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讲讲断路器极限短路分断、运行短路分断和接通这三种能力
来源:乐鱼网官网入口    发布时间:2025-09-01 20:14:23

  我们知道,低压断路器能够分断短路电流,并执行线路保护。然而,若短路电流的规模超过断路器可承受的极限,断路器损坏不说,故障线路也会因为断路器没办法实现有效开断而发生严重事故。

  对于低压断路器而言,它一方面需要开断短路电流,另一方面也要保护它自身。这有点类似警察和强盗搏斗,如果警察技不如人,可想而知会发生啥问题。断路器的短路分断能力和短路接通能力就是保护它自身的重要参数。以下我们来展开讨论。

  注意看,图1中在时刻t=0发生了短路。根据欧姆定律,我们把交流电压除以极小的短路电阻(阻抗)得到短路电流的周期分量Ip,Ip又叫做短路电流的交流分量;根据楞次定律,变压器的绕组电感会释放储存的磁场能,形成短路电流的非周期分量Ig,Ig又叫做直流分量,它跟着时间不断衰减。短路电流的周期分量与非周期分量的叠加叫做短路电流的全电流Ish。

  注意1:短路全电流Ish在短路后10毫秒时出现了短路电流最大值Ipk,Ipk又叫做冲击短路电流峰值。

  注意2:如果短路线路中的保护电器未动作,短路故障持续下去。当非周期分量Ig衰减完毕后,短路线路中 之剩下 周期分量。我们把此时的短路全电流Ish叫做短路电流稳态值,用Ik表示。

  注意3:冲击短路电流Ipk与短路电流稳态值Ik之比叫做峰值系数n。峰值系数n的具体数值见国家标准GB14048.1《低压开关设备和控制设备 第1部分:总则》:

  举例:我们设电力变压器的容量Sn=2500kVA,阻抗电压Uk%=6%,额定线kV。求额定电流In、短路电流Ik、峰值系数n和冲击短路电流峰值Ipk。

  查图2的峰值系数表,因为60.2kA50kA,故取峰值系数n=2.2,由此解得:

  (1)从断路器的安秒特性看断路器的短路开断起始时间,以及短路接通能力的意义

  我们看某款断路器的安秒特性曲线:某款断路器的安秒特性曲线中的黄色线,这是断路器的短路瞬时保护I参数的安秒特性曲线,它的保护动作时间最小值是15毫秒。而我们从图1中看到,冲击短路电流峰值Ipk出现在短路后10毫秒。故知断路器一定要承受冲击短路电流峰值的冲击作用。

  注意4:与短路电流Ik对应的是断路器的极限短路分断能力Icu,与冲击短路电流峰值Ipk对应的是断路器的短路接通能力Icm。

  注意5:断路器的短路接通能力Icm与断路器的极限短路分断能力Icu之比就是峰值系数n。

  我们看国家标准GB14048..2《低压开关设备和控制设备 第2部分:断路器》是如何定义短路分断能力的:

  我们从图4和图5中能够准确的看出,题主所谓的短路分断能力包括两个参数,即断路器的极限短路分断能力Icu和运行短路分断能力Ics。极限短路分断能力Icu是断路器可承受的最大短路电流值,且断路器执行完成短路电流的开断操作后就损坏了,必须更换。相比之下,若短路电流小于或者等于运行短路分断能力Ics,则断路器开断完成后不会损坏。

  在断路器的型式试验中,Icu的测试过程是:先把断路器闭合(CLOSE),然后通过短路电流,断路器自动执行打开操作(OPEN),我们把它叫做一个CO,开断完成后断路器损坏。断路器可承受并且执行的最大电流值就是Icu。

  Ics的测试过程是:先把断路器闭合(CLOSE),然后通过短路电流且断路器自动打开(OPEN),过了一段时间再把断路器闭合(CLOSE),然后再通过短路电流断路器再次自动打开(OPEN),这里有两个CO。

  下图是有关断路器分断能力的型式试验电路和波形曲线中有关断路器短路分断能力的型式试验电路及波形图

  图6右图上数第一幅图是短路电流图,其中A1是预期接通的电流峰值,注意与图1做对照。

  图6右图上数第四幅图是触头间的电压图。我们注意到第一个周波电压等于零,是因为此时触头间又电弧存在。第二个周波出现了一些电压,这是触头电气间隙的恢复电压。第三个周波我们正真看到了完整的正弦电压波形,说明此时触头已完成了开断操作。

  我们从图6中能识别出断路器的短路接通能力Icm,断路器的极限短路分断能力Icu,以及短路分断能力Icn这几个参量。

  对于2个CO和1个CO,它们的区别很大,前者的短路电流小而后者的短路电流大,故用Ics反映断路器2次分断操作,而Icu则反映出断路器一次分断操作。

  对于图6的仔细分析,可参阅我的书《低压成套开关设备的原理及其控制技术》第三版和《低压电器技术精讲》,其中后一本书的2.8.1节就是断路器短路分断能力型式试验分析,可供参考。

  注意6:断路器的短路接通能力Icm与断路器的短时耐受电流Icw之比就是峰值系数n。

  注意7:断路器的短路接通能力Icm又叫做断路器的动稳定性,断路器的短时耐受电流Icw又叫做断路器的热稳定性。

  注意8:断路器的动稳定性指的是当冲击短路峰值流过它的主触头瞬间,此时断路器尚未开断操作,动、静触头之间因为霍姆斥力而被斥开,触头间出现电弧烧蚀。触头斥开后电流减小,触头再次闭合,然后再斥开,并循环往复。尽管时间不长,但电弧烧蚀作用强烈,甚至造成触头熔焊。

  明白了断路器的这几个参数的意义后,我们就可以分析断路器的参数不等式了。断路器的参数不等式如下:

  在这个式子里,I1是断路器的过载保护L参数门限电流值,In是断路器的额定电流,I2是断路器的短路短延时保护S参数门限电流值,I3是短路瞬时保护I参数门限电流值,Icw是短时耐受电流,Ics是运行短路分断能力,Icu是极限短路分断能力,Icm是短路接通能力。

  我们看到,与题主问题有关的3个电流值Ics、Icu和Icm都在其中,并且揭示了它们之间的大小关系。

  已知系统的额定电流是3609A,短路电流是60.2kA,冲击短路电流峰值是132.4kA。

  我们选用框架断路器,它的额定电流是4000A,极限短路分断能力Icu必须大于60.2kA,取65kA。至于短路接通能力可以不必考虑,为何?因为冲击短路电流峰值Ipk是短路电流Ik的n倍,而短路接通能力Icm是极限短路分断能力Icu的n倍。只要Icu大于Ik,则Icm自然就大于Ipk。

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