斷路器過電流分斷動作對供電連續(xù)性的影響

季曉明

(徐州機電工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇徐州，221011)

試驗與檢測

斷路器過電流分斷動作對供電連續(xù)性的影響

季曉明

(徐州機電工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇徐州，221011)

本文闡述了斷路器過電流分斷能力試驗程序。根據(jù)過載、額定極限短路分斷能力ICU和額定運行短路分斷能力ICS試驗程序的差異對過電流保護操作情況下的供電連續(xù)性進行了分析，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，大量文獻討論斷路器的選型以及參數(shù)整定。在線路過電流保護方面，現(xiàn)有的文獻主要考慮斷路器的分斷能力是否能夠滿足安裝位置預(yù)期短路故障電流的保護要求。實際上，在進行斷路器選型時，不僅需要從安全角度選擇合適分斷能力的斷路器，還需要同時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分為過載電流保護和短路電流保護。其中，短路電流保護能力又分為額定極限短路分斷能力ICU和額定運行短路分斷能力ICS。在不同的保護類型下，斷路器的保護次數(shù)存在差異，在經(jīng)過相應(yīng)次數(shù)的保護動作后，斷路器的觸頭磨損、滅弧系統(tǒng)受到損壞，將無法保證再次進行有效的保護動作，從而需要更換斷路器，導(dǎo)致電力較長時間中斷。本文將結(jié)合國家相關(guān)標準分析過電流保護動作對供電連續(xù)性的影響。

2 國家標準對過電流保護能力的試 驗規(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誤造成的短路而引起的過電流。

過載性能試驗程序為斷路器在其最高額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)保持閉合足夠的時間，以保證達到全試驗電流，但不得超過2s.

表1 過載性能的實驗電路特性

注：Uemax——斷路器的最高工作電壓

額定極限短路分斷能力試驗的操作順序為：用等于制造商宣布的ICU的預(yù)期電流值，進行O-t-CO操作。其中，“O”為分斷操作，“t”為等待時間，“CO”為接通分斷操作。在斷路器分斷試驗結(jié)束后，還需要驗證斷路器的介電耐受能力和過載脫扣能力。

額定運行短路分斷能力試驗程序為：用等于制造商宣布的ICS預(yù)期電流值，進行O-t-CO-t-CO操作。在短路試驗后,還需要驗證斷路器的操作性能、介電耐受能力、溫升和過載脫扣器。與試驗電流對應(yīng)的功率因數(shù)如表2所示。

表2 與實驗電流相應(yīng)的功率因數(shù)

由過電流分斷能力試驗程序可以看到ICS的試驗條件比ICU的試驗條件更加嚴酷，不僅要多做1次CO操作，而且需要在試驗后驗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斷都會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斷電流較小(6In)，每次試驗對斷路器造成的損傷相對較小，因此，標準規(guī)定斷路器應(yīng)能夠進行包括人力操作和自動斷開操作在內(nèi)的12次分斷。

3 過電流保護操作對供電連續(xù)性的 影響

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

(1)短路分斷對供電連續(xù)性的影響。根據(jù)制造標準，斷路器在ICU下只能進行2次分斷操作，而在ICS下能進行3次分斷操作，因此對于ICU﹤ICS的斷路器，在進行過短路保護動作后，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分斷能力選擇斷路器，可以保證至少3次大電流分斷再更換斷路器，從而提供較高的供電連續(xù)性。但是通常ICU=ICS的斷路器價格相對較高，而短路故障尤其是電流接近斷路器極限分斷能力的短路故障非常少見，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)過載分斷對供電連續(xù)性的影響。根據(jù)試驗標準，斷路器可以在過載電流下進行包括手動操作和自動分斷在內(nèi)的12次操作，遠遠大于在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)分斷路器是進行了過載保護操作還是短路故障保護操作，則斷路器只能保守地按照2次或者3次分斷操作后更換斷路器的方法保證安全，顯然會造成斷路器的浪費和無法保持長期持續(xù)供電。

因此，在斷路器發(fā)生過電流保護操作時，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。用戶可以在斷路器故障保護操作后查看故障類型。

斷路器能夠進行的過電流保護操作(包括過載保護和短路分斷保護)次數(shù)有限，因此在使用時應(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。不同分斷操作類型會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下可進行3次分斷，若短路電流≤ICS，由于每次分斷造成的斷路器觸頭磨損和滅弧系統(tǒng)損傷較小，斷路器的可分斷次數(shù)將會大于3次，但由于標準中沒有針對這種工況設(shè)計試驗規(guī)范，因此會存在判斷上的困擾。

對于普通的斷路器而言，在這種情況下可能需要采用分斷2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，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，并且可以較為準確地判斷更換斷路器的合理時機，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，斷路器只能進行有限次數(shù)的過電流保護操作，因此需要考慮過電流保護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操作次數(shù)大于短路分斷操作次數(shù)，因此選用具有故障類型指示功能的斷路器，有效區(qū)分這兩種保護操作，可以避免不必要的斷路器更換，減少電力中斷的時間。

(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機，避免過早更換造成浪費或者未能及時更換帶來危險，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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