賴超,徐婷
(長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖南 長(zhǎng)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。
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。
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(zhǎng)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。
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。
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(zhǎng)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。
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:
由于工作電流為直流,不必作共振校驗(yàn)。
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.