开断和关合短路故障的性能优化

1.额定开断电流

额定开断电流也即额定短路开断电流，是标志着高压断路器开断短路故障能力的参数。这是指在规定的使用和性能条件以及规定的电压下，断路器能够开断的预期开断电流值，也即所能开断的最大短路电流。断路器的额定短路开断电流一般比其所能开断的极限电流值稍低，以留有裕量。国家标准规定，断路器的额定短路开断电流是在标准规定的相应工频及瞬态恢复电压下能够开断的最大短路电流，它由两个特征值表示：一是交流分量有效值，简称额定短路电流；二是直流分量百分数。标准上规定，若直流分量不超过20%，则额定短路开断电流仅以交流分量有效值来表征。交流及直流的确定如图2-2所示。

如图2-2所示，设在起弧瞬间的交流分量幅值为I_AC，直流分量振幅为I_DC，通常需要开断的额定开断电流可用（对称分量有效值）表示。当需要特别指出非对称开断电流时，可用表示。对于三相断路器采用通过最大电流一相的开断电流表示。额定短路开断电流的交流分量有效值从下列数值中选取：1.6kA、3.15kA、6.3kA、8kA、10kA、12.5kA、16kA、20kA、25kA、31.5kA、40kA、50kA、63kA、80kA、100kA。

图2-2 关合电流、开断电流及直流分量百分比的确定

AA′、BB′线—短路电流包络线 Bx线—短路电流零线 CC′线—交流分量零线 DD′线—由CC′线测量的短路电流交流分量有效值 EE′线—触头分离瞬间 I_MC—关合电流 I_AC—在EE′瞬间交流分量幅值 I_DC—在EE′瞬间直流分量幅值

另外，电力系统发生短路故障后，要求继电保护系统尽快动作，断路器开断得越快越好。这样可以缩短电力系统故障存在的时间，减轻短路电流对设备的冲击。更重要的是，在超高压电力系统中，尽快开断短路电流可以增加电力系统的稳定性，从而保证输电线路的输送容量。因此，断路器的开断时间在额定开断时间以内也是必要的条件。(www.xing528.com)

2.瞬态恢复电压与工频恢复电压

电力系统发生短路后，断路器分闸开断短路电流。断路器触头分离后，触头间产生电弧。电弧电流过零瞬间，电弧熄灭，触头上产生暂态恢复电压。电压恢复过程中，首先出现在弧隙间的是具有瞬态特性的电压，称为瞬态恢复电压u_tr。瞬态恢复电压存在的时间很短，只有几十微秒至几毫秒。瞬态恢复电压消失后出现在弧隙间的是由工频电源决定的电压，称为工频恢复电压u_pr，如图2-3所示，工频恢复电压也可以说是电弧熄灭后弧隙上恢复电压的稳态值。图2-3a所示的电压恢复过程是带有周期性分量的或是多频分量的振荡过程，图2-3b所示是非周期过程。

图2-3 恢复电压

a）周期性的振荡过程 b）非周期的振荡过程