季曉明

(徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇徐州，221011)

試驗(yàn)與檢測

斷路器過電流分?jǐn)鄤?dòng)作對供電連續(xù)性的影響

季曉明

(徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇徐州，221011)

本文闡述了斷路器過電流分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)程序。根據(jù)過載、額定極限短路分?jǐn)嗄芰CU和額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰CS試驗(yàn)程序的差異對過電流保護(hù)操作情況下的供電連續(xù)性進(jìn)行了分析，提出了斷路器ICU等于ICS、故障類型指示、故障記錄、觸頭磨損指示等功能對提高供電可靠性和連續(xù)性的作用。

過電流；供電連續(xù)性；故障類型指示；觸頭磨損指示

1 引言

目前，大量文獻(xiàn)討論斷路器的選型以及參數(shù)整定。在線路過電流保護(hù)方面，現(xiàn)有的文獻(xiàn)主要考慮斷路器的分?jǐn)嗄芰κ欠衲軌驖M足安裝位置預(yù)期短路故障電流的保護(hù)要求。實(shí)際上，在進(jìn)行斷路器選型時(shí)，不僅需要從安全角度選擇合適分?jǐn)嗄芰Φ臄嗦菲?，還需要同時(shí)考慮所選擇的斷路器對系統(tǒng)供電連續(xù)性帶來的影響。低壓斷路器過電流保護(hù)分為過載電流保護(hù)和短路電流保護(hù)。其中，短路電流保護(hù)能力又分為額定極限短路分?jǐn)嗄芰CU和額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰CS。在不同的保護(hù)類型下，斷路器的保護(hù)次數(shù)存在差異，在經(jīng)過相應(yīng)次數(shù)的保護(hù)動(dòng)作后，斷路器的觸頭磨損、滅弧系統(tǒng)受到損壞，將無法保證再次進(jìn)行有效的保護(hù)動(dòng)作，從而需要更換斷路器，導(dǎo)致電力較長時(shí)間中斷。本文將結(jié)合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析過電流保護(hù)動(dòng)作對供電連續(xù)性的影響。

2 國家標(biāo)準(zhǔn)對過電流保護(hù)能力的試 驗(yàn)規(guī)定

低壓電器中過電流的定義為超過額定電流的任何電流。過電流包括過載電流和短路電流，過載電流指在電氣上尚未受到損傷的電路中的過電流，是正常電路中產(chǎn)生的過電流；而短路電流指由于電路中的故障或者連接錯(cuò)誤造成的短路而引起的過電流。

過載性能試驗(yàn)程序?yàn)閿嗦菲髟谄渥罡哳~定工作電壓下按照表1所示的條件，人力斷開9次，過載脫扣器自動(dòng)斷開3次。在每次人力操作循環(huán)期間，斷路器應(yīng)保持閉合足夠的時(shí)間，以保證達(dá)到全試驗(yàn)電流，但不得超過2s.

表1 過載性能的實(shí)驗(yàn)電路特性

注：Uemax——斷路器的最高工作電壓

額定極限短路分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)的操作順序?yàn)椋河玫扔谥圃焐绦嫉腎CU的預(yù)期電流值，進(jìn)行O-t-CO操作。其中，“O”為分?jǐn)嗖僮?，“t”為等待時(shí)間，“CO”為接通分?jǐn)嗖僮鳌Ｔ跀嗦菲鞣謹(jǐn)嘣囼?yàn)結(jié)束后，還需要驗(yàn)證斷路器的介電耐受能力和過載脫扣能力。

額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)程序?yàn)椋河玫扔谥圃焐绦嫉腎CS預(yù)期電流值，進(jìn)行O-t-CO-t-CO操作。在短路試驗(yàn)后,還需要驗(yàn)證斷路器的操作性能、介電耐受能力、溫升和過載脫扣器。與試驗(yàn)電流對應(yīng)的功率因數(shù)如表2所示。

表2 與實(shí)驗(yàn)電流相應(yīng)的功率因數(shù)

由過電流分?jǐn)嗄芰υ囼?yàn)程序可以看到ICS的試驗(yàn)條件比ICU的試驗(yàn)條件更加嚴(yán)酷，不僅要多做1次CO操作，而且需要在試驗(yàn)后驗(yàn)證斷路器的操作能力和溫升。

由于在大短路電流下的每次分?jǐn)喽紩?huì)對斷路器的滅弧系統(tǒng)造成明顯的損傷，因此通常斷路器的ICS值都比ICU值小。在過載條件下由于分?jǐn)嚯娏鬏^小(6In)，每次試驗(yàn)對斷路器造成的損傷相對較小，因此，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定斷路器應(yīng)能夠進(jìn)行包括人力操作和自動(dòng)斷開操作在內(nèi)的12次分?jǐn)唷?/p>

3 過電流保護(hù)操作對供電連續(xù)性的 影響

低壓斷路器在相應(yīng)電流下進(jìn)行了規(guī)定次數(shù)的保護(hù)動(dòng)作后，由于滅弧系統(tǒng)受到損壞，故必須進(jìn)行更換。即使某些斷路器存在一定裕量，但因?yàn)闆]有任何試驗(yàn)程序?qū)嗦菲鞔撕蟮墓ぷ髑闆r進(jìn)行確認(rèn)，如果繼續(xù)使用將無法保證使用安全性。

(1)短路分?jǐn)鄬╇娺B續(xù)性的影響。根據(jù)制造標(biāo)準(zhǔn)，斷路器在ICU下只能進(jìn)行2次分?jǐn)嗖僮?，而在ICS下能進(jìn)行3次分?jǐn)嗖僮鳎虼藢τ贗CU﹤ICS的斷路器，在進(jìn)行過短路保護(hù)動(dòng)作后，必須確定當(dāng)次故障預(yù)期短路電流的大小，以決定是否需要更換斷路器。

實(shí)際短路電流大小的測量對于用戶來說是非常困難的，因此選擇ICU=ICS的斷路器或者按照斷路器的ICS分?jǐn)嗄芰x擇斷路器，可以保證至少3次大電流分?jǐn)嘣俑鼡Q斷路器，從而提供較高的供電連續(xù)性。但是通常ICU=ICS的斷路器價(jià)格相對較高，而短路故障尤其是電流接近斷路器極限分?jǐn)嗄芰Φ亩搪饭收戏浅Ｉ僖?，因此在對供電連續(xù)性沒有特殊要求的情況下，可以選用ICU﹤ICS的斷路器，以減少一次投入。

(2)過載分?jǐn)鄬╇娺B續(xù)性的影響。根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，斷路器可以在過載電流下進(jìn)行包括手動(dòng)操作和自動(dòng)分?jǐn)嘣趦?nèi)的12次操作，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在ICU和IC情況下的可操作次數(shù)。過載故障是線路中最常見的過電流故障，若無法區(qū)分?jǐn)嗦菲魇沁M(jìn)行了過載保護(hù)操作還是短路故障保護(hù)操作，則斷路器只能保守地按照2次或者3次分?jǐn)嗖僮骱蟾鼡Q斷路器的方法保證安全，顯然會(huì)造成斷路器的浪費(fèi)和無法保持長期持續(xù)供電。

因此，在斷路器發(fā)生過電流保護(hù)操作時(shí)，通常需要通過線路排查等方法確定是過載故障還是短路故障。目前，比較先進(jìn)的斷路器(包括電子式和熱磁式)已經(jīng)提供了故障類型指示功能用以區(qū)分過載和短路故障保護(hù)。用戶可以在斷路器故障保護(hù)操作后查看故障類型。

斷路器能夠進(jìn)行的過電流保護(hù)操作(包括過載保護(hù)和短路分?jǐn)啾Ｗo(hù))次數(shù)有限，因此在使用時(shí)應(yīng)對每臺斷路器做好故障歷史記錄，避免斷路器超期服役，造成安全隱患。電子式斷路器通常都有故障保護(hù)記錄功能，以便用戶查看。對于沒有故障記錄功能的斷路器，例如熱磁式斷路器，必須嚴(yán)格管理，做好記錄。

(3)帶觸頭磨損指示功能的智能型斷路器可大大提高供電連續(xù)性。不同分?jǐn)嗖僮黝愋蜁?huì)對斷路器造成不同程度的損傷，甚至同為短路故障，短路電流大小不同對斷路器造成的損傷程度也存在差異。例如斷路器在ICS下可進(jìn)行3次分?jǐn)?，若短路電流≤ICS，由于每次分?jǐn)嘣斐傻臄嗦菲饔|頭磨損和滅弧系統(tǒng)損傷較小，斷路器的可分?jǐn)啻螖?shù)將會(huì)大于3次，但由于標(biāo)準(zhǔn)中沒有針對這種工況設(shè)計(jì)試驗(yàn)規(guī)范，因此會(huì)存在判斷上的困擾。

對于普通的斷路器而言，在這種情況下可能需要采用分?jǐn)?次或者3次就更換斷路器的方法來保證使用安全性，但顯然不經(jīng)濟(jì)，并且難以獲得較高的供電連續(xù)性。帶觸頭磨損指示功能的智能型斷路器通過采集每次故障電流的大小和能量，分析計(jì)算斷路器觸頭磨損情況和滅弧系統(tǒng)的燒損情況，并給出斷路器的剩余壽命信息。這簡化了用戶的使用難度，并且可以較為準(zhǔn)確地判斷更換斷路器的合理時(shí)機(jī)，大大提高了供電連續(xù)性。

3 結(jié)語

根據(jù)本文分析，可以得到如下結(jié)論：

(1)根據(jù)制造規(guī)范，斷路器只能進(jìn)行有限次數(shù)的過電流保護(hù)操作，因此需要考慮過電流保護(hù)操作對斷路器壽命的影響。

(2)選用ICU=ICS的斷路器或根據(jù)ICS選擇的斷路器，具有更好的持續(xù)供電能力。按照ICS選用ICU﹤ICS的斷路器，可減少一次投放。

(3)斷路器允許的過載保護(hù)操作次數(shù)大于短路分?jǐn)嗖僮鞔螖?shù)，因此選用具有故障類型指示功能的斷路器，有效區(qū)分這兩種保護(hù)操作，可以避免不必要的斷路器更換，減少電力中斷的時(shí)間。

(4)具有觸頭磨損指示等自診斷功能的斷路器能夠提供斷路器的剩余壽命信息，幫助用戶判斷更換斷路器的合理時(shí)機(jī)，避免過早更換造成浪費(fèi)或者未能及時(shí)更換帶來危險(xiǎn)，因此能夠大大提高系統(tǒng)的可靠性和效率，是斷路器的發(fā)展方向，在供電連續(xù)性和可靠性要求比較高的場合，可以選用該類型的斷路器。

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2015-09-18

10.3969/j.issn.1000-6133.2015.05.007

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