電器在通過工作電流時(shí)，在其工作制下，要經(jīng)受額定電流發(fā)熱的考驗(yàn)。若電路發(fā)生了短路故障，其短路電流遠(yuǎn)大于額定電流，當(dāng)保護(hù)電器還未將故障切除前，電器還必須能承受住一定時(shí)間內(nèi)短路電流的發(fā)熱考驗(yàn)。由于短路電流的時(shí)間很短，可以認(rèn)為是絕熱過程，即不考慮散熱，全部損耗都用來加熱電器。

電器的熱穩(wěn)定性是指在一定時(shí)間內(nèi)能承受短路電流(或所規(guī)定的等值電流)的熱作用而不發(fā)生熱損壞的能力。例如不會因發(fā)熱而產(chǎn)生不允許的機(jī)械變形，觸頭處不會熔焊等。熱穩(wěn)定性以表示，稱為t秒時(shí)熱穩(wěn)定電流(用有效值表示)，一般時(shí)間采用1s、5s與10s為準(zhǔn)的熱穩(wěn)定電流I₁、I₅及I₁₀。按照熱量相等的原則，同一電器不同時(shí)間的熱穩(wěn)定電流可以互相換算。換算公式為

時(shí)間愈短，其熱穩(wěn)定電流可以愈大。

各種電器使用于不同電路，熱穩(wěn)定電流有不同的規(guī)定，如表1－7所示。

表1－7  開關(guān)電器的熱穩(wěn)定電流

第四節(jié)  載流導(dǎo)體的電動力及電動穩(wěn)定性

一、載流導(dǎo)體的電動力

載流導(dǎo)體處在磁場中會受到力的作用，載流導(dǎo)體間相互也會受到力的作用，這種力稱為電動力。對于這種現(xiàn)象，有可利用的一面，如電動機(jī)的原理就是利用它將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。也有危害的一面，如對大容量輸配電設(shè)備來說，在短路情況下電動力可達(dá)很大數(shù)值，對配電裝置的性能和結(jié)構(gòu)影響極大。在電器中，載流導(dǎo)體間、線圈匝間、動靜觸頭間、電弧與鐵磁體間等都有電動力的作用。在正常電流下電動力不致于使電器損壞，但動、靜觸頭間的電動斥力過大會使接觸壓力減小，接觸電阻增大造成觸頭的熔化或熔焊，影響觸頭的正常工作。有時(shí)在強(qiáng)大短路電流所形成的電動力下，使電器發(fā)生誤動作或使導(dǎo)體機(jī)械變形，甚至損壞。利用電動力的作用改善和提高電器性能的例子也是很多的。例如接觸器的磁吹滅弧、快速自動開關(guān)的速斷機(jī)構(gòu)等。

電動力的方向判斷可用左手定則或磁通管側(cè)壓力原理來進(jìn)行。左手定則為伸平左手，磁通穿過左手掌，四個(gè)手指為電流方向，那大拇指指的就是電動力方向。磁通管側(cè)壓力原理(米特開維奇定則)是：把磁力線看成為磁通管，磁通管密度高的一側(cè)具有推動導(dǎo)體向密度低的一側(cè)運(yùn)動的力,這個(gè)方向即為電動力的方向。

電動力方向判斷的兩種方法其結(jié)果是一樣的，可根據(jù)具體情況采用某一種。在結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生磁場因素復(fù)雜的情況下用磁通管側(cè)壓力原理來判定電動力方向較為方便。例如圖1－4、圖1－5、圖1－6所示情況。

圖1－6　利用電動力的磁吹原理

1－磁吹線圈；2－磁吹鐵芯；3－導(dǎo)弧角；4－電?。?/p>

5－鐵夾板；6－動觸頭；7－靜觸頭

二、載流導(dǎo)體電動力計(jì)算基礎(chǔ)和電動穩(wěn)定性

當(dāng)長為L并通有電流I的導(dǎo)體垂直置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中時(shí)，作用在該導(dǎo)體上的電動力F（見圖1－7）為

F=BIL

圖1－7　載流導(dǎo)體在磁場中受到電動力

若該導(dǎo)體與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向成β夾角時(shí)，則作用在導(dǎo)體上的電動力為

F=BILsinβ

電動力是由作用在導(dǎo)體上各個(gè)長度元dL的許多力元dF的幾何和來決定。因?yàn)榭蓪o限短的導(dǎo)體視為直線，它處的磁場可認(rèn)為是均勻的，因此它所受到的力dF，可用下式表示

長為L的全導(dǎo)體所受到的力則為

    　   　　　　　　　　　　　  (1－14)

在通常情況下，磁場中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B不是預(yù)先給定的，只給出導(dǎo)體電流及導(dǎo)體的空間位置情況，此時(shí)可采用比奧－沙瓦定律來進(jìn)行電動力的計(jì)算。

電器的電動穩(wěn)定性就是指當(dāng)大電流通過電器時(shí)，在其產(chǎn)生的電動力作用下，電器有關(guān)部件不產(chǎn)生損壞或永久變形的性能。也可以說電器有關(guān)部分在電動力作用下不產(chǎn)生損壞或永久變形所能通過的最大電流的能力。它以可能的最大沖擊電流的峰值表示，也有的以它與額定電流的比值表示。

三、觸頭電動力

觸頭閉合通過電流時(shí)，在觸頭間有電動力存在。這是因?yàn)橛|頭表面不管加工怎樣平整，從微觀上看仍然是凹凸不平的，如圖1－8所示。由于接觸面積遠(yuǎn)小于觸頭表面積，電流線在接觸點(diǎn)處產(chǎn)生收縮，由此而引起觸頭間的電動斥力。

圖1－8　接觸的觸頭間收縮電動力

如圖1－9，閉合的隔離開關(guān)動靜觸頭間存在電動斥力，當(dāng)電流很大時(shí)此電動力可將觸頭間接觸壓力減小，甚至引起觸頭的機(jī)械形變或觸頭拉開造成誤動作。觸頭處在閉合位置能承受短路電流所產(chǎn)生的電動力而不致?lián)p壞的能力，稱為觸頭的電動穩(wěn)定性。由于觸頭面加工情況不同，觸頭壓力情況不同，因而難以確定觸頭接觸處電流線收縮的情況，因此由電流線收縮而產(chǎn)生電動斥力的計(jì)算較復(fù)雜。

通過分析可得視在接觸面積S、觸頭材料的抗壓強(qiáng)度越大，電流線收縮得越厲害，電動斥力也越大。觸頭壓力F_j越大，有效接觸面積增加，電動斥力也就越小。

圖1－9　隔離開關(guān)受到的電動力