短路电流的热效应
导体通过正常负荷电流时,由于导体具有电阻,就要产生电能损耗, 转换为热能,一方面使导体温度升高,另一方面向周围介质散热。当导体 内产生的热量与导体向周围介质散发的热量相等时,导体就维持在一定 的温度值。
当线路发生短路时,短路电流将使导体温度迅速升高。但短路后线 路的保护装置很快动作,切除短路故障,因此短路电流通过导体的时间很 短,通常不会超过 2 ~ 3s 。所以在短路过程中,可不考虑导体向周围介质 的散热,也就是可近似地认为在短路时间内导体与周围介质是绝热的,短 路电流在导体中产生的热量,完全用来使导体温度升高。
图 22 - 10 表示短路前后导体的温升变化情况。 导体在短路前正常负 荷时的温度为 θL 。 设在 l 1 时发生短路,导体温度按指数规律迅速升高;而 到达 时,线路保护装置动作,切除短路故障,这时导体温度已升高到最
高值 8k。短路故障切除后,线路断电,导体不再产生热量,而只向周围介 质按指数规律散热,直到导体温度等于周围介质温度 80 为止。
由于短路电流是一个变动的电流,而且含有非周期分量,因此要计算 其短路期间在导体内产生的热量Qk 和达到的最高温度8k 是相当困难的。 为此,引出一个“短路发热假想时间”tima,假设在此时间内以恒定的短路 稳态电流 I 心 通过导体产生的热量,恰好与实际短路电流 ik 或 Ik(t)在实际 短路时间 tk 内通过导体所产生的热量相等,如图 22 - 11 所示。
tima = tk + 0 . 05(II"心 )2 s
在无限大容量系统中发生短路,由于 I" = I 心 ,因此
tima = tk + 0 . 05s
以上两式中的时间单位均为 s。
当 tk 5 1s 时,可认为:
lima = lk
短路时间 lk 为短路保护装置最长的动作时间lop与断路器的断路时间 loc之和,即
lk = lop + loc
断路器的断路时间 loc,包括断路器的固有分闸时间和灭弧时间两部 分。对一般高压断路器(如油断路器),可取 toc = 0 . 2s;对高速断路器(如真 空判路器),可取 loc = 0 . l ~ 0 . l5s。
因此,实际短路电流 Ik(l)通过导体在短路时间 lk 内产生的热量为 0k = jk Ik(l) Rdl = II Rlima