馮巖

1 短路電流的熱效應

在電力系統(tǒng)中短路發(fā)生時，短路電流會經過電力系統(tǒng)的供電元件流向短路點，由于短路發(fā)生時短路電流會達到2KA至20kA的電流，在大電流的作用下使得電力系統(tǒng)中的供電元器件生熱，產生熱效應。由于短路會產生很大的電流，所以其產生的熱量也要遠遠大于在正常工作時所產生的熱量。因為短路發(fā)生和持續(xù)的時間很短，使得在短路時產生的大量熱量不能夠及時散發(fā)，導致供電元器件溫度急劇上升。根據(jù)一般性金屬導電材料都規(guī)定了其相應的短路最高溫升，進行短路熱效應計算的目的就是使金屬導體的短路發(fā)生時，其最高發(fā)熱溫升不超過短路最高溫升。只有符合這一要求，供電系統(tǒng)在短路時才具備熱穩(wěn)定性。

導體的截面積都有相應的關系，所以如表1.1導體材料短時發(fā)熱允許溫度所示，在短路時設備的最大允許溫升，進行核對保證設備的熱穩(wěn)定性。

表1.1 導體材料短時發(fā)熱允許溫度

序號 導體種類和材質 允許溫度（℃）

1 母線及導線：銅 320℃

鋁 220℃

鋼（不和電器直接連接時） 420℃

鋼（和電器直接連接時） 320℃

2 油浸紙絕緣電纜：銅芯，10KV及以下 250℃

鋁芯，10KV及以下 200℃

20-35KV 175℃

3 充油紙絕緣電纜：60-330KV 150℃

4 橡膠絕緣電纜 150℃

5 聚氯乙烯絕緣電纜 120℃

6 交聯(lián)聚氯乙烯絕緣電纜：銅芯 230℃

鋁芯 200℃

7 有中間接頭的電纜（不包括第5項） 150℃

當短路電流流經導體時，在電流的作用下導體發(fā)熱，由于短路發(fā)生和持續(xù)時間很短，電流引起的發(fā)熱量全部由導體本身吸收，用于提高導體自身的溫度。短路所引起發(fā)熱量與短路持續(xù)的時間、導體材料的比重、導體的長度有關。

短路電流使導體發(fā)熱的微分方程式：

（1.1）

根據(jù)導體的起始溫度積分到導體發(fā)熱的最終溫度，上式簡化轉換為：

（1.2）

再導體中流過的電流值不等于短路瞬時電流，而是等于短路穩(wěn)態(tài)電流，這時與產生的熱效應相等。則上式可簡化為：

（1.3）

上式中tj假想時間約為5S，代入式（3.24）。故計算k1、k2、k3點的短路熱效應為：

k1點的熱效應：

k2點的熱效應：

k3點的熱效應：

2 短路電流的力效應

短路電流通過導體會產生很大的電動力，電力系統(tǒng)中的供電設備載流部分受到由短路電流產生的電動力的作用。在電力系統(tǒng)沒有出現(xiàn)短路故障，系統(tǒng)正常運行時，供電設備的額定電流引起的電動力不大，在供電設備允許的承受范圍之內。當在短路故障發(fā)生時，電動力會達到很大值，特別是在短路發(fā)生的瞬間，當短路沖擊電流出現(xiàn)時，這時供電設備所承受的電動力是最大的，供電系統(tǒng)中的某些不夠牢固的元器件，在短路電流產生的電動力的作用下，可能會遭到嚴重的損壞。所以，必須計算和考慮短路電流產生的電動力的大小，并在選擇供電系統(tǒng)設備時進行考慮適當?shù)牟扇Σ?，保證電氣設備可靠運行。

三相短路電流產生的電動力方程為：

（1.4）

（1.5）

（1.6）

根據(jù)分析在三相母線系統(tǒng)中，當電流通過三相導線時，中間相受到的電動力最大，故在效驗三相供電系統(tǒng)時以中間相受電動力的大小作為效驗三相供電系統(tǒng)的依據(jù)。電動力是由短路電流流進導體產生的，所以在效驗供電系統(tǒng)電動力時，可以用最大允許電流的幅值進行近似計算和等效比較。

故

（1.7）

其中 當母線空間距離大于母線周邊距離時，，暫時不考慮l和a的影響，代入式（1.7），則計算k1、k2、k3點的短路力效應為：

在選擇供電系統(tǒng)電氣設備時，應根據(jù)計算的短路電流值與供電系統(tǒng)電氣設備的最大允許電流值進行比較，從而保證在通過短路電流時不致于因電動力造成供電系統(tǒng)電氣設備損壞。