水工业配电系统断路器选用的新看法

最近几年，与不少断路器的使用者相互磋商、探讨，并在专业刊物上阅读了一些断路器选用的文章，感到收益很大，但又觉得断路器的设计、制造者与它的用户之间由于沟通、交流和宣传不够，致使电器产品的用户在选择低压断路器上还存在一部分偏失。据此，笔者拟再次论述断路器的选择和应用，以期抛砖引玉、去伪存真。
1、按线路预期短路电流的计算来选择断路器的分断能力
　　精确的线路预期短路电流的计算是一项极其繁琐的工作。因此便有一些误差不很大而工程上可以被接受的简捷计算方法：(1)对于10/0.4KV电压等级的变压器，可以考虑高压侧的短路容量为无穷大(10KV侧的短路容量一般为200~400MVA甚至更大，因此按无穷大来考虑，其误差不足10%)。(2)GB50054-95《低压配电设计规范》的2.1.2条规定：“当短路点附近所接电动机的额定电流之和超过短路电流的1%时，应计入电动机反馈电流的影响”，若短路电流为30KA，取其1%，应是300A，电动机的总功率约在150KW，且是同时启动使用时此时计入的反馈电流应是6.5∑In。(3)变压器的阻抗电压UK表示变压器副边短接(路)，当副边达到其额定电流时，原边电压为其额定电压的百分值。因此当原边电压为额定电压时，副边电流就是它的预期短路电流。(4)变压器的副边额定电流Ite=Ste/1.732U式中Ste为变压器的容量(KVA)，Ue为副边额定电压(空载电压)，在10/0.4KV时Ue=0.4KV因此简单计算变压器的副边额定电流应是变压器容量x1.44～1.50。(5)按(3)对Uk的定义，副边的短路电流(三相短路)为I(3)对Uk的定义，副边的短路电流(三相短路)为I(3)=Ite/Uk，此值为交流有效值。(6)在相同的变压器容量下，若是两相之间短路，则I(2)=1.732I(3)/2=0.866I(3)(7)以上计算均是变压器出线端短路时的电流值，这是最严重的短路事故。如果短路点离变压器有一定的距离，则需考虑线路阻抗，因此短路电流将减小。例如SL7系列变压器(配导线为三芯铝线电缆)，容量为200KVA，变压器出线端短路时，三相短路电流I(3)为7210A。
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　　短路点离变压器的距离为100m时，短路电流I(3)降为4740A；当变压器容量为100KVA时其出线端的短路电流为3616A。离变压器的距离为100m处短路时，短路电流为2440A。远离100m时短路电流分别为0m的65.74%和67.47%。所以，用户在设计时，应计算安装处(线路)的额定电流和该处可能出现的最大短路电流。并按以下原则选择断路器：断路器的额定电流In≥线路的额定电流IL断路器的额定短路分断能力≥线路的预期短路电流 因此，在选择断路器上，不必把余量放得过大，以免造成浪费。
2、断路器的极限短路分断能力和运行短路分断能力
　　国际电工委员会的IEC947-2和我国等效采用IEC的GB4048.2《低压开关设备和控制设备 低压断路器》标准，对断路器极限短路分断能力和运行短路分断能力作了如下的定义： 断路器的额定极限短路分断能力(Icu)：按规定的试验程序所规定的条件，不包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力； 断路器的额定运行短路分断能力(Ics)：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。
　　极限短路分断能力Icu的试验程序为otco。 其具体试验是：把线路的电流调整到预期的短路电流值(例如380V，50KA)，而试验按钮未合，被试断路器处于合闸位置，按下试验按钮，断路器通过50KA短路电流，断路器立即开断(OPEN简称O)并熄灭电弧，断路器应完好，且能再合闸。t为间歇时间(休息时间)，一般为3min，此时线路处于热备状态，断路器再进行一次接通(CLOSE简称C)和紧接着的开断(O)(接通试验是考核断路器在峰值电流下的电动和热稳定性和动、静触头因弹跳的磨损)。此程序即为CO。断路器能完全分断，熄灭电弧，并无超妯规定的损伤，就认定它的极限分断能力试验成功； 断路器的运行短路分断能力(Icu)的试验程序为otco t co，它比Icu的试验程序多了一次co。经过试验，断路器能完全分断、熄灭电弧，并无超出规定的损伤，就认定它的额定进行短路分断能力试验通过。 Icu和Ics短路分断试验后，还要进行耐压、保护特性复校等试验。由于运行短路分断后，还要承载额定电流，所以Ics短路试验后还需增加一项温升的复测试验。 Icu和Ics短路或实际考核的条件不同，后者比前者更严格、更困难，因此IEC947-2和GB14048.2确定Icu有四个或三个值，分别是25%、50%、75%和100%Icu(对A类断路器即塑壳式)或50%、75%、100%Icu(对B类断路器，即万能式或称框架式)。断路器的制造厂所确定的Ics值，凡符合上述标准规定的Icu百分值都是有效的、合格的产品。
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　　万能式(框架式)断路器，绝大部分(不是所有规格)都具有过载长延时、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》建议：具有三段保护的万能式断路器，偏重于它的运行短路分断能力值，而大量使用于分支线塑壳断路器确保它有足够的极限短路能力值。我们对此的理解是：主干线切除故障电流后更换断路器要慎重，主干线停电要影响一大片用户，所以发生短路故障时要求两个CO，而且要求继续承载一段时间的额定电流，而在支路，经过极限短路电流的分断和再次的合、分后，已完成其使命，它不再承载额定电流，可以更换新的(停电的影响较小)。但是，无论是万能式或塑壳式断路器，都有必须具备Icu和Ics这两面三刀个重要的技术指标。只有Ics值在两类断路器上表现略有不同，塑壳式的最小允许Ics可以是25%Icu，万能式最小允许Ics是50%的Ics=Icu的断路器是很少的，即使万能式也少有Ics=100%[国外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，分断能力的裕度很大，可做到Ics=Icu，但价格很高>。我国的DW45智能型万能式断路器的Ics为62.5%～65%Icu，国际上，ABB公司的F系列，施耐德的M系列也不过是70%左右，而塑壳式断路器，国内各种新型号，Ics大抵在50%～75%Icu之间。

　　有些断路器应用的设计人员，按其所计算的线路预期短路电流选择断路器时，以断路器的额定运行短路分断能力来衡量，由此判定某种断路器(此断路器的极限短路能力大于线路预期短路电流，而运行短路分断能力则低于计算电流)为不合格。这是一个误解。
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