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如何解读塑壳断路器的额定运短路分断能力示波图?

   日期:2020-06-06     浏览:2    

  刚好是周末,又是购物节,有点时间,我来替题主分析一下,也无所谓点赞数了,只要能和题主交互就行了。

  我们来设想一下,如果断路器执行完开断操作后,断路器就坏了,必须更换,则此开断电流参数被称为极限短路分断能力Icu;如果执行完开断操作后,断路器还能继续工作,而且还能继续执行开断操作,则此电流参数被称为运行短路分断能力Ics。

  我们看到,题主所描述的试验是对塑壳断路器执行直流运行短路分断能力的测试,其电压为直流680V,而试验电流的最大值是103kA。

  那么时间常数有什么意义?它其实就是测量电路的感抗与电阻之比,它与短路电流的衰减时间密切相关。

  至于飞弧距离,则是指当断路器开断后,动、静触头间会出现电弧,此电弧的炽热气体从断路器中溢出的距离。飞弧距离越短,元器件安装的密度越高,对开关设备来说就越好。

  题主必须知道,与断路器有关的国家标准是:GB14048.2《低压开关设备和控制设备 第2部分:断路器》。

  既然要测量断路器的运行短路分断能力,我们首先将测量电路接通,断路器处于打开位置,英文叫做OPEN,一般用”O“来代表。此时,断路器的下端头用导线直接短接,然后我们把断路器闭合,英文叫做CLOSE,一般用”C“来代表。

  由于断路器出口处已经短接,因此电流很大,此电流就是题主资料中的103kA。断路器内部的磁脱扣器当然要执行短路保护,也即O操作。此过程叫做第一个CO。

  我们知道,断路器而从侦测到短路电流开始,到短路保护动作完成一般需要5~15毫秒。开断时间长度与断路器的结构和类型有关。对于塑壳断路器,它的开断时间一般为5到10毫秒。注意在开断完成前,断路器的触头和导电排必须要能够承受短路电流的电动力冲击以及热冲击。

  断路器完成第一个CO后,必须等待5分钟用以散热,然后再来第二个CO。如果断路器完成两个CO后,它的结构以及触头都未受到损伤,则试验通过。

  触头在C过程闭合后,由于短路电流很大,动、静触头间存的霍姆斥力把触头斥开,而斥开后触头间的霍姆力斥力消失,只剩下安培力,故而触头再次闭合。与此同时,断路器的磁脱扣器侦测到短路电流,在5毫秒左右让断路器执行开断操作,于是我们看到第二个电流尖峰,但它的电流值比第一次要小,两次电流峰值间的包络线向下倾斜,体现出触头间已经出现电弧,并且灭弧机制已经产生了作用。

  第二本和第三本都是我的书,《老帕讲低压电器技术》和《低压成套开关设备的原理及其控制技术》,机械工业出版社出版。其中前一本书的2.8节”若干种低压开关电器的型式试验“以及后一本的3.9节”若干种低压开关电器的型式试验“中均有描述。

  第一张图,单独一个O(开断),电流波形没什么好说的,短路增大,开断减小直到零。电压波形,开断后有一个高于电源电压的波峰,这是开断后触头间的瞬态恢复电压,与系统中的电感释放能量有关(系统时间常数)。

  后面两张,第一次CO和第二次CO(合-分)循环,电压的上升同O,有一个瞬态恢复电压。但比较有趣的是电流电压都有两个峰。为什么有两个峰?这肯定不是触头弹跳,因为:

  一是触头弹跳时间极短,而这两个峰之间的时间长达数毫秒,单个O的开断总时间也就4.49ms而已,这个已经比单个O都长。不可能触头合上,然后弹开到电弧灭弧,再闭合。如果是这样,正常合闸岂不是咣啷咣啷得弹个几十毫秒,电弧烧了断烧了断来个5、6次以上了?这样子触头都要烧光了。

  二是触头弹跳不可能只弹一下,触头合闸瞬间,弹跳是反复震荡的,就像把一个乒乓球扔地上,弹起来,落下去,再弹起来,再落下去,直到在地上稳定。触头弹跳的电压波形是这样的:

  我理解,CO循环中,电压初次下降是合闸过程,然后拉开灭弧,接下来出现第一个电压峰值高于系统电压的情况,此为触头间的瞬态恢复电压,说明已经灭弧结束。电流此时完成第一个波形到零,也说明开断结束。但是,此时触头间电压再次下降,出现第二个电流波形,说明发生了第二次开断,而且第二次开断完成后不再有电流,触头间电压在短暂升高后恢复正常。

  可能有两种情况,一是在触头拉开后迅速开断,但因为CO循环触头较热,发生了电弧重燃,第二个波形是电弧重燃的结果。或者这是一个多极串并联的断路器,因为多个触头分合闸不一致造成两个波形。


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