當母線槽發(fā)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(jīng)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(wěn)定性和熱穩(wěn)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(tài)衰減、暫態(tài)衰減和穩(wěn)態(tài)三個分量,并由系統(tǒng)中的線路、變壓器和發(fā)電機等的綜合參數(shù)以及發(fā)電機的自動勵磁調節(jié)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(tǒng)的綜合電磁特性決定。
暫態(tài)時間常數(shù)Td通常達幾秒,就力效應而言,可近似地把它對應的暫態(tài)分量并入穩(wěn)態(tài)分量,剩下次暫態(tài)分量以時間常數(shù)Ta決定速率的衰減。
電力系統(tǒng)一般為三相制,這就可能會發(fā)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(fā)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(shù)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(wěn)定校驗時,必須知道短路持續(xù)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(xù)升高,造成惡性循環(huán),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(guī)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(wǎng)發(fā)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(wěn)定。
母線短時發(fā)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(xù)時間和短路電流的大小。要保證母線有足夠的熱穩(wěn)定性,除了盡量減少短路延續(xù)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。