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极限短路分断Icu与运行短路分断Ics

2016-11-16 12:08:27 | 人围观 | 评论:

　　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?0?640kA，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。
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。
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。




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