受電流(而非峰值電流)的時間。在此時間之后,設(shè)備將跳閘,不再承受短路電流。
高壓單排排母的規(guī)格應(yīng)滿足上述熱穩(wěn)定性驗證的要求。在設(shè)計和組裝時,為了滿足載流能力的要求,只要導(dǎo)線的橫截面滿足要求。在實際應(yīng)用中,對于相同截面積的公交車,如tmy6*80,載流能力大于tmy8*60。原因是前者的橫截面周長大于后者,在相同長度下前者的體面積大于后者,散熱面積和電流集膚效應(yīng)的差異導(dǎo)致兩者的載流能力在設(shè)計和裝配上不同,必須滿足動力穩(wěn)定性的要求。應(yīng)首先考慮單排排母的應(yīng)力方向。例如,盡量不采用與單排排母相對的寬表面安裝方式,因為這種方式下單排排母承受的應(yīng)力最大。單排排母支撐固定件的間距應(yīng)充分考慮,以滿足動態(tài)穩(wěn)定性要求,無浪費(fèi)。應(yīng)考慮單排排母支撐固定件的強(qiáng)度是否能承受單排排母的熱功率和電功率。絕緣子和間距等支撐固定件應(yīng)進(jìn)行動作穩(wěn)定性驗證。需要注意的是,雖然絕緣子等單排排母支撐固定件的抗彎抗拉強(qiáng)度能夠滿足動態(tài)穩(wěn)定性驗證的要求,但其螺栓、螺母等緊固件也應(yīng)能夠承受電力的沖擊載荷,螺栓、螺母等緊固件應(yīng)能承受單排排母和支撐單排排母的重量,并符合標(biāo)準(zhǔn)。
中規(guī)定的單排排母安裝規(guī)范,經(jīng)動、熱穩(wěn)定性驗證,單排排母在承受額定短時耐受電流和額定峰值耐受電流后,如絕緣、控制、回路電阻、機(jī)械運(yùn)行和機(jī)械特性試驗,仍能滿足型式試驗規(guī)定的要求,則試驗合格。額定短時耐受電流(IK)(舊術(shù)語為“熱穩(wěn)定電流”):在規(guī)定的使用和性能條件下,在規(guī)定的短路時間內(nèi),開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備在閉合位置可承載的電流的有效值。額定短時耐受電流的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)從gb762規(guī)定的R10系列中選擇,并應(yīng)等于開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的短路額定值。
額定峰值耐受電流(IP)(舊術(shù)語為“動態(tài)穩(wěn)定電流”):在規(guī)定的使用和性能條件下,開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備在合閘位置能承受的額定短時耐受電流前半波的電流峰值,以及相應(yīng)額定頻率50Hz及以下的額定峰值耐受電流,應(yīng)等于額定短時耐受電流的2.5倍;與60Hz及以下額定頻率對應(yīng)的額定峰值耐受電流應(yīng)等于額定短時耐受電流的2.6倍。由于本文未進(jìn)行動態(tài)穩(wěn)定性驗證,這一點(diǎn)可以忽略。
根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn),可能需要高于額定短時耐受電流2.5倍的值,額定短路持續(xù)時間:開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備能夠在閉合位置承載額定短時耐受電流的時間間隔。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定72.5kV以下開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的額定短路持續(xù)時間為4S(實際上,許多公司生產(chǎn)的高壓開關(guān),如VS1和VD4真空斷路器,在不同開斷容量下的額定短路耐受時間為3S和2s等)。根據(jù)熱穩(wěn)定性驗證公式:S=I/A*√ (T/△ θ) 式中:I為額定短時耐受電流;A是材料系數(shù),銅為13,鋁為8.5;T為額定短路持續(xù)時間;裸導(dǎo)線一般取180K,短路4S取215k。為了便于計算,我們首先計算了額定短時耐受電流為1ka/4S(s=1000//13)時單排排母的最小截面積*√ (4 / 215) ≈ 10.49,然后計算。
應(yīng)注意的是,高壓開關(guān)設(shè)備中線路點(diǎn)的額定短時耐受電流應(yīng)根據(jù)上級變壓器的容量和從電源端到短路點(diǎn)的線路總阻抗計算。例如,相同的10kV系統(tǒng)后面是一個容量相同的10/0.4變壓器。即使負(fù)載大小相同,變壓器一次側(cè)10kV開關(guān)設(shè)備中斷路器的額定短時耐受電流也不同。為簡便起見,在忽略單排排母內(nèi)阻等因素的情況下,我們一般選擇該段單排排母上部開關(guān)的短路耐受電流和短路持續(xù)時間進(jìn)行熱穩(wěn)定性驗證和計算。此外,導(dǎo)線的載流量和線路點(diǎn)的短路電流還受海拔、濕度、環(huán)境溫度、導(dǎo)線工作溫度和導(dǎo)線短路時的最高溫度等因素的影響。相關(guān)校正數(shù)據(jù)可在相關(guān)表格中找到。