短路电流热效应的认知

一、发热的概念

电气设备在工作过程中，因自身的有功功率损耗而引起电气设备发热。导体发热分为长期发热和短时发热两种。

长期发热指电气设备正常工作电流引起的发热。短时发热指由短路电流引起的发热。

二、发热的危害

发热不仅消耗能量，而且导致电气设备的温度升高，从而产生不良的影响。主要表现为：机械强度下降；接触电阻增加。发热使导体及其弹性元件的接触压力下降，导致接触电阻增加，并引起发热的进一步加剧，同时温度升高加剧接触面的氧化，使接触电阻和发热均增大；绝缘性能下降。

三、发热的计算

1.短路时最高发热温度计算

实用计算中，导体短路时最高温度可根据θ=f（A）关系曲线进行计算。如图15-1所示，图中横坐标A值是与发热有关的热状态值，纵坐标为θ值。当导体材料温度θ值确定后，从图15-1中可查到所对应的A值；反之，已知A值时也可从曲线中找到对应的θ值。

用图15-1所示曲线计算导体短路时的最高温度θk的步骤如下：

首先根据运行温度θi从曲线中查出Ai的值，然后将Ai与Qk值代入式（15-1），计算出Ak，从图15-1曲线中查出θk的值。

图15-1　导体θ=f（A）曲线

式中　S——导体截面积，m2；

Ak——短路时的热状态值，J/Ω·m4；

Ai——初始温度为θi所对应的热状态值，J/Ω·m4。

式（15-1）中的Qk称为短路电流的热效应，它与短路电流产生的热量成正比，即

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2.短路电流的热效应Qk计算

短路电流由周期分量和非周期分量两部分组成。根据电力系统短路故障分析的有关知识，某一瞬时t的短路电流满足下列关系式，即

式中　Ik——短路电流有效值；

Ip——短路电流周期分量有效值；

Inp——短路电流非周期分量有效值。

故有

式中　Qp——短路电流周期分量热效应值，A2·s；

Qnp——短路电流非周期分量热效应值，A2·s。

在工程上，通常用等值时间法求短路全电流的热效应，即

式中　tk——短路电流发热的等值时间，s；

tp——短路电流周期分量发热的等值时间，s；

tnp——短路电流非周期分量发热的等值时间，s；

I∞——短路电流的稳态值，A。

当短路全电流持续时间大于1s时，非周期分量的热效应值所占比例很小，可以忽略不计，即