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額定限制短路電流Iq是斷路器的參數嗎?

冬至子 ? 來源:低壓電器雜談 ? 作者:賓昭平 ? 2023-12-04 11:26 ? 次閱讀

首先說結論:不是!

前段時間與現場設計師討論到額定限制短路電流Iq這個參數的時候,被問到它與斷路器的額定極限短路分斷能力Icu和額定運行短路分斷能力Ics的區別,甚至與短時耐受電流Icw的差異。

額定極限短路分斷能力Icu是指斷路器按 O-t-CO的試驗程序,成功接通和分斷預期短路電流,O代表只分斷,CO代表主動接通短路電流后立即分斷,t代表時間間隔,試驗后不要求具備斷路器繼續運行的能力,實際應用中意味著斷路器分斷Icu級別的短路電流后,需要立即更換;

額定極限短路分斷能力I~cs~~~是指斷路器按 O-t-CO-CO的試驗程序,成功接通和分斷預期短路電流,試驗后要求具備斷路器繼續運行的能力(GB14048.2中試驗后要驗證溫升是否合格),比額定極限短路分斷能力I~cu~嚴酷,所以標準中允許其為I~cu~的百分比,但至少為25%;

短時耐受電流Icw是指斷路器在合閘位置,主觸頭承受預期短路電流電動力效應和熱效應而不損壞的能力,因為短路電流會流過斷路器的端子、動靜觸頭等載流導體,電動力有可能會導致動靜觸頭斥開或載流導體的絕緣支撐開裂,熱效應會導致載流導體溫度升高、機械強度下降,同時會影響斷路器承受電動力的能力。

那么問題來了,額定限制短路電流Iq是什么?它與斷路器又有什么關系呢?

我們先來看標準怎么說,雖然大部分情況下越看越難理解……

在GB/T14048.1-2012低壓開關設備和控制設備 第1部分:總則中,對于額定限制短路電流(Rated conditional short-circuit current)的描述是這樣的:

電器的額定限制短路電流是在有關產品標準規定的試驗條件下,用制造商指定的短路保護電器進行保護的電器,在短路保護電器動作時間內能夠良好地承受的預期短路電流值,該值由制造商規定。

先咬文嚼字地分析,看幾個關鍵詞,短路保護電器一般是指斷路器和熔斷器,二者具備短路保護功能;電器的額定限制短路電流說明“電器”是斷路器或熔斷器的保護對象,被保護的“電器”在斷路器或熔斷器動作時間內,能良好的承受預期短路電流值,說明如果某“電器”的額定限制短路電流參數,需要與斷路器或熔斷器一起試驗后再宣稱。

GB/T14048.1是低壓開關設備和控制設備的總則,適用于GB/T14048.3的隔離開關、GB/T14048.4的接觸器、GB/T14048.11轉換開關,所以上面提到的“電器”就包括:開關、隔離開關、接觸器和轉換開關等低壓電器。

例如接觸器+熱繼電器與斷路器組合在一起宣稱的短路協調配合:1類配合和2類配合,就會提到額定限制短路電流I q ,雖然Iq值與斷路器的Icu或Ics值相等,但是三者意義完全不一樣,不可等同。

圖片

斷路器、接觸器、熱繼電器

同樣的,在轉換開關樣本中也會提到額定限制短路電流I q ,它也是需要與保護它的斷路器或熔斷器一起宣稱該參數。

圖片

如果你熟悉低壓柜的電氣參數,會發現低壓柜除了有短時耐受電流參數、峰值耐受電流參數之外,有時候也會宣稱額定限制短路電流參數。

圖片

歸根結底,隔離開關、接觸器、轉換開關、低壓柜或者母線等低壓元器件或成套設備,與斷路器或熔斷器一起宣稱的“額定限制短路電流參數”,前者都是作為被保護對象,在短路保護元器件動作時間,能承受短路電流所產生的電動力和熱應力而不損壞,只有這樣才能宣稱Iq參數。

額定限制短路電流Iq參數一定是一個器件組合在一起宣稱的參數,不會是單獨的斷路器或熔斷器,或者單獨的元器件或成套設備。

低壓電器(如隔離開關、轉換開關)或低壓成套設備有的時候是具備短時耐受電流參數和峰值耐受電流參數,如果不具備上述兩個參數的時候,此時負載側發生短路故障,斷路器或熔斷器成功分斷短路故障,那么同一條線路上的隔離開關或轉換開關或接觸器或母線的狀況會如何呢?

以接觸器為例,它本身是沒有“短時耐受電流”參數,在GB/T14048.4中只有“耐受過載電流”參數一說,一般為接觸器額定電流的8倍或8倍,耐受時間10s。

主要目的是保證在電動機起動電流和起動時間內,接觸器主觸頭能扛住電流的電動力效應和熱效應而不發生熔焊。

圖片

如果電動機側發生短路故障,此時斷路器成功分斷故障電流,且上級的塑殼斷路器還具有限流能力,但是無論斷路器的限流能力有多強,動作時間有多快,還是會有“等效的短路電流”流過接觸器主觸頭。

我們知道,接觸器的主觸頭彈簧壓力比起斷路器、隔離開關或轉換開關的彈簧壓力小多了,一旦斷路器限流之后“等效短路電流”超過了接觸器主觸頭的斥開電流值,就會導致接觸器觸頭斥開后又閉合,很容易導致觸頭熔焊。

例如,某電氣系統的預期短路電流為86kA(A點),預期短路電流峰值為198kA(C點)。斷路器或熔斷器的額定電流為800A,其短路分斷能力至少為86kA,只有這樣才具備分斷預期短路電流的能力。

圖片

經過斷路器或熔斷器“限流”后的截斷(允通)電流為49kA左右(D點),轉換成截斷(允通)電流有效值大概為21kA(B點)。

截斷(允通)電流參數是指預期短路電流經過限流斷路器或熔斷器“限流”之后能達到的最大瞬時電流值。

預期短路電流峰值從198kA降至49kA,預期短路電流從86kA降低至21kA,意味著負載側的的接觸器或隔離開關、轉換開關或低壓柜母線,需要承受的短路電流電流電動力和熱效應已經大幅降低。

如果能在斷路器或熔斷器的動作時間內,保持完好無損,則可以宣稱與該斷路器或熔斷器配合的額定限制短路電流參數,額定限制短路電流參數可以與斷路器或熔斷器的短路分斷能力相等。

通過上述分析可得:

1、低壓電器或低壓柜的“短時耐受電流I cw ”是靜態參數,不需要考慮短路保護元器件的保護特性,預期短路電流多大,預期短路電流持續時間多久,最后都是低壓電器或低壓柜“單獨硬扛”。

2、低壓電器和低壓柜的“額定限制短路電流I q ”是動態參數,它一定是與上級的短路保護元器件如斷路器或熔斷器一起宣稱,取決于斷路器或熔斷器限流能力的強弱,考核在短路保護器件動作時間內,能否扛得住限流后的“等效短路電流”值。

3、額定限制短路電流Iq值可以與斷路器或熔斷器的短路分斷能力相等,也可以不相等,一般會小于等于短路分斷能力;

4、低壓電器和低壓柜的“額定限制短路電流I q ”參數不能光靠理論計算,還需要通過試驗驗證,但其背后的原理依然是電流電動力和熱效應的比較。

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