断路器过电流分断动作对供电连续性的影响

2015-06-01季晓明

机电元件 2015年5期

关键词：连续性断路器短路

季晓明

(徐州机电工程高等职业学校，江苏徐州，221011)

试验与检测

断路器过电流分断动作对供电连续性的影响

季晓明

(徐州机电工程高等职业学校，江苏徐州，221011)

本文阐述了断路器过电流分断能力试验程序。根据过载、额定极限短路分断能力ICU和额定运行短路分断能力ICS试验程序的差异对过电流保护操作情况下的供电连续性进行了分析，提出了断路器ICU等于ICS、故障类型指示、故障记录、触头磨损指示等功能对提高供电可靠性和连续性的作用。

过电流；供电连续性；故障类型指示；触头磨损指示

1 引言

目前，大量文献讨论断路器的选型以及参数整定。在线路过电流保护方面，现有的文献主要考虑断路器的分断能力是否能够满足安装位置预期短路故障电流的保护要求。实际上，在进行断路器选型时，不仅需要从安全角度选择合适分断能力的断路器，还需要同时考虑所选择的断路器对系统供电连续性带来的影响。低压断路器过电流保护分为过载电流保护和短路电流保护。其中，短路电流保护能力又分为额定极限短路分断能力ICU和额定运行短路分断能力ICS。在不同的保护类型下，断路器的保护次数存在差异，在经过相应次数的保护动作后，断路器的触头磨损、灭弧系统受到损坏，将无法保证再次进行有效的保护动作，从而需要更换断路器，导致电力较长时间中断。本文将结合国家相关标准分析过电流保护动作对供电连续性的影响。

2 国家标准对过电流保护能力的试验规定

低压电器中过电流的定义为超过额定电流的任何电流。过电流包括过载电流和短路电流，过载电流指在电气上尚未受到损伤的电路中的过电流，是正常电路中产生的过电流；而短路电流指由于电路中的故障或者连接错误造成的短路而引起的过电流。

过载性能试验程序为断路器在其最高额定工作电压下按照表1所示的条件，人力断开9次，过载脱扣器自动断开3次。在每次人力操作循环期间，断路器应保持闭合足够的时间，以保证达到全试验电流，但不得超过2s.

表1 过载性能的实验电路特性

注：Uemax——断路器的最高工作电压

额定极限短路分断能力试验的操作顺序为：用等于制造商宣布的ICU的预期电流值，进行O-t-CO操作。其中，“O”为分断操作，“t”为等待时间，“CO”为接通分断操作。在断路器分断试验结束后，还需要验证断路器的介电耐受能力和过载脱扣能力。

额定运行短路分断能力试验程序为：用等于制造商宣布的ICS预期电流值，进行O-t-CO-t-CO操作。在短路试验后,还需要验证断路器的操作性能、介电耐受能力、温升和过载脱扣器。与试验电流对应的功率因数如表2所示。

表2 与实验电流相应的功率因数

由过电流分断能力试验程序可以看到ICS的试验条件比ICU的试验条件更加严酷，不仅要多做1次CO操作，而且需要在试验后验证断路器的操作能力和温升。

由于在大短路电流下的每次分断都会对断路器的灭弧系统造成明显的损伤，因此通常断路器的ICS值都比ICU值小。在过载条件下由于分断电流较小(6In)，每次试验对断路器造成的损伤相对较小，因此，标准规定断路器应能够进行包括人力操作和自动断开操作在内的12次分断。

3 过电流保护操作对供电连续性的影响

低压断路器在相应电流下进行了规定次数的保护动作后，由于灭弧系统受到损坏，故必须进行更换。即使某些断路器存在一定裕量，但因为没有任何试验程序对断路器此后的工作情况进行确认，如果继续使用将无法保证使用安全性。

(1)短路分断对供电连续性的影响。根据制造标准，断路器在ICU下只能进行2次分断操作，而在ICS下能进行3次分断操作，因此对于ICU﹤ICS的断路器，在进行过短路保护动作后，必须确定当次故障预期短路电流的大小，以决定是否需要更换断路器。

实际短路电流大小的测量对于用户来说是非常困难的，因此选择ICU=ICS的断路器或者按照断路器的ICS分断能力选择断路器，可以保证至少3次大电流分断再更换断路器，从而提供较高的供电连续性。但是通常ICU=ICS的断路器价格相对较高，而短路故障尤其是电流接近断路器极限分断能力的短路故障非常少见，因此在对供电连续性没有特殊要求的情况下，可以选用ICU﹤ICS的断路器，以减少一次投入。

(2)过载分断对供电连续性的影响。根据试验标准，断路器可以在过载电流下进行包括手动操作和自动分断在内的12次操作，远远大于在ICU和IC情况下的可操作次数。过载故障是线路中最常见的过电流故障，若无法区分断路器是进行了过载保护操作还是短路故障保护操作，则断路器只能保守地按照2次或者3次分断操作后更换断路器的方法保证安全，显然会造成断路器的浪费和无法保持长期持续供电。

因此，在断路器发生过电流保护操作时，通常需要通过线路排查等方法确定是过载故障还是短路故障。目前，比较先进的断路器(包括电子式和热磁式)已经提供了故障类型指示功能用以区分过载和短路故障保护。用户可以在断路器故障保护操作后查看故障类型。

断路器能够进行的过电流保护操作(包括过载保护和短路分断保护)次数有限，因此在使用时应对每台断路器做好故障历史记录，避免断路器超期服役，造成安全隐患。电子式断路器通常都有故障保护记录功能，以便用户查看。对于没有故障记录功能的断路器，例如热磁式断路器，必须严格管理，做好记录。

(3)带触头磨损指示功能的智能型断路器可大大提高供电连续性。不同分断操作类型会对断路器造成不同程度的损伤，甚至同为短路故障，短路电流大小不同对断路器造成的损伤程度也存在差异。例如断路器在ICS下可进行3次分断，若短路电流≤ICS，由于每次分断造成的断路器触头磨损和灭弧系统损伤较小，断路器的可分断次数将会大于3次，但由于标准中没有针对这种工况设计试验规范，因此会存在判断上的困扰。

对于普通的断路器而言，在这种情况下可能需要采用分断2次或者3次就更换断路器的方法来保证使用安全性，但显然不经济，并且难以获得较高的供电连续性。带触头磨损指示功能的智能型断路器通过采集每次故障电流的大小和能量，分析计算断路器触头磨损情况和灭弧系统的烧损情况，并给出断路器的剩余寿命信息。这简化了用户的使用难度，并且可以较为准确地判断更换断路器的合理时机，大大提高了供电连续性。