母線槽動、熱穩定性的校驗詳解

    當母線槽發生短路時，就有比正常工作電流大許多倍的短路電流從電源經過大電流母線流到短路點。這種短路電流常達15KA以上，要對母線產生力的（機械的）和熱的效應。為此必須校驗母線承受短路電流作用的能力，即校驗母線的動穩定性和熱穩定性。關于短路電流的計算，可參閱有關書籍。大體說來，它由工頻的交流分量和直流衰減分量組成，其中交流分量又包含次暫態衰減、暫態衰減和穩態三個分量，并由系統中的線路、變壓器和發電機等的綜合參數以及發電機的自動勵磁調節器決定，直流衰減分量是伴隨交流分量產生的自由分量，由交流分量的初相角（即短路初瞬間的相角）和系統的綜合電磁特性決定。

    暫態時間常數Td通常達幾秒，就力效應而言，可近似地把它對應的暫態分量并入穩態分量，剩下次暫態分量以時間常數Ta決定速率的衰減。

    電力系統一般為三相制，這就可能會發生兩相或三相短路，后者稱為對稱短路。一般地說，兩相短路與三相短路電流交流幅值的比是Im：Im=3/2，其平方之比是3/4。在單個分支線路上，則只可能發生兩相短路。兩相短路時，兩個短路相導體中的短路電流瞬時值，數值相等方向相反，如同單相電路中一樣。三相短路時，三相電流交流分量的幅值相等，但初相角互相差120°。

     在熱穩定校驗時，必須知道短路持續時間Td，它是供電負荷中繼電保護動作時間與斷路器跳閘時間之和。

     載流母線由于電阻引起的損耗轉化為熱，使母線溫度升高。銅、鋁材料本身雖然可在較高溫度下使用不影響其機械強度，但是螺栓連接的接觸面溫度較高容易氧化，使得接觸面電阻增加。接觸電阻增大又使接觸面溫度繼續升高，造成惡性循環，導致接觸部分損壞。因此電接觸面的氧化問題就成為限制母線槽溫度的主要因素。連接面鍍銀的螺栓連接允許的母線溫度比較高，但成本很高，一般采用連接面鍍錫或鍍鋅的螺栓連接。這種母線的允許溫度就低些。我國規定母線的允許溫度為85～90℃，對封閉母線，外殼的允許溫度為65～70℃。采用焊接時，允許溫度可到達110℃。但是在與電器連接時，為了便于安裝和檢修，螺栓連接是不可避免的，其母線搭接螺栓的擰緊力矩見表。

     一般母線設計中還應考慮事故情況下短路電流的熱效應。在電網發生短路的情況下，雖然保護繼電器能迅速做出反應，切斷電路，延遲時間僅在幾秒到十幾秒以內，但是由于短路電流，產生的熱量也，引起母線溫度短時間的大幅度升高。母線安全地承受這種短路熱效應的能力稱為短路熱穩定。

    母線短時發熱不致造成損壞的允許溫度比正常工作允許溫度高得多。銅母線為300℃，鋁母線為200℃。在短路過程中，母線的損耗功率是正常工作時的上百倍，表面散熱量只有母線損耗的1～3%。這就使得計算短路溫升時可以不計及母線的散熱，也就是認為母線損耗產生的全部熱量都用于提高母線的溫度。因此，短路時母線的溫升就取決于母線的熱容量，短路延續時間和短路電流的大小。要保證母線有足夠的熱穩定性，除了盡量減少短路延續時間和短路電流以外，還必須使母線有足夠的截面尺寸，也就使母線有足夠的熱容量。