1 原始题目。
某400mw发电机组采用全连式离相封闭母线。发电机额定功率400mw，额定电压25kv，，额定电流10200a。全连式离相封闭母线尺寸：
导体外径为mm，导体厚度为mm，外壳外径为mm，外壳内径为mm，外壳厚度为mm，相间距离为a=1.4m。如果系统三相短路冲击电流有效值为，全连式离相封闭母线绝缘子之间的跨距为l=3.
5m，试计算该封闭母线的电动力，并做动稳定校验。
2 题目分析。
载流导体位于磁场中要受到磁场力的作用，这种力称为电动力。电力系统短路时，导体中通过很大的短路电流，导体会遭受巨大的电动力作用。如果机械强度不够，将使导体变形或损坏。
为了安全运行，应对载流导体短路时电动力的大小进行分析和计算。
电气设备在正常状态下，由于流过导体的工作电流相对较小，相应的电动力也较小，因而不易为人们所察觉。而在短路时，特别是短路冲击电流流过时，电动力可达到很大的数值，如载流导体和电气设备的机械强度不够将会产生变形或损坏。为了防止这种现象的发生，必须研究短路冲击电流产生电动力的大小和特征，以便选用适当强度的导体和电气设备，保证足够的动稳定性，必要时也可采取限制短路电流的措施。
采用离相封闭母线后，邻相母线导体所产生的磁通穿入本相外壳时，因受到外壳的电磁屏蔽作用而大大减弱，封闭母线外壳的等值电路如图1所示。
图1 封闭母线外壳的等值电路。
封闭母线导体由铝管做成，每相导体被封装在单独的铝外壳内，三相外壳两端用短路板相互连接并直接接地，使其形成连续的电气回路。这样当母线导体通过电流时，外壳感应出与导体电流几乎大小相等、方向相反的环流，屏蔽了壳外磁场，从而解决了附近钢结构感应损耗发热问题，导体所受的短路电动力也大大减少。
3 计算方案。
母线通过短路电流时受到壳内磁场的作用，此时三相短路时的电动力为。
式中 ish为三相短路冲击电流有效值(a)；
ta为三相短路电流直流衰减时间常数(s)；
te为外壳涡流感应时间常数(s)；
ka为三相短路时外壳内磁场的直流屏蔽系数，可由图1查出；
tm为三相短路时直流磁场峰值出现时间(s),可由图2查出；
为外壳直径(m
为外壳厚度(m);
μ0为导磁系数对空气μ0=4π×10-7(h/m)；
ρs为外壳电阻系数 [ωmm2/m]。
母线导体的应力按力学中静力梁计算，可求得最大应力为。
式中 k为系数，单跨和二跨k=1/8,三跨及以上取k=1/10；
fw为母线导体所受电动力(n/m或kg/m
w为圆管母线的截面系数(cm3)；
dw为圆管母线的外径(cm
dw为圆管母线的内径(cm)。
图2 三相短路时ka与ta/te的关系曲线。
图3 三相短路时tm/te与ta/te的关系曲线。
4 具体计算。
1) 计算外壳70℃电阻系数。外壳电阻系数为。
2) 计算外壳涡流感应时间常数。外壳涡流感应时间常数te为。
3) 计算三相短路时的电动力，则有。
由ta/te=3.22和=5.33查图2三相短路时tm/te与ta/te的关系曲线，得tm/te =4.
52，可求得tm=0.337s，查图3三相短路时ka与ta/te的关系曲线得ka=0.345，由此得出三相短路时的电动力为。
18592.65(n/m)
4) 计算圆管母线的截面系数。圆管母线的截面系数w为。
5) 计算母线导体的最大应力。母线导体的计算最大应力为。
由此可见，，即母线导体的计算最大应力小于母线导体所用材料铝的最大允许应力，则全连封闭母线的动稳定符合要求。
5 总结。综上所述，全连式封闭母线的外壳电动力比不连式小，离相封闭母线的优越性在于。
1) 高度可靠性。离相结构可防止单相接地直接发展成相间短路。
2) 全连式的外壳屏蔽作用消除了附近钢结构的感应发热，并防止了强大磁场对外界电子设备造成的干扰。
3) 外壳的屏蔽作用还降低了短路电动力。
4) 运行安全，由于母线及其配套设备均封闭在金属外壳中，且外壳接地，使工作人员不会接触带电导体。
5) 运行维护量小。
200mw及以上大容量发电机引出线装置均应采用封闭母线。
1] 吴励坚。离相封闭母线短路时的外壳电动力的分析和计算[j].西安：西安交通大学学报，1984, (1).
2] 李洪杰，王颖，冯允平等。短外壳封闭母线电动力的计算[j].西安：西安交通大学学报，1997,(5).
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