【文章內(nèi)容簡介】 近故障點的保護裝置不動作（拒動） ，而離故障點遠的前一級保護裝置動作（越級動作） ，就稱為“失去選擇性” 。（2）速動性 為了防止故障擴大，減輕其危害程度，并提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，因此在系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置應盡快地動作，切除故障。（3）可靠性 保護裝置在應該動作時，就應該動作，不應該拒動；而不應該動作時，就不應該誤動。保護裝置的可靠程度，與保護裝置的元件質(zhì)量、接線方案以及安裝、整定和運行維護等多種因素有關。（4）靈敏度 靈敏度（sensitivity）或靈敏系數(shù)是表征保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)故障和不正常工作狀態(tài)反應能力的一個參數(shù)。如果保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)極輕微的故障都能及時地反應動作，就說明保護裝置的靈敏度高。過電流保護的靈敏度或靈敏系數(shù)，用其保護區(qū)內(nèi)在電力系統(tǒng)為最小運行方式時的最小短路電流與保護裝置一次動作電流（即保護裝置動作電流換算到一次電路的值）的比值來表示。第三章 熔斷器保護計算 時間電流特性的計算熔斷器熔體通電后的物理過程分為幾個階段，如圖 31 所示。?y?roq?O熔化汽化at0t?btvtrhtt電弧圖 熔體的熔化過程從起始溫度到熔化點的時間。 熔化時間； 從完全熔化到汽化點的時間；at 0t?bt汽化時間； 燃弧時間vrht 從起始溫度到熔化點的時間的計算短路與過載的情況稍有不同，電路過載時，升溫過程較長，散熱不可忽略。電路投入的電能等于熔體升溫吸收的熱能和同一時間間隔內(nèi)散失的熱能之和，即 （31）2siRdtCVPdt????式中 i——電流，A； R——熔體電阻， ；? C——熔體比熱容， ；/()JkgK? V——熔體體積，V； ——熔體密度， ；?3/kgm ——電源功率，短路時升溫時間很短，可以不計散熱，按絕熱情況處理。熔體的溫升 對時間 t 的變?化可以用下式表示 （32CVdiRt???2） 把熔體的體積和電阻用熔體的長度 l、截面積 A 和電阻率 來表示，上式可寫成? （32()ldit????3）移相整理后，可寫成 （322CAdit????4）電阻率 與溫升 的關系為?? （3(1)q??????5）式中， ——起始溫度下熔體材料的電阻率， ；q? m??——熔體材料的電阻溫度系數(shù)。??若略去比熱容對溫度的微量變化，將式（35）代入式（34） ，并積分，可得 （30222 2022 (1)at qCAiddInAK?? ???????????6）式中 ；10()qCKIn???????? ——達到熔點時的溫升。0?? 若已知熔體材料的有關參數(shù)和熔點 ，并知道電流 i 的變化，就可計算出從起始溫0??度 到熔化溫度 的時間 。q?0??at 熔化期間的時間計算設 h 為熔體材料單位體積、單位時間內(nèi)的熔化潛熱，故短路熔化時有如下關 系式 （302()thViRd???7） （302tlAi????8）由于金屬在熔化溫度時，液態(tài)金屬的電阻率要比固態(tài)金屬的電阻率大得多，計算時取熔化期間的平均電阻率 為0?? （3012????9）式中 ——熔化溫度時固態(tài)金屬的電阻率， ；1? m??——熔化溫度時液態(tài)金屬的電阻率， 。2熔體全部熔化時，式（38）可寫成 （30220tAhidk?????10）式中 。20hk???可根據(jù)上式計算出熔化時間 。0t? 從金屬完全熔化到汽化電的時間計算短路時，熔體雖已化成液態(tài)，由于時間很短，可以認為仍然保持原有狀態(tài)，因此，電流流過時對它繼續(xù)加熱，同時熔體的電阻率按液態(tài) 呈線性變形，即2? （32(1)?????11）式中 ——液態(tài)金屬的電阻溫度系數(shù)。?將式（311）代入（34） ，可得到一個與式（36）相同形式的解 （32230(1)bt vACidInAK????????12）式中 32(1)vCKIn??????——汽化溫度與熔化溫度之差， ， 。v? 0v?????C? 汽化時間計算汽化時間系指由液體轉(zhuǎn)化為氣體的時間。這個過程要吸收一定的汽化潛熱，汽化時間難以計算，但也可以得到與上面類似的結(jié)果，即 （3240vtidAk??13）式中 ——系數(shù)。4k 弧前焦耳積分熔體的弧前焦耳積分 應為上述出現(xiàn)電弧以前幾部分 之和，即2It 2idt? （321234()idtAkk????14）若不計 ，弧前焦耳積分為vt （31222 21230()tItIdiAkAk?????15）式中 ； 。123kk??10abtt??式（315）中的 k 值為僅與熔體材料的物理參數(shù)有關的常數(shù)，A 為熔體的截面積。因此，在絕熱情況下，熔體的弧前焦耳積分僅與熔體的結(jié)構(gòu)尺寸和材料有關。在計算時，銅的 k 值可取為 ，銀可取為 。52410/Asm? ??上述分析系對均勻截面的熔體。在已知通電電波波形時，可按式（315）計算出弧前時間。由于電流中的非周期分量與電路的合閘相位角（斷路時）有關，當然也影響弧前時間。因此，規(guī)定熔斷器的弧前時間—電流特性及熔斷時間—電流特性中的時間用等效時間 表示。熔斷器的熔斷時間為弧前時間與燃弧時間之和。Et （3120tEpidI??16） （320tEpidI??17）規(guī)定上述特性中的電流均用預期電流 表示（對交流用有效值） 。pI 熔斷器電弧電壓計算熔體熔斷切斷電路電流時，會出現(xiàn)高于電源電壓的過電壓。此時電壓會導致電路絕緣破壞，半導體元件損壞等，如果選用更高反向峰值電壓的半導體元件，會增加投資費用。因此，過電壓峰值不允許超過規(guī)定值。u,i 0iO 1t2tti hu圖 32 截流熔斷器電流接通與分斷過程圖 32 為一截流熔斷器切斷電路時的特性。t=0 時發(fā)生短路， 時出現(xiàn)截流，截流1t?以后熔斷器兩端產(chǎn)生電弧電壓 ， 時弧熄滅。燃弧時間 。hu2t?2rh?短路開始至熔斷器切斷電路使電流為零的過程，可用疊加原理進行計算。假定短路電流的 ，則可以近似地看作電感電路。圖 33（a）為純電感電路，電路電流 ??可看成如圖 33（b）所示的兩獨立電路電流 和 的代數(shù)和，即uih （3??18）而 udiLt?hdiLt? ~ UhiWLU(a)~ ~ii(b) 圖 等效電路式中 ——熔體熔斷后的電弧電壓。hu由式（318）得 （31()hiudttL???19） 時2t? （31200()tthiud????20） 若短路電流大于額定電流 10 倍以上，燃弧時間 。假定為理想情況，燃弧時的電1rhtms?弧電壓 為常數(shù)。短路瞬間（t=0）發(fā)生在電源電壓最大值 附近，在上述很短時間內(nèi)，hu u可認為電源電壓 不變。m由式（320）可知 （31210tthud??21）由式（321）可知，電弧電壓 與電源電壓 之間的關系為hm 112mrhutt???它表明燃弧時間越短，出現(xiàn)的電話電壓越高；熔斷器的弧前時間內(nèi)的焦耳積分與熔斷時間內(nèi)的焦耳的積分的比值越高，出現(xiàn)的電弧電壓越高。實際上，電弧電壓和電源電壓均為變化的，而在截流以后，會出現(xiàn)一個峰值，圖 34 中的兩塊影影面積應保持相等。i 0iOiuOhmaxut t圖 34 交流開斷過程出現(xiàn)的過電壓Hibner 提出了計算等截面熔體電弧過電壓峰值 的經(jīng)驗公式，根據(jù)maxhu結(jié)果得出以下關系 （3max00hhluiiA???22）應滿足的條件為 205LilA??? 0NiI式中 ——電弧電阻率， ；h?m?? ——電弧總長度，mm；l A——熔體截面積， ；2 ——階段電流，A0i ——被石英砂填裝的銅或銀的單位體積的磁場能量， ? 2/Wsm?——額定電流，A。NI /hlA???若熔斷器通以正弦電流 （32sinpiIt?23）式中 ——預期電流。pI對于限流熔斷器， 值很小時，上式可近似為2Ak （32piIt??24）則 （3112222100()3ttpPAkidItdIt???25）由式(324)得 12pitI??代入式（325）得 （313iAk26）式中 —— 時的電流值，A；1i1t? A——熔體截面積， ；2m k——熔體材料的參數(shù)， 4/s? 上式應滿足條件 ??即 （3??27）式（326）中的 恰是過電壓表達式中的 （截斷電流） ，由式（322） （326）可得1i 0i出 時的電弧電壓峰值1t? （324max3huAk??28）除應滿足式（327）條件外，還應滿足 24361105pLkIl??? 9NA Wright 與 Beaument 提出了另一種計算電弧電壓的方法 （3()hidutLRt??29） （3()hcyziniu30）式中 n——熔體的狹頸數(shù)； ——弧柱電阻；cR ——電弧的陽極與陰極的電壓降。yziu、因上兩式為非線性方程式，采用逐次近似分析方法，可寫成 2121 121()()()cc yziiRniiiRLunt??????式中 —— 時間起點的電壓、電流、電弧電阻；11cui、 、 t? —— 時間終點的電壓、電流、電弧電阻。2 、