电气回路因所接的用电设备过多或用电设备本身过载(例如电动机机械负载过大)等原因而过载,其电流值是回路额定电流的许多倍,造成的后果是电缆工作温度超过允许值,使电缆绝缘层加速劣化,寿命缩短。例如对于PVC聚氯乙烯电缆电缆长期允许最高的工作温度是70℃,短路情况下暂态允许温度不超过160℃。
电缆在一定时间内承受一定的过载电流是可以的,但是持续时间要受到限制,过载电流持续时间过长会导致电缆绝缘损坏,最终有可能引起短路故障。电缆在正常电流、过载电流、短路电流下绝缘层的温度状态可用下图表示:
当电缆因为种种原因(包括前面过载)导致绝缘层损坏,不同电位的的铜导体有可能碰到一起引起短路故障。由于回路阻抗很小,短路电流可能是额定电流的几百甚至上千倍,产生巨大的高温和电动力,所以对于短路故障,要求空开动作的时间越短越好。
本来想继续写下来,回头发现写了一堆乱七八糟理论的东西,与实际工程中选用电缆和空开相去甚远,只能凑合看看。
最后写点总结:空开的保护对象是电缆,在过载条件下,长时间的过载会引起的温度上升,导致电缆绝缘层损坏,最终有可能导致短路故障;
在短路条件下,温度在很短时间内会升高,如果不及时切除,有可能引起绝缘层自燃,所以作为保护元器件的空开,既需要过载保护功能,也需要短路保护功能。
如果空开只有过载保护功能或短路保护功能,那么在实际工程中也需要将另一块保护补齐(特殊应用场合除外)。
题主提出这个问题,说明题主没有理解执行线路保护的电器与用电电器之间的关系,没有理解开关的过载保护和短路保护的实质是什么。我来解释一下。
对于用电电器来说,过载意味着电流超过额定值,它会使得电器的温升提高,绝缘加速老化,机械强度下降,使用寿命也下降。所以,断路器的任务之一就是不让用电电器过载。
设有一台电动机,它的功率是1kW,它的运行电流是2A。又知道连接的电缆长度是20米,电缆规格为4芯2.5平方。
当发生电机过载时,电流能大到什么程度?顶多也就2倍,即4A。这对于电缆来说,不会有什么太大的问题。
再看电机起动,它的电流是瞬态的,可达6X2=12A,这对于电缆来说是一个很大的冲击,但时间很短。
如果电缆末端发生三相短路呢?简单计算一下,得知电缆的电阻是0.136Ω,三相短路时相当于每根电缆芯线A相比,过载电流算什么!零头都不到!
我们知道,开关K的开断时间一般在30毫秒以上。在这段时间里,电缆必须要能够承受短路电流的热冲击,而开关自身也必须要能够忍受短路电流的热冲击,以及对触头的电动力冲击。所以,电缆在设计时,需要配套热稳定性校验来确定它的可用性。而开关K在设计时,必须校验它的热稳定性参数——短时耐受电流Icw,以及它的动稳定性参数——短路接通能力Icm。
短路电流作用在配电线路上和保护电器上。相对用电设备的额定电流,短路电流强度可达数倍乃至于百倍。由于线路保护的原因,短路电流的冲击时间较短,属于瞬态。
图3中我只是形象地绘制了短路电流,看起来短路电流不过才3倍于过载电流。但在实际的配电线路中,例如我们家里,短路电流的规模一般都在5kA以上,而家庭用电的最大电流一般不会超过40A,两者相差125倍!
额定电流与断路器的运行温升有关。如果运行电流大于断路器的额定电流,则断路器会因为温升过高而损坏。所以,断路器的额定电流一般取值为系统额定运行电流的1.2倍。
考虑到实际电器的运行电流会有较小的值,所以断路器的过载长延时保护L参数的门限电流I1的范围是0.7到1倍额定电流。对于电子式的断路器,它的门限电流I1的范围是0.4到1倍额定电流。
我们看到,式子的左边与负载有关,它是负载的发热量与负载电阻的比值,这个值一般来说是固定的。式子的右边,则是电流强度的平方与时间的乘积。由于Q/R一般来说是常数,因此有:
式1告诉我们一个重要信息:当电流越大时,允许电流通过的时间t就越短;反之,电流越小,允许电流通过的时间就可以越长。我们把这种特性叫做反时限特性,它就是断路器过载保护的特性。
图4中,纵坐标是时间,横坐标是电流。图中橙色和蓝色的区域就是断路器的反时限特性区域,其中橙色区域是断路器工作后的热态保护曲线,蓝色的区域是断路器刚上电时的冷态保护曲线。
由于断路器过载保护的测量装置是双金属片,它是利用电流流过双金属片产生的热弯曲效应来驱动保护动作的,所以又把它称为断路器的热脱扣器。
我们从图4中看到,过载保护反时限特性的动作时间大于1秒。具体到断路器,它的电流可调范围是0.7倍到1倍额定电流(电磁式)、0.4倍到1倍额定电流(电子式),它的时间可调范围是1秒到144秒。
当发生短路后,短路电流远远大于过载电流,且作用对象是线路而不是电器,因此,断路器必须尽快地执行开断操作。
断路器执行短路保护是利用电磁机构执行的,且不带延时。所以,我们把短路保护机构叫做断路器的磁脱扣器。
Icw又叫做短时耐受电流,它指的是1秒钟时间长度内允许流过断路器的最大短路电流值。超过Icw,则断路器会被短路电流的过热冲击给损毁。
Icm又叫做短路接通能力,它指的是断路器允许流过的最大瞬态短路电流值。超过这个电流,断路器的触头将会发生熔焊损毁。
Icm指的是瞬态电流,就是图3中电流的峰值点。如果把它换成有效值,则需要除以峰值系数n。在国家标准中给出了峰值系数n的范围,如下:
我们把断路器能够开断的短路电流极限有效值对应的参数叫做极限短路分断能力,用符号Icu表示。当短路电流超过Icu后,断路器将损毁。
这是我的第2000篇帖子,尽管它的排序不是2000,但它却是我最后完成的帖子,时间是2020年3月16日上午9时许。
我本来的打算是,等我在知乎写的帖子数满2000篇,我就离开知乎,到其它网站去开辟新天地。这个想法目前有点改变,应当会留在知乎。不过,我想再看看反馈如何。
知乎呆久了,知友们对我有褒奖的,也有攻击的。某段时期,弄得我心情格外不好。女儿对我说:老爸根本就无需入心。要知道,任何一位网红都会面临类似现象。知乎小管家告诉我,这种免费纠错是多好的事,想想还真是。
从此以后,看见无端攻击,一笑置之,不看也不过问。攻击多了,就把存在问题的帖子给删了,省得麻烦。到现在,总共删帖不过十几篇。和2000篇的帖子总数比起来,犹如题主的过载电流与短路电流之比,几乎就是零头的零头。
目前,正是我写书稿的关键期。出版社让我把《老帕讲低压电器技术》第二版书稿在3月20日前交稿,还剩下4天,实在顾不上知乎了。
过载是过载,短路是短路。一个空气开关带100台电暖器和一台电暖器的零火线短接起来性质是不同的。短路需要速断,过载保护的动作时间不够。
短路保护是短路瞬间产生的强大电流流过电磁铁,电磁铁驱动触点断开。断路器的短路保护电流一般是额定电流的数十倍以上。
过载保护是长时间电路功率过大或电机堵转,产生较大电流,通过双金属片发热变形,驱动触点断开。电流超过开关额定电流越多,过载保护时间越短,反之则越长。
2)短路保护是保护开关上级供电系统的,切断线路或用电设备损坏时产生的大电流,避免冲击到上级系统,引起更大的次生事故。