用戶在設計、選擇低壓斷路器的短路分斷能力時,應遵循的基本原則是:斷路器的額定短路分斷能力³線路可能出現(預期)的短路電流。
國際電工委員會IEC947 - 2和我國等效采用IEC的GB14048.2《低壓開關設備和控制設備 低壓斷路器》標準規定的短路分斷能力有兩種;額定極限短路分斷能力Icu和額定運行短路分斷能力Ics。
1. Icu和Ics的定義
分別定義如下:Icu為按規定的試驗程序所規定條件,不包括斷路器繼續承載其額定電流能力的分斷能力;Ics為按規定的試驗程序所規定的條件,包括斷路器繼續承載其額定電流能力的分斷能力。
Icu的試驗程序為o t co;Ics的試驗程序為o t co t co。Ics比Icu的試驗程序多了一次co。經過程序試驗,能完全分斷,熄滅電弧,并無超出規定的損傷,被認為Icu試驗通過,而Ics的合格標準,除與Icu相同外,還要增加溫升和5%壽命次數的接通、斷開額定電壓、額定電流的試驗,Ics試驗條件更苛嚴。
2. Icu和Ics的關系
Icu和Ics都是斷路器的一項重要技術性能指標。從實際情況出發,根據線路保護的需要和斷路器的不同結構,IEC947 - 2和GB14048.2確定的Ics有4個或3個值,分別是25%、50%、75%和100%Icu(對A類斷路器,即塑料外殼式),或50%、75%和100%Icu(對B類斷路器,即萬能式或稱框架式)。斷路器制造廠確定其產品的Ics值,凡符合上面標準規定的Icu百分值都是有效的、合格的產品。
萬能式斷路器的絕大部分(不是所有規格)都是有過載長延時、短路短延時和短路瞬動的三段保護功能,能實現選擇性保護。因此大多數主干線(包括變壓器的出線端)都采用它作主(保護)開關,而塑殼式斷路器一般不具備短路短延時功能(僅有過載長延時和短路瞬動的二段保護),不能作選擇性保護,它們只能使用于支路。
由于使用(適用)的情況不同,IEC92《船舶電氣》標準建議:具有三段保護的萬能式斷路器,偏重于它的Ics,而大量使用于分支線路的塑殼式斷路器,應確保它有足夠的Icu。筆者對此的理解是:主干線切除故障電流后更換新斷路器要慎重,主干線停電時間較久要影響一大片用戶的供電,所以發生短路故障時要求有2個co,并且還要求繼續承載一段時間的額定電流;而使用于支路的僅有二段保護的斷路器,在經過極限短路電流的分斷和再次的接通分斷后,已完成其使命,它不再承載額定電流,可以更換新的(更換時停電的區域僅限于支路,因此影響較小),而它的Ics就可小于極限短路電流。Ics在兩類斷路器上規定值也有所不同,塑殼式最小允許的Ics是25%Icu,而萬能式的Ics最小是50%Icu。Ics = Icu的斷路器是很少的,即使是萬能式,也很少有Ics = 100%Icu [有一種采用旋轉雙分斷(點)技術的塑殼式斷路器,它的限流性能極好,短路分斷能力的裕度很大,可以做到Ics = Icu,但價格很高]。我國的DW15型萬能式斷路器Ics =(60% ~ 75%)Icu,DW45智能型萬能式斷路器Ics =(62.5% ~ 65%)Icu,國際上ABB公司的F系列,施耐德公司的M系列Ics也不過達到70%左右的Icu。而塑殼式斷路器,國內各種新型號的Ics大多數在(50% ~ 75%)Icu之間。有些廠商的廣告或樣本中稱它的斷路器Ics = Icu,如果不是限流型,則是有水分的。選用它,最可靠、最嚴肅的辦法是向他們索取Ics = Icu的試驗證書或型式試驗報告。
3. Icu和Ics的選用
一臺容量為1600kVA的變壓器,其副邊的額定電流為2312A,阻抗電壓百分數uK取6%,最大預期短路電流應為38.5kA,作保護用的斷路器額定短路分斷能力應是³40kA,若選DW15 - 2500Y的2500A或DW45 - 3200的2500A作主開關是能勝任的。由于現代的動力中心的變壓器與配電柜相距很近,甚至安裝在一起,因此即使是支路,額定電流在100A,它的預期短路電流也是很大的。因此,也要求線路中的塑殼斷路器的短路分斷能力應達到380V、40kA。
有文章斷定某一新型塑殼式斷路器(殼架等級電流160A,Icu380V、50kA,Ics380V、35kA)不能選用,理由是它的Ics僅35kA,小于線路預期電流38.5kA。這是一種誤解。該型號斷路器使用于支路,即使通過支路的短路電流為38.5kA,但此斷路器Icu大50kA,完全可以勝任。因此判斷塑殼式斷路器能否勝任某一線路保護開關,是看它的Icu能否大于線路的預期短路電流。而它的Ics即使小一點,也無礙于它的作用的發揮。因為短路事故多種多樣,例如兩相短路(其短路電流為三相短路值的二分之根號三),或者離電源較遠的地方,如50m、100m,即使是三相短路,由于阻抗的原因,三相短路時,事故電流大約是50% ~ 60%的三相最大預期值。