断路器的额定极限和额定运行短路分断能力

断路器的额定极限和额定运行短路分断能力
2005-11-30
连理枝
这篇文章被阅读了< 2 >次



用户在设计、选择低压断路器的短路分断能力时，应遵循的基本原则是：断路器的额定短路分断能力&sup3;线路可能出现（预期）的短路电流。
国际电工委员会IEC947 - 2和我国等效采用IEC的GB14048.2《低压开关设备和控制设备 低压断路器》标准规定的短路分断能力有两种；额定极限短路分断能力Icu和额定运行短路分断能力Ics。

1. Icu和Ics的定义
分别定义如下：Icu为按规定的试验程序所规定条件，不包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力；Ics为按规定的试验程序所规定的条件，包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力。
Icu的试验程序为o t co；Ics的试验程序为o t co t co。Ics比Icu的试验程序多了一次co。经过程序试验，能完全分断，熄灭电弧，并无超出规定的损伤，被认为Icu试验通过，而Ics的合格标准，除与Icu相同外，还要增加温升和5%寿命次数的接通、断开额定电压、额定电流的试验，Ics试验条件更苛严。

2. Icu和Ics的关系
Icu和Ics都是断路器的一项重要技术性能指标。从实际情况出发，根据线路保护的需要和断路器的不同结构，IEC947 - 2和GB14048.2确定的Ics有4个或3个值，分别是25%、50%、75%和100%Icu（对A类断路器，即塑料外壳式），或50%、75%和100%Icu（对B类断路器，即万能式或称框架式）。断路器制造厂确定其产品的Ics值，凡符合上面标准规定的Icu百分值都是有效的、合格的产品。
万能式断路器的绝大部分（不是所有规格）都是有过载长延时、短路短延时和短路瞬动的三段保护功能，能实现选择性保护。因此大多数主干线（包括变压器的出线端）都采用它作主（保护）开关，而塑壳式断路器一般不具备短路短延时功能（仅有过载长延时和短路瞬动的二段保护），不能作选择性保护，它们只能使用于支路。
由于使用（适用）的情况不同，IEC92《船舶电气》标准建议：具有三段保护的万能式断路器，偏重于它的Ics，而大量使用于分支线路的塑壳式断路器，应确保它有足够的Icu。笔者对此的理解是：主干线切除故障电流后更换新断路器要慎重，主干线停电时间较久要影响一大片用户的供电，所以发生短路故障时要求有2个co，并且还要求继续承载一段时间的额定电流；而使用于支路的仅有二段保护的断路器，在经过极限短路电流的分断和再次的接通分断后，已完成其使命，它不再承载额定电流，可以更换新的（更换时停电的区域仅限于支路，因此影响较小），而它的Ics就可小于极限短路电流。Ics在两类断路器上规定值也有所不同，塑壳式最小允许的Ics是25%Icu，而万能式的Ics最小是50%Icu。Ics = Icu的断路器是很少的，即使是万能式，也很少有Ics = 100%Icu [有一种采用旋转双分断（点）技术的塑壳式断路器，它的限流性能极好，短路分断能力的裕度很大，可以做到Ics = Icu，但价格很高]。我国的DW15型万能式断路器Ics =（60% ~ 75%）Icu，DW45智能型万能式断路器Ics =（62.5% ~ 65%）Icu，国际上ABB公司的F系列，施耐德公司的M系列Ics也不过达到70%左右的Icu。而塑壳式断路器，国内各种新型号的Ics大多数在（50% ~ 75%）Icu之间。有些厂商的广告或样本中称它的断路器Ics = Icu，如果不是限流型，则是有水分的。选用它，最可靠、最严肃的办法是向他们索取Ics = Icu的试验证书或型式试验报告。

3. Icu和Ics的选用
一台容量为1600kVA的变压器，其副边的额定电流为2312A，阻抗电压百分数uK取6%，最大预期短路电流应为38.5kA，作保护用的断路器额定短路分断能力应是&sup3;40kA，若选DW15 - 2500Y的2500A或DW45 - 3200的2500A作主开关是能胜任的。由于现代的动力中心的变压器与配电柜相距很近，甚至安装在一起，因此即使是支路，额定电流在100A，它的预期短路电流也是很大的。因此，也要求线路中的塑壳断路器的短路分断能力应达到380V、40kA。
有文章断定某一新型塑壳式断路器（壳架等级电流160A，Icu380V、50kA，Ics380V、35kA）不能选用，理由是它的Ics仅35kA，小于线路预期电流38.5kA。这是一种误解。该型号断路器使用于支路，即使通过支路的短路电流为38.5kA，但此断路器Icu大50kA，完全可以胜任。因此判断塑壳式断路器能否胜任某一线路保护开关，是看它的Icu能否大于线路的预期短路电流。而它的Ics即使小一点，也无碍于它的作用的发挥。因为短路事故多种多样，例如两相短路（其短路电流为三相短路值的二分之根号三），或者离电源较远的地方，如50m、100m，即使是三相短路，由于阻抗的原因，三相短路时，事故电流大约是50% ~ 60%的三相最大预期值。