西开断路器的额定极限和额定运行短路分断能力分析
- 发表时间:2023-07-17 15:11:42
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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³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³40kA,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。
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