短时耐受电流试验分析

短时耐受电流试验分析

短时耐受电流能力试验

第一节概述

短时耐受电流能力试验，是用来考核开关电器在发生过载和短路故障的情况下，并不分断电路但应能承受短时间、大电流所形成的点动力和热效应的作用而不致破快的能力。

由于开关电器所使用的场合不同，短时耐受电流能力试验可分为两种：

（1）额定短时耐受电流的承载能力试验。

（2）耐受过载电流能力试验。

低压配电线路发生短路故障时，由于线路总阻抗减小，短路电流超过该线路的额定电流许多倍，对于大容量的低压配电系统，短路电流可能达到几万到几十万安培。短路电流产生的巨大电动力效应和热效应会使导体变形、绝缘破坏、短路电路中的电气元件损坏。装置在线路上的电器在短路障碍的短暂时间内应该能经受住短路电流的冲击，不受破坏。

笼型电动机启动时，电动机的启动电流较大，一般均大于6倍电动机的额

定电流，用于接通和分断电动机的电器，应能耐受由于启动和加速电动机过程中出现的过电流

及正常工作中一定时间内过载所引用的过电流产生的热效应。

短路故障电流通过电器时，同时产生点动力效应和热效应，并同时对电器起作用，而且这两种效应对电器的破坏作用又是相互关联的。

电动力效应在电器的动、静触头间所产生的斥力可使触头的接触电阻增大，从而增大触头的发热，即热效应增加。而热效应可使电器的所有载流部件的机械强度下降，从而降低了耐受电动力的能力。因此，电动稳定性试验和热稳定性试验严格说来是不应该分开进行的。短时耐受电流能力试验就是对电器的电动稳定性和热稳定性的一种综合考核。

a---------------- 0B-------- "

A

（ b ---------------- 05 ------------------

1 F

图7-1平行直流载流导体间的电动力

一、电动力分析

因为通有电流的导体在其周围要形成磁场，而处于磁场中的载流导体要受到机械力的作用，所以两个载流导体之间也同样存在机械力的作用，这种由于电流的存在而产生的力通常称为电动力。

1、两导体间的点动力。

如图7-1所示的两平行直线导体，导体a中通过的电流I i在导体b处产生磁场，其强度为B， B的大小正比于导体a中的电流I i值，即，磁场的方向可用右手螺旋定则来确定。处于磁场中载流导体b受到电动力F的作用，磁场对载流导体的作用力方向可用左手定则来判定，而F的大小正比于磁感应强度B 和导体b中的电流*，即F：：Bl2：：h l2。同理可知，处于载流导体b所产生的磁场中的载流导体a同样受到电动力F的作用。a、b两导体的电动力可简单表示为

F=Cl i l2 （7-1）

式中F ——每相导体上所受的点动力；

C ――单位电流的电动力，决定于导体的回路形式、导体长度及相互间的位置；

I i l2 ――导体中所通过的电流值。

在电器结构中的载流导体间，如图7-2所示的两平行或垂直的直流载流导体、两同轴线且平行放置的载流线圈、环形或U形回路等，都有电动力的相互作用。

F

图7-2各种导体布置的电动力

在式（7-1 ）中，如h = I 2 = I 3，则

2 F 二 CI （7-2）

由式（7-2）可知，导体间相互作用的电动力F不仅与通过导体的电流有关，也与电器的结构尺寸有关。但力F与电流I的平方成正比，因此电流大小对电动力的影响是主要的。

2、触头间的电动力

当电流通过触头的接触点时，由于电流线在接触面附近发生收缩，在触头间会产生点动力，这是一种电流自身磁场作用下的电动力，如图7-3所示。如果

把电流线看作载流元导体，各元导体所受电动力F垂直于电流线，将电动力F

分解成水平方向分力F x和垂直方向分力F y，因电流线分布对称，则水平方向分力相抵消，接触面两侧垂直方向分力相加，且其合力方向相反，这就是触头间的电动斥力。

根据触头接触面附近电流的收缩区电流——电位场的理论分析，触头间的电动斥力F d与触头电流I的平方成正比，当短路故障电流通过触头时，在触头间产生很大的电动斥力，当电动斥力大于触头压力时，就会使触头斥开而产生电弧，导致触头的严重烧损或发生触头熔焊，甚至整合电器遭到破坏，以致扩大短路事故。

3、交流电流时的电动力

式（7-2）同样适用于交流电，设导体系统中通有相位相同的单相正弦电流时的电流

式中I m——交流正弦电流的幅值。

则导体所受的电动力为

2 2 2.2 CI m 1-C0S2 t

F = Ci Cl m sin t m 2

1 2 1 2 Cl m C i m cos2 t 二 F F 2 2

由式（7-4）可知，单相交流正弦电流的电动力由两部分所组成：一部分为

恒定分量F •，也是交流电动力的平均值；另一部分是交变分量

F”，它以两倍电 源的频率而变化。单相交流电流时电动力随时间的变化规律如图

7-4所示。从图 7-4可见，电动力的最大值为恒定分量的两边，即

电动力的最小值为

电动力的作用方向不变。

图7-4单相交流电流的电动力曲线

当发生单相短路时，短路电流的过渡过程中常包括周期分量和非周期分量 两部分，周期分量的大小和回路的功率因素角、短路瞬间电压的相位角有关。 设短路前电流为零，短路时的电源电源为

U -U m sin t

式中 U m ——交流电源电压的幅值;

■-――短路瞬间电压的相位角

根据短路的过渡过程分析，短路电流为

■ | | | R

max

二 2 F 二 CI

F min -

i = —m sin（，t 川：■）sin fT -扌）e L

Z Z

- 切

=l m|sin（cct+屮-®）_sin（屮-®）e L

f=i i

式中Z――电路阻抗；

:――电流滞后电压的相角；

R——电路电阻；

L——电路电感；

I m――短路电流周期分量的幅值。

式（7-6）中第一项为周期分量即稳态分量i，第二项为非周期分量即暂态分量i o图7-5给出了单相短路电流随时间的变化规律。

图7-5单相短路电流曲线

由式（7-6）可知，当合闸相角二「时，电流中非周期分量为零，也就是

说，短路后不经过过渡过程而立即立即进入稳定状态。当合闸相角*二：-■ ；2时，非周期分量电流最大，短路电路过渡过程最长。

要计算可能发生的最大电动力，就应按可能出现的最大电流来考虑。当

'■ = - ":/2时候，i最大，即