断路器短时耐受电流型式试验优化方案

电网发生短路时要求保护电器能迅速动作切断短路电路，但是切断短路电路是需要时间的，所以就要求主电路上的电器能在短时间内承受短路电流的热冲击而不致于损坏。

开关电器中的导体被短路电流加热的特征是：电流大且时间短，所以开关电器来不及散热，短路电流所产生的热量几乎全部都变成导体的剧烈温升。当温升超过限度后，开关电器的某零部件会发生熔焊、热变形，由此使得机械机构强度大为降低，绝缘材料也迅速老化和降低性能，由此产生了严重事故。

我们来看式（3-26）：

式中 τ——开关电器的发热体温升；

K_ac——附加损耗；

R——发热体电阻；

c——发热体的比热；

m——发热体的质量；

I——短路电流；

t——时间。

从式（3-26）可看出开关电器在绝缘的情况下，温升τ与I²t成正比。

短时耐受电流的持续时间一般规定为1s，有时也采用3s。

1.断路器短时耐受电流能力的试验电路

断路器短时耐受电流能力的试验电路如图3-70所示。图3-70中，G是电源，QP是保护开关，PV是电压测量装置，R是可调电阻，L是可调电抗，SV₁～SV₆是电压传感器，Q是合闸开关，QF是被测断路器或其他电器，W是整定用的临时线，SA₁～SA₃是电流传感器。需要指出的是，SV是具有测量、记录和瞬间连续拍摄功能的电压传感器；同理，SA也是具有测量、记录和瞬间连续拍摄功能的电流传感器。

注意图中的接地点，此点必须是唯一的。

2.断路器短时耐受电流能力试验过程

第一步当然是测试参数的调整了。在图3-70中用阻抗值可忽略不计的临时连接线W代替被测电器QF，W的两端必须尽可能地靠近被测电器的上下口一次接线端子。调整电阻R和电抗L，通过拍摄的预期电流波形使得试验电流达到规定的测试值。如果需要测量短时耐受电流在通电后第一个周波的最大值电流，则需要采用选相合闸装置。

试验时必须要测量出试验电路的功率因数，然后根据功率因数与冲击系数n的关系，确定出电流峰值的对应值，也即I_pk，同时也由此参数调整电路。在断路器短时耐受电流能力型式试验中的冲击系数n的确定方法与断路器短路接通和分断能力型式试验相同，见第1章1.4.1节中的7。

图3-70 断路器短时耐受能力试验电路

如果被选择的电流周期分量有效值大于或小于要求值，则可调整通电时间，使得I²t的值不变。这显然是合理的，它就是双曲线中的一支，要么调整I²，要么调整时间t，使得测量和试验结果能保证就可以了。

在实际试验时，有时不必采用选相合闸装置。因为三相中必定有某相能获得最大值，尽管其他两相相差120°，其电流必定小于此最大电流值。

第二步就是测试了。

在描述测试前，我们先看看断路器型式试验的内容是什么：

1）验证过载脱扣器；

2）额定短时耐受电流；

3）验证温升；

4）最大短时耐受电流时的短路；

5）验证介电耐受能力；

6）验证过载脱扣器。

这里描述的是第二个试验，即额定短时耐受电流试验。

在进行额定短时耐受电流试验时，断路器应当处于闭合位置，而且预期电流就等于额定短时耐受电流I_cw。

试验步骤如下：

被测试的断路器QF触点闭合→保护开关QP触点闭合→光线示波器起动并进入测试状态→合闸开关Q闭合→试验电流已经出现，并且持续到规定的时间，然后保护开关QP自动脱扣断开，从而切断试验电流→合闸开关Q断开→光线示波器停止拍摄→分析和计算示波图数据，得到I_cw的测试值。

在此试验过程中，被测断路器必须自始至终处于闭合状态。如果没有采用选相合闸装置，则必须做多次试验，直到试验参数满足要求为止。试验站规定：每进行3次测试后可以更换被测断路器。

最后一步是试验结果的判定。试验中断路器的触头不得发生熔焊，机械部件和绝缘件应该没有发生损伤和变形，而且能继续正常工作，以进行后续的测试试验。

3.有关断路器短时耐受电流能力试验的几个问题

问题1：

我们知道，在做大电流试验时，试验电路中各部分都会发热，而串联电路中电流处处相等。于是就带来一个问题？凭什么认为测试结果是被测断路器的短时耐受电流，而不是前后连接导线及其他设备的短时耐受电流？

回答：

这就是临时导线W的重要用途。(www.xing528.com)

我们来回想一下测小阻值电阻的阻值时，我们使用单臂电桥或双臂电桥，为什么呢？如果用普通万用表去测量小阻值电阻，因为测量仪表表棒的接触电阻阻值都大于被测电阻的阻值，所以测量出来的具体数值就不可能是被测电阻阻值的准确值。

双臂电桥利用一些较为特殊的方法消除了接触电阻，同时还要在测试前做一些必要的校准操作。我们看到在短时耐受电流型式试验的W线以及前期的调整过程其实就相当于双臂电桥测量前的校准工作。

正是有了这些测量预备，所以型式试验的测量值确实就是被测元器件的实际值。

问题2：

此试验步骤符合使用类别为B的断路器。对于使用类别为A的断路器，以及限流型断

路器，如何进行此项测试？

回答：

因为B类断路器具有短延时保护，因此短时耐受电流对B类断路器有意义。对于A类，特别是限流型开关，短时耐受电流是没有意义的。

问题3：当测试时需要关断断路器的各项保护吗？

回答：是的，必须关断这些保护。例如我们在做短时耐受电流的测试时，其时间长度是1s，

若断路器的瞬时脱扣还在，则断路器的保护动作会是的试验无法进行下去。

问题4：既然短时耐受电流实际上反映的是开关设备或者断路器在短路电流冲击下的发热，那么

它与开关柜或者断路器在运行时的发热有何不同？另外，当变压器产生出冲击短路电流I_pk时，如果刚刚好短路前电流过零，那么这个时

候岂不是就没有直流分量了吗？因为发热作用是有时间性的，能否认为I_pk是想象中的最大

值，计算发热时要用它的综合值来考虑？

回答：

这个差别是本质性质的。

低压开关柜在正常运行时流过额定运行电流，电流流过导体时就会产生热效应，例如各种电器、导线和电缆、铜排、仪表等都会发热。其次，电流能产生磁场，在低压开关柜中磁场往往以涡流的形式作用在开关柜的钢质骨架上，由此也会引起发热。

低压开关柜中规定元器件的最高使用温度为55℃，而金属部分则为60℃。这里的金属部分包括裸铜主母线，如果主母线镀锡，则温升容许值可达65℃，镀银则温升容许值可达70℃。具体可参见IEC 60439-1：2011或者GB 7251.1—2013。低压开关柜的散热与环境温度、海拔、防护等级、元件排列密度和散热方式等都有关系，是一个很综合的参量，需要在设计之初就认真对待。

问题5：

如果短路发生在电流过零的时刻，那么可否认为短路电流中就没有了直流分量？因为发热是需要时间的，能否认为I_pk是想象中的最大值，计算发热时要用短路电流的综合值来考虑？

回答：

这个观念是错误的。某相在短路瞬间过零，但是其他两相却没有过零，短路电流将由其他两相中的大者决定。

其次，I_pk是短路电流的峰值，它对低压电器和低压开关柜的冲击是以电动力来体现的，低压电器和低压开关柜抵御I_pk的能力被称为动稳定性。短路电流到达稳态后，其值就等于周期分量。短路电流周期分量的有效值就是产生热量的原因，如果时间长达1s，则此电流就成为某开关电器或者低压开关柜某导电部件的短时耐受电流。

问题6：

断路器的I_cs、I_cu、I_cm、I_cw、I_cn的定义和它们的意义

回答：

断路器的壳体电流是I_n，它是某断路器壳体所能流过的最大运行电流；

每一种断路器一般都配套有过载保护参数，它的电流整定值就是I₁。对于热磁断路器来说，I₁的范围在0.7～1.05I_n之间；对于电子式断路器脱扣器来说，I₁的整定值在0.4～1.05之间。

如果断路器具备短路短延时功能，则短延时参数的电流整定值是I₂，I₂的范围在1～10I_n之间；

当线路中出现了很大的短路电流，此时断路器的瞬时脱扣将起作用。与瞬时脱扣对应的电流整定值是I₃；

以上这些电流都与断路器作为主动元件有关，也就是断路器能通过脱扣来切断这些电流。这些电流按从小到大的次序排列为：

I₁≤I_n<I₂<I₃

如果断路器能够经受住长达1s的短路电流热冲击，那么对应的断路器参数是I_cw，即断路器的短时耐受电流；

如果断路器切断了短路电流后，其所有的结构件仍然正常，并且能够再次合闸使用，则对应的断路器参数被称为断路器额定运行短路分断能力I_cs；

如果断路器切断了短路电流后，其结构件发生了永久性的损坏，并且不能再使用了，必须予以更换。与此对应的参数被称为断路器的额定极限短路分断能力I_cu；

如果在线路已经发生短路的条件下，或者断路器作为隔离开关使用时，将断路器再次合闸，并且断路器能够承受此电流的冲击，则对应的断路器参数是短路接通能力I_cm。

我们把这一系列电流参数从小到大排列起来就是：

I₁≤I_n<I₂<I₃<I_cw≤I_cs≤I_cu<I_cm

请注意如下事实：按照IEC 60947-2的规定，I_cm=2.2I_cu。并且，I_cm这个参数也是隔离开关和ATSE开关的最主要参数。