极限短路分断能力(Icu),是指在一定的试验参数(电压、短路电流、功率因数) 条件下,经一定的试验程序,能够接通、分断的短路电流,经此通断后,不再继续承载其额 定电流的分断能力。它的试验程序为0―t(线上)C0 (“0”为分断,t 为间歇时间,一般为3min,“C0”表示接通后立即分断)。试检后要验证脱扣特性和工频耐压。
运行短路分断能力(Ics),是指在一定的试验参数(电压、短路电流和功率因数) 条件下,经一定的试验程序,能够接通、分断的短路电流,经此通断后,还要继续承载其额 定电流的分断能力,它的试验程序为0―t(线上)C0―t (线上)C0。 短时耐受电流(Icw),是指在一定的电压、短路电流、功率因数下,忍受0.05、0.1、0.25、0.5或1s而断路器不允许脱扣的能力,Icw 是在短延时脱扣时 ,对断路器的电动稳定性和热稳定性的考核指标,它是针对B类断路器的,通常Icw的最小值是:当In≤2500A时,它为12In或5kA,而In>2500A时,它为30kA( DW45_2000的Icw为 400V、50kA,DW45_3200的Icw为400V、65kA)。
运行短路分断能力的试验条件极为苛刻(一次分断、二次通断),由于试后它还要继续承载额 定电流(其次数为寿命数的5%),因此它不单要验证脱扣特性、工频耐压,还要验证温升。 IEC947_2(以及1997新版IEC60947_2)和我国国家标准GB14048 2规定,Ics可 以是极限短路分断能力Icu 数值的25%、50%、75%和100%(B类断路器为50%、75%和 100%,B类无25%是鉴于它多数是用于主干线保护之故)。
上文提到的选择断路器的一个重要原则是断路器的短路分断能力≥线路的预期短路电流,这个断路器的短路分断能力通常是指它的极限短路分断能力。
无论A类或B类断路器,它们的运行短路分断能力绝大多数是小于它的极限短路分断能力Icu的。
A类:DZ20系列Ics=50%~77%Icu,CM1系列Ics=58%~7 2%Icu,TM30系列Ics=50%~75%Icu,(个别产品Ics=Icu)。
B类:DW15系列Ics=60%左右的Icu,(个别的如630AIcs=Icu,但短路分断能力仅400V时30kA),DW45系列Ics=62.5%~80%Icu。
不管是A类或B类断路器,只要它的Ics符合IEC947_2(或GB14048.2)标准规定的 Icu 百分比值都是合格产品。
用户在设计选用时只要符合断路器的极限短路分断能力≥线路预期短路电流就能满足要求了,对线路本身来说,例如上面举例的变压器容量为1600kVA的线路,可能出现的短路电流约为43kA,它是仅计算离变压器距离为5m,且把刀开关、互感器和断路器的内阻均看成零来计算的(短路电流因此比实际情况偏大)。这种短路的机率极小。在选用断路器时,只要它的极 限短路分断能力>43kA,譬如50kA就足够了。经过“0”一次、“C0”一次就完成了它的使 命,必须更换新的断路器,而运行短路分断能力,例如为50%的Icu,也达到25kA ,它既可以实现一次分断,二次通断(在25kA短路电流时)故障电流然后还要承载其额定电流 ,任务是非常艰巨的。有些使用者认定要按断路器的运行短路分断能力(Ics)≥ 线路预期短路电流来设计,其实是一种误解,也是不必要的。
有些制造厂的样本里宣传,它的产品Ics=Icu ,如确实,说明它的I cu 指标有 裕度,如不确实,说明它有水份,不可全信,而且Ics=Icu的断路器 ,其售价要高很多,不合算。
国外几十年来盛行一种级联(cascade)保护(也称后备保护),如图2所选QF2断路器的极限短路分断能力小于其线路的预期短路分断能力(例如线路额定电流为250A,而预期短路电流为5 0kA),则QF2选择的是HSM1_250S断路器(Icu为400V、35kA),当F处出现线路 短路(短路电流达50kA)时,由QF1(设QF1处的额定电流为400A,QF1选HSM1_400H,其Icu 为400V、65kA)和QF2一起分断,QF2仅承受一部分短路电流的分断,其余部分由QF1承担),而对QF2处线路绝大部分小于35kA的故障电流,就由QF2来承担。这种级联保护也有一定的条件,譬如邻近的支路不是重要负载(因为一旦QF1跳闸QF3回路也停电),同时QF1的 瞬动整定值与QF2的瞬定值也要协调等,这种级联保护主要目的也是为了节约投资。
应提到的是,所有断路器的短路分断能力(无论是Icu 还是Ics)都是周期分量有效值。在短路试验中的“C0”的C(close接通)的电流是峰值电流Ich。在试验站进行短路分断试验时,电压、短路电流(有效值)和功率因数(cos)已调整好,它的接通电流也就被确定了。接通电流试验(“C”试验),是以峰值电流来考核触头和其他导 电体承受的电动斥力和热稳定性的能力,有什么样的有效值电流(分断电流),在其相应的功率因数下,便有什么样的峰值电流,使用者毋须去考虑峰值电流这个参数。
为帮助使用者了解,现将峰值电流与周期分量有效值电流列于表4。
峰值电流(冲击电流) ich=kch(根号)2Ic,
Ic为周期分量有效值,kch为冲击系数 1<kch<2,
kch×2为峰值系数。