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塑壳断路器MCCB的分断能力除了与灭弧室和动静锄头银点有关还与什么有关系？

2018-01-26 16:41阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1650426963

　　1.首先要弄懂什么叫做低压断路器的分断能力
　　我们来看国家标准GB14048.2-2008《低压开关设备和控制设备 第2部分：断路器》是怎么说的：
　　由2.15条，我们知道开关电器除了分断短路电流外，还包括短路接通能力。
　　由2.15.1，我们看到了极限短路分断能力的意义在于它只能执行一次性分断任务，之后就损毁了。所以，极限短路分断能力指的就是断路器能够分断的最大电流。此时，断路器的开断模式是：闭合(CLOSE)-打开(OPEN)，也就是有一个CO。
　　由2.15.2，我们看到运行短路分断能力的意义在于它可以执行多次分断任务。所以，运行短路分断能力的开断模式是：闭合(CLOSE)-打开(OPEN)-再次闭合(CLOSE)-再次打开(OPEN)，也就是说有两个CO。
　　显然，运行短路分断能力Ics要比极限短路分断能力Icu更加严酷。
　　当短路电流流过断路器时，断路器在未分断前，断路器需要承受那些冲击?第一是短路电流的热冲击，第二是短路电流的电动力冲击。
　　断路器抵御短路热冲击的能力叫做热稳定性，用短时耐受电流Icw来表征。一般地，低压断路器的额定短时耐受电流Icw的时间是1s。
　　短路电流的热冲击作用对象不是触头，而是触头的导电杆或者导电排。
　　断路器抵御短路电流电动力冲击的能力叫做动稳定性，用短路接通能力Icm来表征。
　　短路电流的电动力冲击作用对象是断路器触头，也即触头材料的动稳定性，以及它的熔焊特性。
　　对于断路器来说，动稳定性与热稳定性之间存在固定的关系，就是短路电流的冲击短路电流峰值与短路电流稳态值之比，也即短路电流的峰值系数n。
　　在GB14048.2标准的4.3.5.3条有如下说明：
　　注意看表的左侧有试验电流，并且是用电流有效值来定义的，范围从1.5kA开始，一直到大于50kA。对应地，我们在表的右侧看到峰值系数n的取值，从1.5开始，一直到2.2。
　　下图是短路电流波形图：
　　此图是我用MATLAB绘制的，出现在我的书《老帕讲低压开关电器技术》中。注意看在短路后0.01秒时短路电流的直流分量Ig与交流分量Ip的叠加产生了冲击短路电流峰值Ipk。同时，当短路电流延续到0.1秒后，短路电流进入到稳态值Ik，Ik=Ip。峰值系数n就是Ipk与Ik之比。
　　2.关于断路器的热稳定性
　　我们已经知道，若热稳定性的作用对象是触头的导电杆。当短路电流流过导电杆时，导电杆材料瞬间产生高温。
　　我们知道，导电杆材料一般是铜基合金。如果铜基合金的温度瞬时超过一定值，它的机械强度会极大地降低，见下图：
　　上图的横坐标是温度，用摄氏度温标表征。纵坐标是铜材料的机械强度系数。曲线1是在长期工作制下的变化情况，曲线2是受到短路电流热冲击的情况。
　　我们看到当温度在200到300度之间时铜材料的机械强度已经开始下降，超过300度时，铜材料的机械强度只有原先的80%。
　　再看表达式。在我的书里，有如下说明：
　　式2-101就是短路电流对导电排材料产生热冲击时的温度值。
　　注意看式2-101指数项的分子中隐含着一个重要信息，就是：
I_{K}^{2}t_{K}=const
(常数)。——式1 　　也就是说，我们可以利用式1对热稳定性的电流进行转换。例如，我们已经知道了某开关电器的短时耐受电流是35kA，时间是1秒，那么它在3秒时的短时耐受电流为：
I_{CW1}^{2}t_{1}=I_{CW3}^{2}t_{3}\Leftrightarrow I_{CW3}=\frac{1}{\sqrt{3}}I_{CW1}\approx 0.577I\times35 \approx 20.2kA
　　也就是说，若短路电流的持续时间为3秒，则该断路器的短时耐受电流从32kA下降到20.2kA。
　　我们来看ABB的某框架断路器的参数表：
　　我们看到，当短时耐受电流对应的时间从1秒变成3秒时，影响还是很大的。
　　若我们把某型抽出式断路器(不管是塑壳断路器还是框架断路器)当成进线开关来使用，并且认为它具有隔离开关的性能，同时它的短路开断时间与中压断路器配合的原因会加长，则必须考虑到短时耐受电流的影响。一般来说，此时断路器在短时耐受电流选择方面需要降容。
　　3.关于断路器的动稳定性
　　我们已经知道，断路器的动稳定性是作用在触头上的。为何动稳定性不是作用在断路器的导电杆上?这是因为短路电动力与导电杆的长度成正比，开关电器的尺寸不大，因此短路电动力对三相导电杆的作用力也不是很大。
　　在我的书《老帕讲低压开关电器技术》中有下图：
　　图中我们看到短路电流流过上下触头，并且在触头接触处的电流线出现收缩现象。从上图的右图作用力分析，我们看到触头受到了垂直方向的斥力，并且电流越大斥力就越大。这种斥力用它的发现者名字来命名，叫做霍姆力。
　　当短路电流流过触头时，霍姆力使得触头斥开。但斥开后，霍姆力消失，于是触头又闭合，此过程非常短暂，然而它会因为触头斥开瞬间产生的电弧烧蚀现象使得触头熔融或者熔焊。
　　由于触头烧蚀是与短路电动力相关的，触头抵御霍姆力的能力叫做断路器触头的动稳定性。
　　动稳定性的表达式如下：
F=\frac{\mu_{0}}{4\pi}I_{K}^{2}\ln\frac{R_{t}}{R_{d}}
，——式2 　　式2中，F是触头霍姆力，Ik是短路电流，Rt是触头半径，Rd是触头接触处的触点半径。
　　设，某塑壳断路器的极限短路分断能力Icu=50kA，它的动静触头间压力是50N，它的触头半径为2mm，触点半径为0.5mm，我们来计算它是否满足要求。
F=\frac{\mu_{0}}{4\pi}I_{K}^{2}\ln\frac{R_{t}}{R_{d}}\\=10^{-7}\times {(50\times 10^3)}^2\times \ln\frac{2}{0.5}\approx 346N >>50N
　　故知，此断路器根本就承受不了50kA短路电流的冲击，产品说明书在吹牛罢了。那么它的极限短路分断能力到底是多少?我们来简单验证一下：
　　由式2，我们把式子变形为：
I_K=\sqrt{\frac{10^{7}F}{\ln\frac{R_{t}}{R_{d}}}}=\sqrt{\frac{10^7\times 50}{\ln\frac{2}{0.5}}} \approx 18.991kA\approx19kA
　　说明此断路器的极限短路分断能力Icu为19kA而已。
　　由于断路器的动稳定性与触头的斥力和压力有关，与触头并联组数有关，与触头材料有关，与触头的开断时间也有关，因此在分析断路器动稳定性时往往更加依赖于型式试验的试验值，而计算验证仅供参考。
　　4.断路器的动热稳定性与断路器主要参数之间的关系
　　我们来看断路器参数不等式，如下：
I_{1} \leq I_{e} <I_{2} <I_{3} <I_{cw} \leq I_{cs} \leq I_{cu} <I_{cm}
，——式3 　　式3中，I1是断路器长延时过载保护参数，Ie是断路器额定电流，I2是断路器短路短延时保护参数，I3是断路器短路瞬时保护参数，Icw我们已经知道是短时耐受电流，Ics是运行短路分断能力，Icu是极限短路分断能力，Icm是断路器的短路接通能力。
　　式3中，从I1到I3属于断路器执行线路保护的参数，从Icw到Icm都属于断路器保护自身的参数。
　　在断路器保护自身的参数中，反映热稳定性的短时耐受电流Icw位于最左侧，而反映动稳定性的短路接通能力Icm位于最右侧。从左往右，电流越来越大，时间越来越短。热稳定性反映的是短路电流的热冲击和时间作用，动稳定性反映的是短路电流的电动力冲击和瞬时作用。
为了便于使用，许多高性能的低压断路器，它们具有
I_{cw}\leq I_{cs} \leq I_{cu}
的特性，便于我们对断路器的选型与运用。
职位名称 工作地点 工作年限 学历要求 招聘人数 更新日期
业务员/销售工程师（西门子、j江淮、国茂等品牌）
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 广东-佛山市 一年 大专 2 2018-01-26

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