各种导线载流量计算
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难 点：掌握电器和载流导体发热及电动力效应的计算；
掌握电气设备选择的一般选择条件和具体设备选 择校验的主要内容
泸州职业技术学院 电气一次 2
目 录
§9-1 电器和载流导体的发热
§9-2 电器和载流导体的电动力效应
§9-3 电气设备选择的一般原则
§9-4 高压开关电器的选择 §9-5 母线、电缆和绝缘子的选择 §9-6 互感器的选择
9.3.1 按正常工作条件选择
1、电气设备型式的选择： 在具有基本相同功能的同类设备中选用合适的系 列或结构型式的产品。 按使用环境选型：户内、户外、特殊地区环境 按布臵或装配方式选型： 按参数范围选型 新技术、新产品的推广使用和经济实惠 适当避免型式选用的多样化
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满足热稳定的条件： I r2t Qd
5、动稳定校验： Fxu≥Fmax 或σxu≥σmax 满足动稳定的条件： idw ich
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22
9.4.3 高压熔断器的选择
1、选型：
户 内 型
RN1，RN3，RN5：用于线路和变压器的过载和短路保护； RN2，RN6：用于电压互感器专用保护（Ie=0.5A）。 跌落式：用于线路和变压器的过载和短路保护； 限流式：用于电压互感器专用保护（Ie=0.5A）。
2 Qzt I dzt 对无限大容量电力系统： 2 Q fzt ——非周期分量热效应值: Q fzt T fi I z
当t≥1s时，Q fzt 忽略不计
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9.1.5 故障情况下短时发热的计算
表9-1 不同短路点等效时间常数Tfi 的推荐值 短 水 轮 高压侧母线 远 离 发 路 电 点 机 端 (s)
式中：K——可靠系数，不计电动机自起动时 K=1.1～1.3 考虑电动机自起动时 K=1.5～2.0 Igmax——电力变压器回路最大工作电流。 用于电容器保护的熔体额定电流：I
ert
KI eC
式中：K——可靠系数，一台电容器时 K=1.1～1.3 一组电容器时 K=1.5～2.0 IeC——电力电容器回路的额定电流 。
第9章 电气设备选择
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电气一次
1
第9章 电气设备选择
教学目的：掌握电器和载流导体发热及电动力效应的计算； 掌握电气设备选择的一般选择条件和具体设备选 择校验的主要内容； 掌握主要设备的选择条件、方法和技巧。 重 点：掌握电器和载流导体发热及电动力效应的计算；
掌握电气设备选择的一般选择条件和具体设备选 择校验的主要内容。
2 Qdt I zt d t T fi ( I z'' ) 2 Qzt Q fzt 0 t
式中： Qzt ——周期分量热效应值：用1-10-1法计算 t " 2 2 Q zt ( I Z2 10 I Z ( t / 2 ) I Zt ) 12 t——故障切除时间=继电保护动作时间+QF分闸时间
汽 轮 发 电 机 端
主变容量>100MVA
0.25
0.19 0.13
主变容量=40～ 100MVA
发 电 厂 处
0.11
0.05
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10
§9-2 电器和载流导体的电动力效应
9.2.1 电动力对电气设备的影响
1、电器和载流部分可能因为电动力而振动 或变形，甚至使绝缘部件或载流部件损坏；
户 外
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26
9.5.1 母线的选择
2、截面的选择： 方法之一： 按导体长期发 热允许电流选择 （用于配电装臵 汇流母线及较短 导体） S标←Ixu≥Igmax 方法之二： 按经济电流密度选择（用于导体长度 20m以上） （1）由最大负荷利用小时数Tmax 查表 得 96 经济电流密度J I g max （2）计算经济截面： J S J （3）选择标准截面：S标≈SJ
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3
§9-1 电器和载流导体的发热
9.1.1 电气设备在工作过程中的损耗
1、铜损：电流在导体电阻中的损耗
2、铁损：电流的交变磁场在铁磁物质中引起的涡流和磁滞损耗 3、介损：绝缘材料在电场作用下产生的损耗
所有这些损耗转化为热能，使电器和载 流导体的温度升高，这就是电流的热效应。
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4
9.1.2 发热对电气设备的影响
1、机械强度下降： 金属材料温度升高时，会使材料退火软化，机械强度 下降。 2、接触电阻增加：
温度过高，接触连接表面会强烈氧化，使得接触电阻增 加，温度便随着增加，因而可能导致接触处松动或烧熔。
3、绝缘性能降低：
有机绝缘材料长期受到高温作用，将逐渐变脆和老化， 以致绝缘材料失去弹性和绝缘性能下降，使用寿命大为缩 短。
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4、开断 能力的校 验： Iekd≥Ich
24
§9-5 母线、电缆和绝缘子的选择
9.5.1 母线的选择 1、选型 （1）材料：铜，用在持续工作电流大，且位臵特别狭 窄的发电机、变压器出线处或污秽大的场所。 铝，采用广泛。
户 内
（2）截面形状：
矩形：散热条件好，有一定机械强度，便于固定和连 接，但集肤效应大。单条Smax≤1250mm2
9.1.4 正常工作情况下长期发热的计算
2、求正常运行情况下长期发热允许最大工作电流（载流量）
I xu I e
e 0 K I e e 0e
式中： I xu ——长期发热允许最大工作电流（载流量）
e ——导体额定温度 0 ——周围介质温度（屋外取年最高平均温度；屋内
取最热月平均温度+5度）
I e ——导体额定电流
0 e ——额定介质温度
K ——温度修正系数
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I g I xu g e 700 c
8
9.1.5 故障情况下短时发热的计算
1、根据短路电流 I d →求短时发热温度 d 铜: d ≤300℃ 铅: d ≤200℃ 2、计算短路电流热效应：
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9.1.3 发热的分类
1、正常工作电流引起的长期发热：≤ 2、短路电流引起的短时发热：
e =70℃
铜≤
d =300℃ d=200℃
铅≤
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6
9.1.4 正常工作情况下长期发热的计算
1、已知工作电流Ig→求导体工作温度
2
g e 70 c
§9-3 电气设备选择的一般原则
9.3.1 按正常工作条件选择 2、额定电压的选择：设备额定电压不低于安装处电网额定电压
U e U ew
3、额定电流的选择：设备长期允许电流不小于该回路最大持续 工作电流 I xu ( I e ) I g max 式中：Igmax的计算
发电机回路：Igmax=1.05Ie.G
Qr——短路时导体和电气设备允许的热效应
2、动稳定校验： 满足动稳定的条件：Fmax≤Fxu Id≤Iekd
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或σmax≤σxu
3、开断能力的校验：能可靠断开的最大断路电流的能力
§9-3 电气设备选择的一般原则
9.3.4 短路计算时间 t r t b t kd 式中:td——继电保护动作时间。一般取主 保护动作时间
可用2～4条并列使用。一般只用于35KV及以下， 电流在4000A及以下的配电装臵中。
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25
9.5.1 母线的选择 户 内
槽形：机械强度较好，载流量较大，集肤效应较小。 一般用于4000A～8000A的配电装臵中。 管形：集肤效应小，机械强度高，管内可以通水和通 风。用于8000A以上的大电流母线。 35KV～110KV多采用钢芯铝绞线；10KV及以下根据情 况，采用钢芯铝绞线或绞线或铝排。 （3）敷设方式： 水平平放；水平立放；垂直平放；垂直立放
户外型
2、额定电压的选择：熔断器的额定电压不低于安装处电网 额定电压: Ue≥Uew
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9.4.3 高压熔断器的选择
3、额定电流的选择： （1）熔体额定电流选择 （2）熔管额定电流选择
I erg I ert
ert
用于变压器保护的熔体额定电流： I
KI g max
三相变压器回路：Igmax=1.05Ie.TKg Kg——变压器持续过负荷系数，取1.3～1.5 出线回路：Igmax=
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Pmax
3U e cos e
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§9-3 电气设备选择的一般原则
9.3.2 按短路情况校验 1、热稳定校验：Id→θd≤300℃（200℃） 满足热稳定的条件：Qd≤Qr 式中：Qd——短路电流产生的热效应
Iekd≥Id
7、关合电流的校验：
ieg ich
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9.4.2 高压隔离开关的选择
1、选型 2、额定电压的选择： 隔离开关的额定电压 不低于安装处电网额 定电压: Ue≥Uew 4、热稳定校验：Id→θd≤300℃（200℃） 3、额定电流的选择：隔 离开关的额定电流不小 于该回路最大持续工作 电流： Ie≥Igmax 式中：Ir—隔 离开关t秒钟 时刻的热稳定 电流。
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§9-4 高压开关电器的选择
9.4.1 高压断路器的选择
1、选型 推荐：户内用真空断路器ZN系列；其次少油式SN系列 户外用六氟化流断路器LW系列；其次少油式SW系列 2、额定电压的选择： 断路器的额定电压不 低于安装处电网额定 电压: Ue≥Uew 4、热稳定校验：Id→θd≤300℃（200℃） 3、额定电流的选择：断 路器额定电流不小于该 回路最大持续工作电流： Ie≥Igmax
2、电气设备的电磁绕组可能变形或损坏。
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11
9.2.2 两根平行导体之间的电动力
单根导体：
l F 2i1i2 10 7 ( N ) a a
多根导体： F 2 Ki1i2 l 107 ( N )
式中：
i1、2 ——通过两平行导体的电流（A） i
l
——该段导体的长度（m）
最大允许应力 xu 硬母线材料 Pa
1327105
Kgf/cm3
铜
铝 钢
1400
700 1600
686105
1568105
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14
§9-3 电气设备选择的一般原则
按正常工作条件进行选择
按短路状态来校验其热稳定和动稳定
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15
§9-3 电气设备选择的一般原则
9.3.3 短路电流计 算条件 1、容量和接线 2、短路种类 3、计算短路点
包括装臵起动机构、执行机构和延时机 构的动作时间。0.05～0.06s
tkd——断路器开断时间。 为断路器固有分闸时间与燃弧时间之和， 对油断路器一般取0.08～0.12s 故为简便计，上式可写为： t r 0.2 t bz tbz——主保护延时机构的整定时间
3、最大弯曲应力计算： max
l2 2 M max ju 1.76 ich 10 2 ( Pa) W aW
式中：W——母线截面系数（m 3）查手册
母线最大计算应力不大于母线材料的允许应力，
即
max xu ，动稳定满足
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表9-2 各种材料最大允许应力
0
I g Rdt mcd KA( g 0 )dt
式中: I g ——通过导体的电流(A)； R ——已考虑了集肤系数的导体交流电阻； K ——散热系数；
A ——导体散热表面积 m2 ；
g ——导体温度；
0 ——周围介质温度；
m ——导体质量(kg)； c ——导体比热容；
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a ——两根导体轴线间的距离(m) K ——截面形状系数
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12
9.2.3 三相系统中导体间的电动力（三相短路时）
1、中间相：F
max 2 ichl 0.176 (N ) a
式中： ch ——冲击短路电流（A）
i
——母线系统的振荡系数
2、母线上的最大弯距： Fmax l ju M max 10 式中： ju ——相邻两个支 l 柱绝缘子间的跨距（m）
I r2t Qd 满足热稳定的条件：
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式中： Ir——断 路器t秒 钟时刻的 热稳定电 流。
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§9-4 高压开关电器的选择
9.4.1 高压断路器的选择
5、动稳定校验： Fxu≥Fmax 或σxu≥σmax
满足动稳定的条件： idw ich 6、开断能力的校验：能可靠断开的最大断路电流的能力 ：
掌握电气设备选择的一般选择条件和具体设备选 择校验的主要内容
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目 录
§9-1 电器和载流导体的发热
§9-2 电器和载流导体的电动力效应
§9-3 电气设备选择的一般原则
§9-4 高压开关电器的选择 §9-5 母线、电缆和绝缘子的选择 §9-6 互感器的选择
9.3.1 按正常工作条件选择
1、电气设备型式的选择： 在具有基本相同功能的同类设备中选用合适的系 列或结构型式的产品。 按使用环境选型：户内、户外、特殊地区环境 按布臵或装配方式选型： 按参数范围选型 新技术、新产品的推广使用和经济实惠 适当避免型式选用的多样化
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满足热稳定的条件： I r2t Qd
5、动稳定校验： Fxu≥Fmax 或σxu≥σmax 满足动稳定的条件： idw ich
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9.4.3 高压熔断器的选择
1、选型：
户 内 型
RN1，RN3，RN5：用于线路和变压器的过载和短路保护； RN2，RN6：用于电压互感器专用保护（Ie=0.5A）。 跌落式：用于线路和变压器的过载和短路保护； 限流式：用于电压互感器专用保护（Ie=0.5A）。
2 Qzt I dzt 对无限大容量电力系统： 2 Q fzt ——非周期分量热效应值: Q fzt T fi I z
当t≥1s时，Q fzt 忽略不计
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9.1.5 故障情况下短时发热的计算
表9-1 不同短路点等效时间常数Tfi 的推荐值 短 水 轮 高压侧母线 远 离 发 路 电 点 机 端 (s)
式中：K——可靠系数，不计电动机自起动时 K=1.1～1.3 考虑电动机自起动时 K=1.5～2.0 Igmax——电力变压器回路最大工作电流。 用于电容器保护的熔体额定电流：I
ert
KI eC
式中：K——可靠系数，一台电容器时 K=1.1～1.3 一组电容器时 K=1.5～2.0 IeC——电力电容器回路的额定电流 。
第9章 电气设备选择
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1
第9章 电气设备选择
教学目的：掌握电器和载流导体发热及电动力效应的计算； 掌握电气设备选择的一般选择条件和具体设备选 择校验的主要内容； 掌握主要设备的选择条件、方法和技巧。 重 点：掌握电器和载流导体发热及电动力效应的计算；
掌握电气设备选择的一般选择条件和具体设备选 择校验的主要内容。
2 Qdt I zt d t T fi ( I z'' ) 2 Qzt Q fzt 0 t
式中： Qzt ——周期分量热效应值：用1-10-1法计算 t " 2 2 Q zt ( I Z2 10 I Z ( t / 2 ) I Zt ) 12 t——故障切除时间=继电保护动作时间+QF分闸时间
汽 轮 发 电 机 端
主变容量>100MVA
0.25
0.19 0.13
主变容量=40～ 100MVA
发 电 厂 处
0.11
0.05
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§9-2 电器和载流导体的电动力效应
9.2.1 电动力对电气设备的影响
1、电器和载流部分可能因为电动力而振动 或变形，甚至使绝缘部件或载流部件损坏；
户 外
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9.5.1 母线的选择
2、截面的选择： 方法之一： 按导体长期发 热允许电流选择 （用于配电装臵 汇流母线及较短 导体） S标←Ixu≥Igmax 方法之二： 按经济电流密度选择（用于导体长度 20m以上） （1）由最大负荷利用小时数Tmax 查表 得 96 经济电流密度J I g max （2）计算经济截面： J S J （3）选择标准截面：S标≈SJ
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§9-1 电器和载流导体的发热
9.1.1 电气设备在工作过程中的损耗
1、铜损：电流在导体电阻中的损耗
2、铁损：电流的交变磁场在铁磁物质中引起的涡流和磁滞损耗 3、介损：绝缘材料在电场作用下产生的损耗
所有这些损耗转化为热能，使电器和载 流导体的温度升高，这就是电流的热效应。
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9.1.2 发热对电气设备的影响
1、机械强度下降： 金属材料温度升高时，会使材料退火软化，机械强度 下降。 2、接触电阻增加：
温度过高，接触连接表面会强烈氧化，使得接触电阻增 加，温度便随着增加，因而可能导致接触处松动或烧熔。
3、绝缘性能降低：
有机绝缘材料长期受到高温作用，将逐渐变脆和老化， 以致绝缘材料失去弹性和绝缘性能下降，使用寿命大为缩 短。
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4、开断 能力的校 验： Iekd≥Ich
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§9-5 母线、电缆和绝缘子的选择
9.5.1 母线的选择 1、选型 （1）材料：铜，用在持续工作电流大，且位臵特别狭 窄的发电机、变压器出线处或污秽大的场所。 铝，采用广泛。
户 内
（2）截面形状：
矩形：散热条件好，有一定机械强度，便于固定和连 接，但集肤效应大。单条Smax≤1250mm2
9.1.4 正常工作情况下长期发热的计算
2、求正常运行情况下长期发热允许最大工作电流（载流量）
I xu I e
e 0 K I e e 0e
式中： I xu ——长期发热允许最大工作电流（载流量）
e ——导体额定温度 0 ——周围介质温度（屋外取年最高平均温度；屋内
取最热月平均温度+5度）
I e ——导体额定电流
0 e ——额定介质温度
K ——温度修正系数
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9.1.5 故障情况下短时发热的计算
1、根据短路电流 I d →求短时发热温度 d 铜: d ≤300℃ 铅: d ≤200℃ 2、计算短路电流热效应：
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9.1.3 发热的分类
1、正常工作电流引起的长期发热：≤ 2、短路电流引起的短时发热：
e =70℃
铜≤
d =300℃ d=200℃
铅≤
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9.1.4 正常工作情况下长期发热的计算
1、已知工作电流Ig→求导体工作温度
2
g e 70 c
§9-3 电气设备选择的一般原则
9.3.1 按正常工作条件选择 2、额定电压的选择：设备额定电压不低于安装处电网额定电压
U e U ew
3、额定电流的选择：设备长期允许电流不小于该回路最大持续 工作电流 I xu ( I e ) I g max 式中：Igmax的计算
发电机回路：Igmax=1.05Ie.G
Qr——短路时导体和电气设备允许的热效应
2、动稳定校验： 满足动稳定的条件：Fmax≤Fxu Id≤Iekd
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或σmax≤σxu
3、开断能力的校验：能可靠断开的最大断路电流的能力
§9-3 电气设备选择的一般原则
9.3.4 短路计算时间 t r t b t kd 式中:td——继电保护动作时间。一般取主 保护动作时间
可用2～4条并列使用。一般只用于35KV及以下， 电流在4000A及以下的配电装臵中。
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9.5.1 母线的选择 户 内
槽形：机械强度较好，载流量较大，集肤效应较小。 一般用于4000A～8000A的配电装臵中。 管形：集肤效应小，机械强度高，管内可以通水和通 风。用于8000A以上的大电流母线。 35KV～110KV多采用钢芯铝绞线；10KV及以下根据情 况，采用钢芯铝绞线或绞线或铝排。 （3）敷设方式： 水平平放；水平立放；垂直平放；垂直立放
户外型
2、额定电压的选择：熔断器的额定电压不低于安装处电网 额定电压: Ue≥Uew
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9.4.3 高压熔断器的选择
3、额定电流的选择： （1）熔体额定电流选择 （2）熔管额定电流选择
I erg I ert
ert
用于变压器保护的熔体额定电流： I
KI g max
三相变压器回路：Igmax=1.05Ie.TKg Kg——变压器持续过负荷系数，取1.3～1.5 出线回路：Igmax=
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Pmax
3U e cos e
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§9-3 电气设备选择的一般原则
9.3.2 按短路情况校验 1、热稳定校验：Id→θd≤300℃（200℃） 满足热稳定的条件：Qd≤Qr 式中：Qd——短路电流产生的热效应
Iekd≥Id
7、关合电流的校验：
ieg ich
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9.4.2 高压隔离开关的选择
1、选型 2、额定电压的选择： 隔离开关的额定电压 不低于安装处电网额 定电压: Ue≥Uew 4、热稳定校验：Id→θd≤300℃（200℃） 3、额定电流的选择：隔 离开关的额定电流不小 于该回路最大持续工作 电流： Ie≥Igmax 式中：Ir—隔 离开关t秒钟 时刻的热稳定 电流。
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§9-4 高压开关电器的选择
9.4.1 高压断路器的选择
1、选型 推荐：户内用真空断路器ZN系列；其次少油式SN系列 户外用六氟化流断路器LW系列；其次少油式SW系列 2、额定电压的选择： 断路器的额定电压不 低于安装处电网额定 电压: Ue≥Uew 4、热稳定校验：Id→θd≤300℃（200℃） 3、额定电流的选择：断 路器额定电流不小于该 回路最大持续工作电流： Ie≥Igmax
2、电气设备的电磁绕组可能变形或损坏。
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9.2.2 两根平行导体之间的电动力
单根导体：
l F 2i1i2 10 7 ( N ) a a
多根导体： F 2 Ki1i2 l 107 ( N )
式中：
i1、2 ——通过两平行导体的电流（A） i
l
——该段导体的长度（m）
最大允许应力 xu 硬母线材料 Pa
1327105
Kgf/cm3
铜
铝 钢
1400
700 1600
686105
1568105
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§9-3 电气设备选择的一般原则
按正常工作条件进行选择
按短路状态来校验其热稳定和动稳定
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§9-3 电气设备选择的一般原则
9.3.3 短路电流计 算条件 1、容量和接线 2、短路种类 3、计算短路点
包括装臵起动机构、执行机构和延时机 构的动作时间。0.05～0.06s
tkd——断路器开断时间。 为断路器固有分闸时间与燃弧时间之和， 对油断路器一般取0.08～0.12s 故为简便计，上式可写为： t r 0.2 t bz tbz——主保护延时机构的整定时间
3、最大弯曲应力计算： max
l2 2 M max ju 1.76 ich 10 2 ( Pa) W aW
式中：W——母线截面系数（m 3）查手册
母线最大计算应力不大于母线材料的允许应力，
即
max xu ，动稳定满足
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表9-2 各种材料最大允许应力
0
I g Rdt mcd KA( g 0 )dt
式中: I g ——通过导体的电流(A)； R ——已考虑了集肤系数的导体交流电阻； K ——散热系数；
A ——导体散热表面积 m2 ；
g ——导体温度；
0 ——周围介质温度；
m ——导体质量(kg)； c ——导体比热容；
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a ——两根导体轴线间的距离(m) K ——截面形状系数
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9.2.3 三相系统中导体间的电动力（三相短路时）
1、中间相：F
max 2 ichl 0.176 (N ) a
式中： ch ——冲击短路电流（A）
i
——母线系统的振荡系数
2、母线上的最大弯距： Fmax l ju M max 10 式中： ju ——相邻两个支 l 柱绝缘子间的跨距（m）
I r2t Qd 满足热稳定的条件：
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式中： Ir——断 路器t秒 钟时刻的 热稳定电 流。
20
§9-4 高压开关电器的选择
9.4.1 高压断路器的选择
5、动稳定校验： Fxu≥Fmax 或σxu≥σmax
满足动稳定的条件： idw ich 6、开断能力的校验：能可靠断开的最大断路电流的能力 ：