相导体热应力过大

IEC 60364-4-43:2018 标准的第 434 章规定:电路中任何一点发生短路时,短路电流的切断时间不得超过使导体温度上升到允许极限所需的时间。

对于持续时间不超过 5 秒的短路,短路电流使导体温度从正常运行时的最高允许温度上升到极限值所需的时间,可通过以下公式进行初步估算:

其中:

  • t 为时间,单位为秒;
  • S 为导体横截面积,单位为mm²;
  • I 为有效短路电流,单位为A;
  • k 是一个考虑了导体材料的电阻率、温度系数、耐热性能以及初始和最终温度的系数。对于最常见的导体绝缘类型,相线的k值如下表所示:

  1. 对于极短时间(<0.1 秒)或不对称性很强的情况,以及对于限流装置,k²S²必须大于保护装置制造商规定的允许通过的能量 I²t 值。
  2. 以下情况要考虑其他k值:小截面积导体(特别是小于10 mm²的导体);短路持续时间超过 5 秒的情况;导体的其他连接类型;裸导体;矿物绝缘屏蔽导体。
  3. 短路保护装置的额定电流可以大于电路导体的允许电流。

在 elec calc™ 软件中:

电缆允许的热应力是指在故障电流消除期间,电缆能够承受电流而不损坏绝缘的能力。

热应力值以 A²·s(I²t)为单位表示。

在导体上游保护设备没有制造商提供的选型数据时,导体上的热应力根据电缆所承受的最大短路电流和断路器断开时间来计算:I²×t(I的单位为A,t的单位为s )。

这个值必须小于电缆的热阻:k²×S²。

其中:

  • S 是导体的横截面积,单位为mm²
  • k 是根据 IEC 60364-4-43 标准附录 A 计算得出的系数,该附录中的不同表格也给出了该系数

如何解决此问题?

在上级断路器中分配制造商选型数据:为避免电缆截面积过大,大多数保护装置中制造商都设置了限流功能。限流值可直接从上级保护(断路器或熔断器)的制造商曲线—能量限制曲线中读取。该曲线根据流经导体的最大短路电流,定义了导体能够承受的最大热应力。

elec calc™ 中对热应力值的解读:

如果 i²t > K²S²,电缆就会出现热应力过大异常警告。

关于 elec calc™

elec calc™ 电气软件是一款专家级的电力、源网荷储、微电网及供配电系统设计仿真计算软件,集系统设计、计算于一体,高效设计出完全符合标准的电力和供配电系统;计算结果可直接用于实际工程、设备选型,整定值可指导现场的安装和调试;也可用该软件来校核和优化现有的配电系统;还可用其来研究配电系统的短路电流、相关电气参数,对系统未来的运行状况测试和仿真。

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