大電流輸電母排設(shè)計(jì)

賴超，徐婷

(長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長沙 410000)

某大型電鋅冶煉廠電解鋅規(guī)模為100kt/a，設(shè)置有一個(gè)電解系列，整流機(jī)組及直流輸電母排總的額定直流電流為240kA、額定直流電壓為440V。

1 輸電母排的選擇

根據(jù)上述系列電流及《有色金屬冶煉廠電力設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50673-2011）所要求的母線電流密度（鋁母線為 0．5 ～ 0．7A/mm2；銅母線為 1．0 ～ 1．5A/mm2），設(shè)計(jì)選用銅母線，考慮到電流分布的不均勻性，電流密度按1．0/mm2考慮，選用TMY-1000×30銅排8片作為輸電母排(見圖1)。

圖1 輸電母線截面圖

如此大的的輸電銅排，從其單位重量上便可感知，單位重量達(dá)每米2．14噸（不包括墊塊及支架等的重量）。但銅母排的受力情況就比較抽象了，下面詳細(xì)介紹輸電銅母排受力情況的分析及計(jì)算。

2 輸電母排的受力情況

2.1 正極母排或負(fù)極母排極間的相互作用力

根據(jù)電磁學(xué)相關(guān)理論可確定正負(fù)極間相互作用力為排斥力。

兩平行導(dǎo)體中分別有電流i1和i2通過時(shí)，導(dǎo)體間相互作用力公式為 F=2．04Kx×i1×i2×l/D（kg/m）。

式中：i1、i2——流過兩平行導(dǎo)體的電流瞬時(shí)值，kA；

l——平行導(dǎo)體的長度，cm；

D——導(dǎo)體中心距離，cm；

Kx——矩形截面導(dǎo)體的形狀系數(shù)，可根據(jù)與導(dǎo)體厚度b、高度h和中心距離D有關(guān)的關(guān)系式(D-b)/(h+b)和b/h查表得出。

從上圖可以得出：正負(fù)母線中心間距為1000mm，極內(nèi)片間距離為30mm（同母線厚度），每片銅排輸送的額定電流為30kA。

正極內(nèi)靠近負(fù)極的最邊的一片所受的力最大，同樣，負(fù)極內(nèi)靠近正極最邊的一片所受的力最大。下面僅計(jì)算受力最大的這一片的受力情況。

同樣可以計(jì)算出極內(nèi)其余各片銅排的受力情況，其計(jì)算結(jié)果如下表1。

表1

極間總的作用力為：154．2+146．5+139．45+133．25+127．65+122．15+116．95+112．05=1052．2kg/m。

2.2 正極母排或負(fù)極母排極內(nèi)片與片間的相互作用力

根據(jù)電磁學(xué)相關(guān)理論可確定極內(nèi)每片銅排之間的相互作用力為吸引力。

同樣是最邊的一片銅排受力最大，下面計(jì)算正極靠近負(fù)極最邊的一片所受的力情況。

2.3 應(yīng)力分析

輸電母線固定支架最大間距為2000mm，受力最大的一片銅母排所受的應(yīng)力

式中為單位長度內(nèi)母線片總的的作用力，N/cm2；lc為母線固定支架中心距離，單位cm；銅母線的最大允許應(yīng)力σy=14000N/cm2。

2.4 最不利情況下受力

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直流系統(tǒng)短路時(shí)，短路電流一般為直流額定電流的1．5～3倍，按最嚴(yán)重情況計(jì)算：

2.5 母線共振校驗(yàn)

由于工作電流為直流，不必作共振校驗(yàn)。

3 結(jié)語

綜上所述，設(shè)計(jì)的輸電母線就動(dòng)穩(wěn)定來說是安全的。本文為設(shè)計(jì)同類工程提供了較為完善的計(jì)算方法。

[1]中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院組編．工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．中國電力工業(yè)出版社，2005,10(3)．

[3]鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．冶金工業(yè)出版社，1996．