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              導體的熱效應,誰也繞不開的重要問題

              2021-1-29 19:46:09    

              電流的熱效應是導體通過電流產生熱能的現象。正常情況,導體通過電流不會造成其絕緣損壞,但電流異常增大(如短路、過負荷等),則會造成絕緣的損壞,甚至燒斷導體。因此,許多標準對此都作出規定。


              發生故障時,故障電流在故障回路里流通,如果不及時切斷故障回路將會釀成大禍!故障回路存在三個要素:保護電器、串接在故障電路中的其他電器和線路、切斷故障回路的時間,這三要素是相互關聯、相互協同配合的。


              1、線路

              線路包括相導體和保護接地導體。相導體比較容易滿足要求,而保護接地導體需要認真的選擇和計算,因為許多情況下,它的截面積小于相導體截面積。在故障情況下故障電流要通過保護接地導體,因此,它需要足夠的能力(截面積)才能通過故障電流。


              為此,《民用建筑電氣設計標準》GB 51348-2019第7.4.5條第3款規定,保護接地導體截面積的選擇,應符合下列規定:

                  1)保護接地導體的截面積,可按照公式(7.4.5)確定,也可按表7.4.5進行選擇,并滿足本條第3款3)項的要求;
                  2)當切斷時間不超過5s時,滿足公式(7.4.5)要求;


              式中:

              • S――保護接地導體的截面積(mm2);

              • I――流過保護電器的可忽略故障點阻抗產生的預期故障電流(A);

              • t――保護電器自動切斷的動作時間(s);

              • k――由保護接地導體、絕緣和其他部分的材料以及初始和最終溫度決定的系數,可按現行國家標準《低壓電氣裝置 第5-54部分:電氣設備的選擇和安裝 接地配置和保護導體》GB/T 16895.3附錄A的有關規定進行計算和選取。當計算所得截面積尺寸是非標準尺寸時,應采用最接近的較大標準截面積的導體。

                  3)單獨敷設的保護接地導體的截面積,當有防機械損傷保護時,銅導體不應小于2.5mm2;鋁導體不應小于16mm2。無防機械損傷保護時,銅導體不應小于4mm2;鋁導體不應小于16mm2。


              詳見:話說PE導體的最小截面積!


              2、保護電器切斷故障回路的時間

              保護電器切斷故障回路的時間也與此關系密切,在保護電器切除故障之前,故障回路中所有電器和導體都要承受故障電流的熱效應。


              民標第7.6.2條是關于配電線路的短路保護的條款,其中第2款規定,電纜和絕緣導體發生短路時,應在導體絕緣的溫度上升到不超過允許限值的時間內切斷回路電流,并應符合下列規定:

              1)當短路持續時間不大于5s時,短路電流使導體絕緣由正常運行的最高允許k溫度上升到極限溫度的時間t,應按下式計算:

              圖片

              式中:

              • t――短路電流持續時間(s);

              • k――不同導體的溫度系數,可按現行國家標準《低壓電氣裝置 第4-43部分:安全防護 過電流保護》GB/T 16895.5進行選??;

              • S――導體截面積(mm2);

              • I――短路電流有效值(方均根值,A)。


              比較上述兩個公式,實際上是一回事,只是從不同角度看待熱效應問題,做出的規定也有所不同。


              3、保護電器的允通容量

              保護電器——常用的斷路器,其允通容量也與此相關。斷路器允通容量也稱為I2t特性,由此可以看出它與熱效應緊密相關。允通容量表示與分斷時間有關的I2t最大值與預期電流(交流對稱有效值)的函數關系,一般為一條曲線,預期電流可至最大值,最大的預期電流是相應于額定短路分斷能力及有關的電壓的預期電流。


              簡言之,斷路器的允通容量是短路時允許通過斷路器上的能量,只有這樣在短路時斷路器才能有底氣分斷短路電流。正是應驗了古語“打鐵還需自身硬”!


              因此,我們看到I2t就應該相關導體的熱效應,因為它是電最氣基本現象之一,萬變不離其中。當然,還有許多問題需要研究,尤其產品特性與實際應用之間如何配合、銜接,需要格外關注!


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