西開斷路器的額定極限和額定運行短路分斷能力分析
- 發表時間:2023-07-17 15:11:42
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用戶在設計、選擇低壓斷路器的短路分斷能力時,應遵循的基本原則是:斷路器的額定短路分 斷能力3線路可能出現(預期)的短路電流。
國際電工委員會 IEC947 - 2 和我國等效采用 IEC 的 GB14048.2《低壓開關設備和控制設備 低壓斷路器》標準規定的短路分斷能力有兩種;額定極限短路分斷能力 Icu 和額定運行短路分 斷能力 Ics。
1. Icu 和 Ics 的定義
分別定義如下:Icu 為按規定的試驗程序所規定條件,不包括斷路器繼續承載其額定電流 能力的分斷能力;Ics 為按規定的試驗程序所規定的條件,包括斷路器繼續承載其額定電流能 力的分斷能力。
Icu 的試驗程序為 o t co;Ics 的試驗程序為 o t co t co。Ics 比 Icu 的試驗程序多了一次 co。經過 程序試驗,能完全分斷,熄滅電弧,并無超出規定的損傷,被認為 Icu 試驗通過,而 Ics 的合 格標準,除與 Icu 相同外,還要增加溫升和 5%壽命次數的接通、斷開額定電壓、額定電流的 試驗,Ics 試驗條件更苛嚴。
2. Icu 和 Ics 的關系
Icu 和 Ics 都是斷路器的一項重要技術性能指標。從實際情況出發,根據線路保護的需要 和斷路器的不同結構,IEC947 - 2 和 GB14048.2 確定的 Ics 有 4 個或 3 個值,分別是 25%、 50%、75%和 100%Icu(對 A 類斷路器,即塑料外殼式),或 50%、75%和 100%Icu(對 B 類 斷路器,即萬能式或稱框架式)。斷路器制造廠確定其產品的 Ics 值,凡符合上面標準規定的 Icu 百分值都是有效的、合格的產品。
萬能式斷路器的絕大部分(不是所有規格)都是有過載長延時、短路短延時和短路瞬動的 三段保護功能,能實現選擇性保護。因此大多數主干線(包括變壓器的出線端)都采用它作主 (保護)開關,而塑殼式斷路器一般不具備短路短延時功能(僅有過載長延時和短路瞬動的二 段保護),不能作選擇性保護,它們只能使用于支路。
由于使用(適用)的情況不同,IEC92《船舶電氣》標準建議:具有三段保護的萬能式斷 路器,偏重于它的 Ics,而大量使用于分支線路的塑殼式斷路器,應確保它有足夠的 Icu。筆者 對此的理解是:主干線切除故障電流后更換新斷路器要慎重,主干線停電時間較久要影響一大 片用戶的供電,所以發生短路故障時要求有 2 個 co,并且還要求繼續承載一段時間的額定電 流;而使用于支路的僅有二段保護的斷路器,在經過極限短路電流的分斷和再次的接通分斷 后,已完成其使命,它不再承載額定電流,可以更換新的(更換時停電的區域僅限于支路,因 此影響較小),而它的 Ics 就可小于極限短路電流。Ics 在兩類斷路器上規定值也有所不同,塑 殼式最小允許的 Ics 是 25%Icu,而萬能式的 Ics 最小是 50%Icu。Ics = Icu 的斷路器是很少的, 即使是萬能式,也很少有 Ics = 100%Icu [有一種采用旋轉雙分斷(點)技術的塑殼式斷路器, 它的限流性能極好,短路分斷能力的裕度很大,可以做到 Ics = Icu,但價格很高]。我國的 DW15 型萬能式斷路器 Ics =(60% ~ 75%)Icu,DW45 智能型萬能式斷路器 Ics =(62.5% ~ 65%)Icu,國際上 ABB 公司的 F 系列,施耐德公司的 M 系列 Ics 也不過達到 70%左右的 Icu。而塑殼式斷路器,國內各種新型號的 Ics 大多數在(50% ~ 75%)Icu 之間。有些廠商的 廣告或樣本中稱它的斷路器 Ics = Icu,如果不是限流型,則是有水分的。選用它,最可靠、最 嚴肅的辦法是向他們索取 Ics = Icu 的試驗證書或型式試驗報告。
3. Icu 和 Ics 的選用
一臺容量為 1600kVA 的變壓器,其副邊的額定電流為 2312A,阻抗電壓百分數 uK 取 6%,最大預期短路電流應為 38.5kA,作保護用的斷路器額定短路分斷能力應是340kA,若選 DW15 - 2500Y 的 2500A 或 DW45 - 3200 的 2500A 作主開關是能勝任的。由于現代的動力中心 的變壓器與配電柜相距很近,甚至安裝在一起,因此即使是支路,額定電流在 100A,它的預 期短路電流也是很大的。因此,也要求線路中的塑殼斷路器的短路分斷能力應達到 380V、 40kA。
有文章斷定某一新型塑殼式斷路器(殼架等級電流 160A,Icu380V、50kA,Ics380V、 35kA)不能選用,理由是它的 Ics 僅 35kA,小于線路預期電流 38.5kA。這是一種誤解。該型 號斷路器使用于支路,即使通過支路的短路電流為 38.5kA,但此斷路器 Icu 大 50kA,完全可 以勝任。因此判斷塑殼式斷路器能否勝任某一線路保護開關,是看它的 Icu 能否大于線路的預 期短路電流。而它的 Ics 即使小一點,也無礙于它的作用的發揮。因為短路事故多種多樣,例 如兩相短路(其短路電流為三相短路值的二分之根號三),或者離電源較遠的地方,如 50m、 100m,即使是三相短路,由于阻抗的原因,三相短路時,事故電流大約是 50% ~ 60%的三相 最大預期值。
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