1、短時(shí)耐受電流和選擇性類別
短時(shí)耐受電流Icw是指斷路器在閉合位置承受短路電流熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)一定時(shí)間而不損壞的能力。
低壓斷路器要求承受短時(shí)耐受電流值之后，還能成功分?jǐn)喽搪冯娏?，所以短時(shí)耐受電流參數(shù)考核了斷路器的短路耐受和短路分?jǐn)嗄芰Α?/span>
這種要求與實(shí)際應(yīng)用相符合，比如某框架斷路器用于進(jìn)線斷路器，瞬時(shí)保護(hù)關(guān)閉，短延時(shí)保護(hù)打開(kāi)，在短路條件下該斷路器先承受短路電流一定時(shí)間，再分?jǐn)喽搪冯娏鳌?/span>
GB14048.2低壓斷路器標(biāo)準(zhǔn)對(duì)短時(shí)耐受電流的要求如下表3。對(duì)于額定電流小于等于2500A的斷路器，其短時(shí)耐受電流最小值可以為12In和5kA的最大者；對(duì)于額定電流大于2500A的斷路器，其短時(shí)耐受電流最小值為30kA。
按是否宣稱短時(shí)耐受電流參數(shù)，低壓斷路器可以分為：
①選擇性類別B
具有短時(shí)耐受電流及相應(yīng)短延時(shí)的斷路器，B類斷路器的選擇性不一定保證一直到斷路器的短路極限分?jǐn)嗄芰Γ丛试SIcw≠Icu，但至少達(dá)到表3中的值。
框架斷路器基本上都屬于B類斷路器，且有的斷路器宣稱Icw=Icu=Ics，具備高耐受和高分?jǐn)嗟哪芰Γ@種斷路器一般可以與下級(jí)塑殼短路實(shí)現(xiàn)全選擇性。
斷路器承受短路電流期間，短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)對(duì)觸頭和導(dǎo)體回路的支撐件都是考驗(yàn)，熱效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致觸頭的溫度上升，電動(dòng)力會(huì)導(dǎo)致觸頭斥開(kāi)或者支撐件變形，都會(huì)影響后續(xù)的短路分?jǐn)唷?/span>
②選擇性類別A
除了B類以外的所有斷路器，可以在短路情況下通過(guò)其他方式提供選擇性。
塑殼斷路器基本上都屬于A類斷路器，熱磁式只具有熱過(guò)載和短路保護(hù)功能，電子式有的具有長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)、短延時(shí)保護(hù)和瞬時(shí)保護(hù)。
疑問(wèn)點(diǎn)就在于電子式塑殼斷路器沒(méi)有短時(shí)耐受電流宣稱，為何會(huì)像框架斷路器一樣具有短路短延時(shí)保護(hù)功能呢？塑殼斷路器的短延時(shí)保護(hù)與框架斷路器的短延時(shí)保護(hù)有何區(qū)別呢？
2、框架斷路器的短延時(shí)保護(hù)
框架斷路器經(jīng)常作為一級(jí)配電的進(jìn)線或出線斷路器，需要與下級(jí)塑殼斷路器實(shí)現(xiàn)選擇性配合。
在短路條件下，由于框架斷路器具備短時(shí)耐受電流參數(shù)，可以耐受一定時(shí)間的短路電流而不損壞。
通過(guò)短路延時(shí)保護(hù)設(shè)定，讓下級(jí)塑殼斷路器保護(hù)先動(dòng)作，而上級(jí)框架斷路器處于“等待”狀態(tài)，直到下級(jí)斷路器將線路側(cè)故障切除，保證框架斷路器下游的其他回路的供電連續(xù)性。
以MTZ框架斷路器為例，先回顧下短時(shí)耐受電流和短路短延時(shí)保護(hù)的特性。如果是MTZ2-20-H2-Micro5.0X 2000A斷路器，其殼架電流2000A，H2代表其短路分?jǐn)嗄芰?00kA，短時(shí)耐受電流為85kA/1s。
圖1 MTZ2 20的短時(shí)耐受電流
圖2 MTZ2 20的短延時(shí)保護(hù)
我們將其短路瞬動(dòng)保護(hù)關(guān)閉，短路短延時(shí)保護(hù)電流設(shè)定為10Ir，延時(shí)時(shí)間設(shè)定為0.4s，這就意味著如果負(fù)載側(cè)發(fā)生85kA的短路故障，現(xiàn)在瞬動(dòng)保護(hù)又處于關(guān)閉狀態(tài)，那么MTZ2-20斷路器會(huì)一直承受85kA的短路電流，延時(shí)0.4s后動(dòng)作，實(shí)際動(dòng)作時(shí)間介于0.35s~0.5s之間。
在這種情況下，下級(jí)的塑殼斷路器一般早已經(jīng)動(dòng)作，從而與上級(jí)MTZ2-20斷路器實(shí)現(xiàn)時(shí)間選擇性。
3、塑殼斷路器的短延時(shí)保護(hù)
塑殼斷路器屬于A類斷路器，無(wú)短時(shí)耐受電流的宣稱。比如具有長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)、短路短延時(shí)保護(hù)和瞬時(shí)保護(hù)的電子式脫扣器塑殼斷路器，其短延時(shí)保護(hù)電流可以設(shè)定為10Ir，延時(shí)時(shí)間可以設(shè)定為0.4s。
不同于框架斷路器的瞬時(shí)保護(hù)可以關(guān)閉，塑殼斷路器的瞬時(shí)保護(hù)一般不可以關(guān)閉(特殊型號(hào)除外)。當(dāng)短路電流超過(guò)塑殼斷路器瞬時(shí)保護(hù)設(shè)定值之后，斷路器瞬時(shí)保護(hù)動(dòng)作。
瞬時(shí)保護(hù)可以關(guān)閉的塑殼斷路器，例如NSX塑殼斷路器5B電子脫扣器，其瞬時(shí)保護(hù)確實(shí)可以關(guān)閉，但不能認(rèn)為它和框架斷路器一樣，當(dāng)瞬時(shí)保護(hù)關(guān)閉、短延時(shí)保護(hù)打開(kāi)時(shí)，如果短路電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)短延時(shí)保護(hù)設(shè)定值10Ir(例如短路電流達(dá)到Icu級(jí)別)，框架斷路器會(huì)延時(shí)0.4s后動(dòng)作，但是塑殼斷路器會(huì)立即動(dòng)作。
對(duì)于NSX塑殼斷路器，在瞬時(shí)保護(hù)關(guān)閉、短延時(shí)保護(hù)打開(kāi)情況下，只要短路電流超過(guò)25倍斷路器額定電流，短路電流產(chǎn)生的電動(dòng)力足以讓旋轉(zhuǎn)觸頭斥開(kāi)，斥開(kāi)產(chǎn)生的電弧引燃靜觸頭側(cè)的產(chǎn)氣材料，分?jǐn)鄦卧獌?nèi)的氣壓迅速升高，推動(dòng)氣動(dòng)脫扣機(jī)構(gòu)直接跳閘，這便是“能量脫扣”的工作原理。
瞬時(shí)保護(hù)可以關(guān)閉的塑殼斷路器，當(dāng)短路電路遠(yuǎn)超過(guò)短延時(shí)保護(hù)整定電流之后，斷路器如何動(dòng)作是需要提前知道的，千萬(wàn)別指望限流型塑殼斷路器像框架斷路器一樣可以“硬扛”短路電流一定時(shí)間。
限流型塑殼斷路器要求的是動(dòng)作快，所以觸頭彈簧壓力會(huì)比較小，有利于在電動(dòng)力作用下快速斥開(kāi)；
短時(shí)耐受電流要求斷路器能“硬扛”短路電流一定時(shí)間，不能被電動(dòng)力輕易斥開(kāi)，所以觸頭彈簧壓力比較大。
塑殼斷路器的瞬時(shí)脫扣電流一般為10~12倍其額定電流In，為了保證瞬時(shí)脫扣動(dòng)作之前，斷路器觸頭系統(tǒng)不會(huì)斥開(kāi)，觸頭斥開(kāi)電流Io至少滿足下面關(guān)系式：Io＞(10~12)In
要滿足以上關(guān)系式，必須按照觸頭回路的結(jié)構(gòu)，合理選擇觸頭壓力。用于電動(dòng)機(jī)回路的塑殼斷路器，其瞬時(shí)保護(hù)脫扣電流要躲過(guò)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間的沖擊電流。
上海電器科學(xué)研究所曾經(jīng)對(duì)52臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)在實(shí)際使用中，其直接起動(dòng)電流的第一個(gè)峰值是額定電流峰值的8倍以下為少數(shù)，8~12倍占極大多數(shù)，個(gè)別電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的第一個(gè)峰值是其額定電流峰值的13倍以上。
說(shuō)明：I1m為第一個(gè)波的峰值；I2m為起動(dòng)電流的第3-4個(gè)波的峰值；I3m為起動(dòng)電流波的中間部分分波的峰值；I4m為起動(dòng)電流波衰減至穩(wěn)態(tài)電流之前部分分波的峰值。
基于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性，所以用于電動(dòng)機(jī)回路的塑殼斷路器，其瞬時(shí)保護(hù)脫扣值比配電保護(hù)斷路器更高，一般為13~14In。
在斷路器設(shè)計(jì)上，為了保證斷路器觸頭在瞬時(shí)保護(hù)動(dòng)作前或電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間不斥開(kāi)，定型試驗(yàn)時(shí)會(huì)摸底斷路器的觸頭斥開(kāi)電流，這個(gè)斥開(kāi)電流值一定會(huì)比瞬時(shí)保護(hù)最大整定電流值高，也比電動(dòng)機(jī)沖擊電流值高。
斷路器的短時(shí)耐受電流要求短路主觸頭一定不能斥開(kāi)，所以比斥開(kāi)電流值低的臨界電流，其實(shí)就是塑殼斷路器的“短時(shí)耐受電流”。
GB14048.2斷路器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，額定電流小于等于2500A的斷路器，其短時(shí)耐受電流至少要等于12In或5kA之間的最大值，所以：屬于A類的塑殼斷路器可以具備一定的短延時(shí)，只不過(guò)其短時(shí)耐受電流小于表3的要求。
塑殼斷路器的“短時(shí)耐受電流”宣稱值不高甚至不宣稱，不會(huì)像框架斷路器那樣可以做到Icw=Icu，但是塑殼斷路器本身具備的“短路耐受電流”能力，可以保證與下級(jí)斷路器有一定的選擇性配合。
4、總結(jié)
①框架斷路器由于自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能要求，其短時(shí)耐受電流值比較高，甚至可以做到與短路分?jǐn)嗄芰ο嗟龋ㄟ^(guò)短路短延時(shí)保護(hù)與下級(jí)塑殼斷路器的實(shí)現(xiàn)全選擇性或局部選擇性的要求。
②塑殼斷路器的主要作用是快速切斷回路故障，一般為限流型斷路器，觸頭彈簧壓力小，在電動(dòng)力的作用下快速斥開(kāi)從而實(shí)現(xiàn)限流的目的。
③限流型斷路器具有一定的“短時(shí)耐受電流”能力，受制于觸頭結(jié)構(gòu)的原因其耐受電流值不高，一般比瞬時(shí)保護(hù)電流值或電動(dòng)機(jī)起動(dòng)沖擊電流值高，以保證在瞬時(shí)保護(hù)動(dòng)作前或電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間觸頭處于閉合狀態(tài)。
④限流型塑殼斷路器的短延時(shí)保護(hù)電流通常為10~12倍其額定電流，不同于框架斷路器的瞬時(shí)保護(hù)可以關(guān)閉，塑殼斷路器的瞬時(shí)保護(hù)一般不可以關(guān)閉，所以短路電流超過(guò)瞬時(shí)保護(hù)整定值之后，斷路器立即動(dòng)作，而不是像框架斷路器一樣延時(shí)一定時(shí)間后再動(dòng)作。
⑤瞬時(shí)保護(hù)可以關(guān)閉的塑殼斷路器，需要注意它必須具備類似NSX“能量脫扣”或“瞬時(shí)超越脫扣”的保護(hù)功能(相當(dāng)于自我保護(hù)功能)，否則一旦瞬時(shí)保護(hù)關(guān)閉，短延時(shí)保護(hù)打開(kāi)延時(shí)，當(dāng)短路電流遠(yuǎn)超過(guò)短延時(shí)保護(hù)設(shè)定值，斷路器該如何動(dòng)作需要講明白，避免潛在風(fēng)險(xiǎn)。
作者：賓紹平
