曾智楨

摘 要：低壓成套開關(guān)設(shè)備中，基本結(jié)構(gòu)、使用條件、母線的材質(zhì)不同等都影響額定短時(shí)耐受電流的選擇。合理選擇母線參數(shù)，可降低設(shè)備投資。因此，本文對母線額定短時(shí)耐受電流的選擇進(jìn)行探討，并給出母線額定短時(shí)耐受電流、額定峰值耐受電流選擇的建議。

關(guān)鍵詞：低壓成套開關(guān)設(shè)備；母線；短時(shí)耐受電流；短路電流

1 低壓成套開關(guān)設(shè)備簡介

我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)將用于交流50Hz（或60Hz）、額定電壓在交流1000V、直流1500V以下的電路中起通斷、保護(hù)、控制或調(diào)節(jié)作用的電器稱為低壓電器。在配電系統(tǒng)中，低壓成套開關(guān)設(shè)備主要由各種低壓電器構(gòu)成。

主母線又稱為水平母線，配電母線又稱為垂直母線。母線通常在設(shè)備中起著電能傳輸作用，是完成電氣連接用的一種導(dǎo)體，它還要承載著故障狀態(tài)下短路電流的考核。 低壓成套開關(guān)設(shè)備的母線選型的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓、額定電流、額定短時(shí)耐受電流、額定峰值耐受電流、規(guī)格、溫升等。

低壓成套開關(guān)設(shè)備現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱《成套設(shè)備》）中規(guī)定了額定短時(shí)耐受電流、 額定峰值耐受電流之間的關(guān)系，兩者可以認(rèn)為是等價(jià)的。本文就母線的額定短時(shí)耐受電流的選擇進(jìn)行討論。

2 短路對低壓成套開關(guān)設(shè)備母線的影響

當(dāng)2根平行導(dǎo)體中分別有電流i1和i2通過時(shí)，導(dǎo)體間相互作用力F為：

可見導(dǎo)體間作用力與流過導(dǎo)體的電流及導(dǎo)體的長度有關(guān)系。在低壓成套開關(guān)設(shè)備中，短路電流一般為額定電流的數(shù)十倍，因此導(dǎo)體間作用力遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行時(shí)的受力。同時(shí)水平母線通常情況下長度較長，所以短路電流產(chǎn)生的電動(dòng)力主要作用于主母線上，短路會(huì)對母線系統(tǒng)產(chǎn)生極大的電動(dòng)力沖擊。三相短路時(shí)母線作用力最大，承受應(yīng)力也最大。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，短路電流做功會(huì)在各個(gè)導(dǎo)電部分產(chǎn)生劇烈的發(fā)熱。按照實(shí)用計(jì)算法，短路電流在導(dǎo)體和電器中引起的熱效應(yīng)Qi為：

一般情況下短路電流的作用時(shí)間很短，短路電流流過導(dǎo)電部件后產(chǎn)生的熱量來不及散發(fā)，導(dǎo)電部件就有可能因?yàn)榘l(fā)熱而變形。當(dāng)?shù)蛪撼商组_關(guān)設(shè)備發(fā)生短路時(shí)，母線和開關(guān)電器劇烈發(fā)熱并承受巨大的電動(dòng)力，斷路器等開關(guān)電器也承載了短路電流的影響。由于斷路器等開關(guān)電器尺寸較小，所以短路電動(dòng)力不會(huì)對開關(guān)電器產(chǎn)生大的沖擊。真正承受短路電流熱沖擊和力沖擊的是低壓成套開關(guān)設(shè)備的母線系統(tǒng)，特別是水平母線系統(tǒng)。垂直母線系統(tǒng)由于長度較短，受到的沖擊小于水平母線系統(tǒng)。

3 短時(shí)耐受電流的定義及關(guān)系

開關(guān)設(shè)備必須經(jīng)過短路穩(wěn)定校驗(yàn)，包括熱穩(wěn)定校驗(yàn)和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。開關(guān)設(shè)備的熱穩(wěn)定性用額定短時(shí)耐受電流表示，《成套設(shè)備》對于額定短時(shí)耐受電流（ICW）定義為：成套設(shè)備制造商宣稱的，在規(guī)定條件下，用電流和時(shí)間定義的能夠耐受的短時(shí)電流有效值。

開關(guān)設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定性用額定峰值耐受電流表示，《成套設(shè)備》對于額定峰值耐受電流（IPK）定義為：成套設(shè)備制造商宣稱的，在規(guī)定條件下能夠承受的短路電流峰值。

《成套設(shè)備》規(guī)定峰值電流值應(yīng)用短路電流的有效值乘以系數(shù)n獲得。系數(shù)n的值和相應(yīng)的功率因數(shù)見表1。

《成套設(shè)備》中規(guī)定額定短時(shí)耐受電流時(shí)間為0.2s、1s、3s。《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器》（GB 14048.2-2008）中斷路器的額定短時(shí)耐受電流最大優(yōu)選值為1s。因此通常成套設(shè)備的額定短時(shí)耐受電流時(shí)間按照1s考慮。

4 短時(shí)耐受電流的計(jì)算

按照變壓器高壓側(cè)上級電網(wǎng)短路容量無窮大，變壓器及低壓側(cè)母線等導(dǎo)線阻抗忽略，變壓器低壓出口處三相短路電流最大值（有效值）為：

該方法計(jì)算得出的短路電流值較非對稱分析法略大，在工程分析中能夠滿足相關(guān)要求。

《成套設(shè)備》中要求：成套設(shè)備應(yīng)能夠耐受不超過額定值的短路電流所產(chǎn)生的熱應(yīng)力和電動(dòng)應(yīng)力。因此選擇水平母線ICW 時(shí)考慮1.1倍的安全系數(shù)，ICW、IPK的計(jì)算見表2。

上述計(jì)算針對單臺變壓器情況。如果存在變壓器并聯(lián)運(yùn)行的情況，理論上短路電流會(huì)成倍疊加。對于阻抗電壓7%的變壓器，或者上級電網(wǎng)短路容量有限的情況，短路電流會(huì)相應(yīng)減小。

對于一般配電系統(tǒng)，上級電網(wǎng)容量有限，因此表"計(jì)算所得的短路電流可以認(rèn)為是水平母線所承受的最大短路電流。垂直母線規(guī)格小于水平母線，其阻抗大，短路電流相應(yīng)減小，工程應(yīng)用中簡化處理可按照表2中短路電流值計(jì)算值選擇。

5 短時(shí)耐受電流的選擇

《成套設(shè)備》與2005版相比，其重要改動(dòng)之一就是通過驗(yàn)證方式取消了型式試驗(yàn)成套設(shè)備和部分型式試驗(yàn)成套設(shè)備的區(qū)別，采用3種不同但等效的驗(yàn)證要求的形式：驗(yàn)證試驗(yàn)、驗(yàn)證比較和驗(yàn)證評估。型式試驗(yàn)既是對產(chǎn)品的驗(yàn)證，又是設(shè)計(jì)產(chǎn)品的重要依據(jù)。對制造商而言，型式試驗(yàn)要支付相當(dāng)?shù)馁M(fèi)用，才能獲得改型開關(guān)柜的生產(chǎn)許可。

短路電流的計(jì)算值只能作為參考值，不能作為產(chǎn)品的性能說明。所以水平母線及垂直母線的短路參數(shù)，只能依據(jù)型式試驗(yàn)的結(jié)論。

3種主流產(chǎn)品的型式試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

水平母線額定電流500A的低壓成套開關(guān)設(shè)備通常配置2500kVA的變壓器， 其三相短路電流最大計(jì)算值為60.14kV，表中水平母線及垂直母線短時(shí)耐受電流值分別為80/65（kA/1s）、100/65（kA/1s）、100/80（kA/1s）?？梢姶怪蹦妇€的短時(shí)耐受電流值均小于水平母線短時(shí)耐受電流值。

因此，成套設(shè)備的水平母線額定短時(shí)耐受電流按照三相短路電流最大計(jì)算值，考慮1.1倍的安全系數(shù)選擇；垂直母線的額定短時(shí)耐受電流按照三相短路電流最大計(jì)算值選擇；其對應(yīng)峰值耐受電流按照表1對應(yīng)n值計(jì)算即可。部分設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中一味追求水平母線及垂直母線的額定短時(shí)耐受電流、額定峰值耐受電流，實(shí)際應(yīng)用中系統(tǒng)根本無法達(dá)到此種短路電流情況，造成設(shè)備及投資浪費(fèi)。

6 結(jié)語

作為低壓成套開關(guān)設(shè)備母線系統(tǒng)的重要參數(shù)，母線的額定短時(shí)耐受電流、額定峰值耐受電流應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)情況進(jìn)行短路電流計(jì)算校驗(yàn)后再選擇。設(shè)備采購時(shí)，必須要求廠家提供成套設(shè)備的型式試驗(yàn)報(bào)告。

電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)熟悉國家標(biāo)準(zhǔn)要求，通過分析計(jì)算及合理選型，在滿足設(shè)備安全性的前提下，降低設(shè)備投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。

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