低压断路器基本参数知识
低压断路器的几个基本参数
断路器的额定持续电流：Iu，额定持续电流Iu是制造商声明该设备可连续工作的电流值。当低压电器流过额定持续电流时，低压电器必须工作在长期工作制下，低压电器的各部件温升不超过极限值
断路器的额定电流：Ie，在规定条件下保证电器正常工作的电流值
断路器的额定短时耐受电流：Icw，额定短时耐受电流Icw是指在规定使用条件将处于闭合位置的低压断路器流过其能够承载的最大电流，同时对该电流流过断路器的时间也做了规定（1秒和3秒），断路器必须能够承载Icw
断路器的极限短路分断能力：Icu，断路器在额定工作电压下，按“打开→延时T→再次闭合→再次打开”的工作顺序O-t-CO执行操作，在执行顺序中的流过断路器的电流为最大短路电流，顺序后则不再要求断路器承载额定电流。其实此时的断路器已经损坏。
断路器的额定运行短路分断能力：Ics，断路器在额定工作电压和功率因素下，按“第一次打开→第一次延时T→第二次闭合→第二次打开→第二次延时T→第三次闭合→第三次打开”的工作顺序O-t-CO-t-CO执行操作，在执行顺序中的流过断路器的电流为短路电流，顺序后则要求断路器能继续工作并且满足承载额定电流的要求。显然，Ics是衡量断路器分断
短路电流的能力，是断路器动稳定性的指标。Ics和Icu的关系是：Ics≤Icu
断路器的额定短路接通能力:Icm，断路器在额定工作电压、额定频率和规定的功率因数下能够接通的短路电流。
未完待续
问题描述
我们的问题是：在断路器的样本中已经指明只要断路器的极限短路分断能力Icu满足Icu>I k，则此断路器就能分断该电力变压器的短路电流。可是：变压器产生的ipk怎么办呢？难道它不会影响到断路器的分断能力吗？
4）Icm开始起作用了
额定短路接通能力Icm是断路器的重要技术指标，它的值约为Icu的2.0～2.2倍，所以尽管冲击短路电流峰值ipk是如此之大，但只要在足够短的时间内通过断路器，那么对断路器也就不会产生什么影响。
所以，在各大公司的断路器样本中都把Icu作为分断变压器产生的短路电流的主要技术指标。
5）知识扩充
我们已经知道，断路器一旦流过Icu以后，这台断路器就永久地损坏了，而断路器的额定运行短路分断能力Ics则不一样，断路器流过Ics后能够重复使用。那么为什么不将Ics作为断路器分断变压器短路电流的主要技术指标呢？
从Ics的定义中我们看到它的试验程序是O-t-CO-t-CO，其中C表示CLOSE（闭合）而O 表示OPEN（打开），所以Ics比Icu的测试条件要严酷的多。
目前在电气工程设计中有两种意见，第一种意见认为Ics有两个CO，Ics比Icu的保险系数更大，所以在工程中应当选用Ics；第二种意见认为应当认为Icu更重要。我个人的意见也赞同后者，理由如下：
A）当短路线路中出现最大预期短路电流时，只要Icu大于此电流，则断路器就可以安全可靠地切断此电流。尽管此后此断路器已经损坏而必须更换，但考虑到线路中出现最大预期短路电流的机会少而又少，几乎在断路器的一生中都碰不到一次。
B）由于Ics小于Icu，因此会出现选用问题。
例如：若线路预期短路电流是60kA,则选用Icu是60kA而Ics为50kA。若选用Ics为60k A，则务必Icu更大，造成采购成本增加；另外，如果没有Ics＝50kA同时Icu＝60kA规格的断路器的化，势必要使用更大规格的断路器，造成不必要的浪费。
现在我们再看看Icw的问题。
Icw是短时耐受电流，一般时间是1秒，它是衡量断路器承受短路电流发热的冲击作用的物理参量。
我们知道热能Q可以表达为UIt，也可表达为RI2t。将热能除电阻就得到一个新的参量I2t，I2t参量表征了某元件容许流过的最大发热电流，其单位是电流的平方乘以时间，这个参量就是Icw。
现在我们可以将断路器的各项参量给出大小比较了，罗列如下：
Iu 对于具有实力的断路器制造公司，能够生产出Icw≤Ics≤Icu的产品，这也代表了断路器制造公司的技术水平。 6）后续的问题 我们已经知道Ipk（或Icu）决定了电动力的冲击，而Icw决定了短路电流的热冲击。而且我们已经知道断路器能够承受Ipk的冲击了，那么Ipk到哪儿去了呢？答案是Ipk的最终作用在低压成套开关设备中，准确地说是作用在低压成套开关设备的主母线上。 如果两根导线中流过电流，根据电流流向结合右手定则可以判断出电力线方向，再结合左手定则可以判断出电动力方向。据此我们可以知道：若两根导线中电流方向一致，则此两根导线的电动力是斥力，反之则是吸力。 两根导线的电动力计算公式是：F=0.2I2pkL/A。式中L是导线长度，A是导线中心距离。 由于三相电流中电流总是相差120度，若某相取正向最大值，设为1，则另一相就是-0.866，合并后为1.866。 举例：若某相电流为Ipk=100kA,另一相Ipk=86.6kA，不妨也将其放大为100kA,且方向相反，又如果铜排长度为10米，铜排中心距为120毫米，则这两根铜排之间的作用力是： F=0.2x1002x10/0.12=25000牛顿＝1701千克力，也即1.7吨的力作用在铜排上，折算到每米铜排为170公斤力。 这是一个惊人的力。 所以低压成套开关设备抵抗电动力作用的结构设计必须十分考究。 一般地，主母线都要靠近开关柜框架结构的边缘，以期获得最大的结构稳定性。同时，母线夹具也必须采用优质材料，以期获得良好的绝缘特性和对电动力的抵抗能力。 除此之外，Icw也作用在主母线上，以发热和电弧的型式对开关柜产生热冲击作用。 总之，低压成套开关柜的抵抗冲击短路电流峰值Ipk的能力以及抵抗短时耐受电流Icw的能力是两项最重要的技术指标，同时也是在型式试验测试中必须做的试验项目之一。 补充： 简单地说，由于低压系统的一次短路时间常数很小（220kV降压变的时间常数为80~120ms、110kV降压变的时间常数为60~90ms，低压变估计也就只有10ms（未查到确切的数据）左右吧！），而短路保护加上开关动作时间至少100ms以上，因此无需考虑短路电流中非周期电流，这就是为何“极限短路分断能力Icu大于或等于Ik即可”的真正原因！这也就是在使用保护TA时，在220kV以下系统无需考虑暂态特性的原因。 低压开关相关参数说明（摘录） “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，“C 0”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，DW 45_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GB140482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）。” 另，用户在设计选用时只要符合断路器的极限短路分断能力≥预期短路电流就能满足要求了，例如变压器容量为1600kVA，可能出现的短路电流约为43kA。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。有的认定要按断路器的运行短路分断能力（Ics）≥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Icu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。 关于峰值接通能力 Icm :按照标准的原话确实是和Icu 有比例对应关系，那么Icm究竟代表着什么含义呢？大家知道，低压断路器的使用要考虑操作性能，而接通能力是其操作性能的一项。交流电是正弦波形，在操作断路器合闸时，因为无法预知合闸相角（合闸相角我在解释一下：就是你合闸的起始时间点是在工频50Hz交流的电一个周波的时间点），所以，很可能操作者合闸瞬间，接通的是短路峰值电流，因为Icu的表征量是电流有效值，而Icm的表征量是预期最大电流的峰值，因此大家就会看到Icu和Icm之间存在比例关系了。Icm由制造厂决定，有下限。 国家标准对应的IEC60947- 2 上述表格被称为峰值系数，其定义是指冲击短路电流峰值Ipk与短路电流稳态值Ik的比值，这个值在中压的最大值是3.55，在低压的最大值是2.2。 举例：对于Sn=1250kVA的变压器，假设其阻抗电压是4%，于是Ik=1250/(400x1.732x0. 04)=45.11kA，查表发现40kA 在实际选用断路器时，往往将Icu取值适当放大，一般取1.1，于是有Icu=1.1Ik=1.1x45.11 =49.62kA。同时，断路器的额定电流In>Sn/(400x1.732)=1804A，于是我们可以选用额定电流为2000A的断路器，其额定极限短路能力Icu=50kA。若还要选用低压成套开关设备的话，则低压成套开关设备的主母线必须能够承受的冲击短路电流峰值Ipk为100kA。至于I cw的取值，我将在后续的问题中向大家介绍，因为这里又有许多其它的知识点。 提出峰值系数是为了方便设计者计算冲击短路电流参数，这样就不用再计算直流分量了。直流分量的计算涉及到变压器的电抗和线路阻抗，需要考虑更多的参数。 低压电器的性能不仅要考虑分断能力还要考虑接通能力接通能力不仅要考核额定通断能力还要考核短路条件下的接通和分断能力正常使用过程中会存在负载已经处于短路状态的情况断路器需要其具备短路接通能力既Icm 的考核但是目前的CCC认证中Icm 不作为量化指标进行型式试验。 因为短路接通能力通俗点说就是在负载短路状态情况下使得断路器依然能顺利过渡到脱扣状态也就是在极其短暂的时间内断路器能承载峰值短路电流否则断路器因为不合格而发生瞬间熔焊、爆炸等故障时将不能分断电路进而造成上级配电设备的总开关跳闸或者对配电变压器造成损害 事实上在对Ics 和Icu的试验中包含了“CO”的操作，虽然重点考察分断特性，但是在进行分断试验的过程中已经顺带包含了接通能力的考核只是这个考核不够严酷因为没有合 闸相角的要求因此还不能真正意义上称之接通能力的考核只是在分断试验过程中顺便考察了接通能力但是不够严酷。 一般在隔离开关、主令控制器的接通能力考核中考核的是“接通” ，因此接通之后一般的试验规则是用外部开关来断开被检验的电器，而不是借助于被试验电器本身的脱扣功能，另外像隔离开关这种东西也根本就没有分断能力我在前面提到断路器可以在短路接通后过渡到脱扣状态的说法是不严谨的事实上正常使用过程中是这样但是对于产品检验来说不需要这个步骤而是靠外部切断回路。 总结： 断路器的各项短路保护既涉及到电力变压器的各项短路参数，还涉及到断路器自身的制造工艺，IEC60947-2标准对断路器作了许多规定。在作为低压电网主进线的实际应用中，切记如下应用条件： 1）断路器的额定电流必须大于变压器额定电流，一般取1.1～1.3倍 2）断路器的额定极限短路分断能力Icu必须1.1倍（来源于1.05）于变压器的短路稳态值Ik 3）按照第2条选择断路器后，变压器产生的冲击短路电流峰值Ipk能够落在断路器的短路接通能力Icm的范围内，断路器能够承受此冲击电流 4）低压成套开关设备的主母线承受冲击短路电流峰值的能力必须大于Ipk 5）断路器的各个保护参数按大小排序如下： Iu 关于ICM和动稳定关系 Icm可不是动稳定性，而是断路器的短路接通能力，是低压断路器的一项重要使用参数。 动稳定性对于低压成套开关设备或者中、高压开关设备都是最重要的技术指标，它体现了开关设备对允许出现的最大短路电流电动力的承受能力，短路电流如果超过了动稳定性的允许值，则开关设备将被巨大的电动力给破坏。 对于低压成套开关设备来说，衡量动稳定性的指标是冲击短路电流峰值Ipk。Icm表征了断路器接通短路电流的能力。设想，当线路中已经出现了短路电流，但某位操作者不知道，于是将断路器合闸，只要短路电流不超 关于ICW（短时耐受电流，热稳定参数） Icw是一个很有意思的参数。 我们来设想一下：假定存在一套低压电源，中间连接到一台开关，然后再接到负荷上。我们来考虑电源对负荷做的有用功P（或者说就是热能）：P=UIt=RI2t。这里需要注意的是：电流的发热效应与有效值密切相关，当然也与发热体的电阻密切相关。 我们知道，低压电网中其实到处都存在线路电阻的，例如电源内阻、母线电阻、负荷电阻、断路器触头电阻、元器件内部铜导线电阻等等，这些电阻的阻值当然不同。 现在我们将P对R求导，目的是求出P相对R的变化率，即：K ew=dP/dR=I2t。 于是我们将K ew乘以某元件或某部件的电阻后，立即就能得出电流流过该元件或部件后在一定时间内的发热热能。 对于某具体的元器件或者某部件，允许在单位时间内流过的最大发热电流被称为允通电流，这里的时间一般是1秒或3秒，常常取1秒，这个电流就是Icw，又被称为短时耐受电流。 在进行低压开关柜的发热型式试验时必须要对主母线和断路器做短时耐受电流测试，以验证低压开关柜的热稳定性是否满足或符合制造厂声称的发热电流数据，而测试中主要以水平母线、垂直母线、断路器为主。 对于断路器来说，如果知道了触头的接触电阻和内部导电部件的电阻，将其乘以Kew即可得出断路器能够承受的最大发热电流。由于触头的接触电阻和内部导电部件的电阻不容易测量，且具有一定的分散性，因此断路器的短时耐受电流一般通过型式试验来测定。 下面给出低压成套开关设备的动稳定性和热稳定性的定义： 【低压成套开关设备的动稳定性】 开关设备所具有的最大瞬时机械抵抗能力，这种能力足以抵御由冲击短路电流峰值产生的最大尖峰电动力。 【低压成套开关设备的热稳定性】 开关设备在一段时间内能够承受短路电流的热冲击而不发生机械形变的能力，这种能力衡量了低压成套开关设备的最大散热性能。 在GB14048.1（等同于IEC60947.1）中，对短时耐受电流的定义如下： 2.5.27短时耐受电流 short-time withstand 在规定的使用和性能条件下，电路或在闭合位置上的开关电器在指定的短时间内所能承载的电流。