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民用建筑电气设计规范实施指南

发布于：2022-09-19 17:10:19 来自：电气工程/电气工程原创版块 [复制转发]

知识点：民用建筑电气指南

1、低压断路器的基本参数：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

（6）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。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。

2、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60kA，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RI?t。将热能除电阻就得到一个新的参量I?t，I?t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。

3、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=0.2I?pkL/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=0.2x100?x10/0.12=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。

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。

老科：有短路电流曲线可知，短路电流有直流分量和交流分量组成，短路开始阶段直流分量和交流分量叠加，使短路电流在0.01s时达到最大值。而低压断路器动作时间大于0.01s，即断路器分断的短路电流已经降低为交流分量了。