李子琦++盧權(quán)勝++黎永勝++劉超++葉志偉

摘 要：本文首先詳細(xì)地闡述了電弧的定義和產(chǎn)生過(guò)程，然后通過(guò)進(jìn)行額定短路分?jǐn)嗄芰Φ膶?shí)驗(yàn)，詳細(xì)論述了低壓短路電流的計(jì)算方法和過(guò)程，并且提出了對(duì)于額定短路分?jǐn)嗄芰Φ母倪M(jìn)策略；最后，針對(duì)額定短路分?jǐn)嗄芰Φ母倪M(jìn)提出了新的見(jiàn)解和看法。

關(guān)鍵詞：低壓短路；電流計(jì)算；斷路器；分?jǐn)嗄芰?/p>

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

進(jìn)一步提高分?jǐn)嗄芰κ切⌒蛿嗦菲魑磥?lái)的發(fā)展方向之一，電力系統(tǒng)中的短路電流進(jìn)行計(jì)算是其中的重要部分，對(duì)于電氣設(shè)計(jì)有重要作用。通過(guò)計(jì)算，可以得到電力系統(tǒng)的短路數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)于高壓電氣設(shè)備的選擇。例如高壓斷路器、高壓隔離開(kāi)關(guān)以及電流互感器等提供了信息，并且電力系統(tǒng)的短路數(shù)據(jù)也是繼電保護(hù)整定的主要根據(jù)。低壓斷路器是電力配電系統(tǒng)中被廣泛使用的設(shè)備，它在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)地切斷電源，在防范重大事故方面起到了重要的作用。近年來(lái)，隨著我國(guó)科技的發(fā)展和制造水平的提高，小體積、高分?jǐn)嗄芰Φ拈_(kāi)關(guān)設(shè)備得到了快速的發(fā)展，所以如何正確選擇設(shè)備成為了當(dāng)前的重要話題。對(duì)此，本文對(duì)斷路器的分?jǐn)嗄芰M(jìn)行了計(jì)算和比較，同時(shí)提供短路故障點(diǎn)短路電流的簡(jiǎn)易估算方法。

一、電弧的產(chǎn)生機(jī)理

電弧產(chǎn)生的主要原因是由于電壓過(guò)高，導(dǎo)致空氣電離，在空氣中形成放電電流，電弧的形成簡(jiǎn)而言之就是觸頭間中性質(zhì)子被游離的過(guò)程。斷路器電路閉合和斷開(kāi)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生電弧，但大多數(shù)情況下只觀測(cè)和研究斷路器在斷開(kāi)電路時(shí)的作用結(jié)果。當(dāng)斷開(kāi)電流時(shí)，動(dòng)靜觸頭的接觸面積會(huì)逐漸減少，在高溫高導(dǎo)電率的情況下游離氣體會(huì)逐漸地形成液態(tài)金屬橋。當(dāng)接觸面上的溫度升高到一定點(diǎn)時(shí)，金屬橋會(huì)斷裂，最終形成金屬蒸汽。動(dòng)靜觸頭間的電子與離子發(fā)生碰撞反應(yīng)，由此產(chǎn)生電離。最后電源高于起弧電壓時(shí)就會(huì)使熔融的液態(tài)金屬橋產(chǎn)生電弧。

二、低壓斷路器額定短路分?jǐn)嗄芰Φ母倪M(jìn)

提高分?jǐn)嗄芰κ切⌒蛿嗦菲魑磥?lái)的發(fā)展方向。在低壓配電電網(wǎng)中，斷路器是最主要的電器元件，對(duì)它的選取是否正確直接關(guān)系著整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而斷路器分?jǐn)嗄芰Φ暮侠磉x用是電網(wǎng)配置經(jīng)濟(jì)性的重要方面，因此很有必要對(duì)其分?jǐn)嗄芰M(jìn)行改進(jìn)。

1.額定短路分?jǐn)嗄芰Φ亩x與試驗(yàn)

額定短路的分?jǐn)嗄芰κ菙嗦菲鏖_(kāi)關(guān)的一種特殊功能，是指斷路器能夠分?jǐn)嘟佑谒竺娴呢?fù)載或線路在短路時(shí)產(chǎn)生的短路電流的能力。斷路器的分?jǐn)嗄芰κ侵冈诎l(fā)生安全問(wèn)題時(shí)，該斷路器切斷故障電流的能力（即速度），與其額定電流不存在必然聯(lián)系。在選擇斷路器分?jǐn)嗄芰r(shí)，分?jǐn)嗄芰?yīng)不小于它所安裝處可能產(chǎn)生的三相短路電流。

1.1 如果Ics=10kA，當(dāng)線路中發(fā)生10kA的故障電流時(shí)，斷路器可以安全切斷電路，不會(huì)因?yàn)楦邷囟霈F(xiàn)接頭熔接、突然爆炸。但是對(duì)于過(guò)了極限分?jǐn)嗄芰Φ臄嗦菲?，即失效后，就必須?duì)其進(jìn)行更換。

1.2 假定Ics=10kA，分?jǐn)嘣撾娏骱?，雖然斷路器允許合閘后繼續(xù)使用，但是最好在應(yīng)急過(guò)后對(duì)其進(jìn)行更換，因?yàn)楹玫臄嗦菲骺梢宰龅絀cu=Ics。短路試驗(yàn)的內(nèi)容就是在斷路器閉合的情況下進(jìn)行單次的斷開(kāi)操作閉合，閉合后間隔一段時(shí)間再進(jìn)行下一次的單次分?jǐn)嗖僮?，?duì)其的驗(yàn)證應(yīng)將試驗(yàn)側(cè)重點(diǎn)放在配電線路以及用電設(shè)備受損前及時(shí)切除短路故障上。對(duì)于短路分?jǐn)嘣嚭篁?yàn)證，主要側(cè)重于考核介電性能，不再驗(yàn)證它的操作性能以及溫升等項(xiàng)，對(duì)于接觸器短路條件下性能的分類方式也可以進(jìn)行借鑒。對(duì)擁有更好性能的斷路器，還可根據(jù)其規(guī)定的短路后仍然能達(dá)到的性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)。

2.斷路器分?jǐn)嗄芰x擇

對(duì)斷路器分?jǐn)嗄芰M(jìn)行判定的一個(gè)基礎(chǔ)原則就是斷路器的短路分?jǐn)嗄芰σ笥诰€路的預(yù)期短路電流。如果短路點(diǎn)周圍所連電動(dòng)機(jī)的額定電流相加大于短路電流的1%，這時(shí)就應(yīng)該考慮電動(dòng)機(jī)反饋電流的作用。根據(jù)短路電流這一物理變化過(guò)程，我們不難理解，針對(duì)A類、B類斷路器固有分?jǐn)嗟膭?dòng)作時(shí)間不同，當(dāng)動(dòng)作時(shí)間大于0.04s時(shí)，不考慮短路電流的非周期分量，即三相短路電流為短路電流周期分量的有效值；當(dāng)動(dòng)作時(shí)間小于0.02s時(shí)，應(yīng)考慮短路電流的非周期分量，即三相短路電流為短路沖擊電流。在低壓電網(wǎng)中，短路電流周期分量有效值驗(yàn)證斷路器額定極限短路分?jǐn)嗄芰?yīng)采用安裝處預(yù)期短路電流周期分量的有效值；但是在實(shí)際應(yīng)用中，此類斷路器用于配電支路、線路發(fā)生三相短路時(shí)，其短路電流首先經(jīng)過(guò)暫態(tài)過(guò)程。

3.額定短路分?jǐn)嗄芰Φ母倪M(jìn)

線路發(fā)生三相短路時(shí)，其短路電流首先經(jīng)過(guò)暫態(tài)過(guò)程，線路發(fā)生短路故障，絕大部分發(fā)生在支路里，在這些故障中，相鄰兩相之間的故障占7.8%，其短路值不大，相對(duì)地已經(jīng)完全能滿足需要。如果線路很長(zhǎng)，建議再安裝電路末端保護(hù)用小型斷路器。單相短路電流與斷路器的瞬動(dòng)整定電流之比，必須大于或等于1.35?？梢钥紤]采用以下的方法來(lái)改進(jìn)低壓斷路器額定斷路分?jǐn)嗄芰Γ罕３譁缁∈业母邏毫?，并不斷地進(jìn)行高壓吹弧，促進(jìn)電弧運(yùn)動(dòng)，降低電弧停滯時(shí)間，這樣可以減少電弧冷卻的時(shí)間；為了增大短路電流時(shí)的電動(dòng)斥力，可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)動(dòng)靜觸頭閉合時(shí)處于平行位置的結(jié)構(gòu)，來(lái)提高其限流能力設(shè)計(jì)出氣孔的尺寸，讓它能夠與電弧的緩沖區(qū)相匹配；同時(shí)，可優(yōu)化滅弧柵的結(jié)構(gòu)，來(lái)提高滅弧室的吸弧能力。

4.短路電流的計(jì)算

需要注意的是，在電力系統(tǒng)的高壓短路電流計(jì)算過(guò)程中，一些元件的電阻值常常會(huì)被忽略，并且不需要考慮電動(dòng)機(jī)反饋電流造成的影響。但是在進(jìn)行低壓短路的計(jì)算時(shí)，一些元件電阻的影響不可以被忽略。依據(jù)相關(guān)規(guī)范，對(duì)短路條件下電器通斷能力進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)選取安裝處預(yù)期短路電流周期分量的有效值，如果短路點(diǎn)周圍所連電動(dòng)機(jī)的額定電流相加大于短路電流的1%，應(yīng)當(dāng)計(jì)入電動(dòng)機(jī)反饋電流的影響。

4.1 計(jì)算變壓器最大預(yù)期短路電流時(shí)通常使用的公式：

I（變壓器最大預(yù)期短路電流）=I2（變壓器二次側(cè)電流）/Uk（變壓器的短路電壓比）

4.2 低壓網(wǎng)絡(luò)三相短路電流有效值I″：

其計(jì)算公式為

（其中，rk為短路電路總電阻；xk為短路電路總電抗）

低壓斷路器分?jǐn)嗄芰πｒ?yàn)的過(guò)程就通過(guò)公式計(jì)算短路電流，再與斷路器的分?jǐn)嗄芰M(jìn)行比較。很顯然，這個(gè)公式的計(jì)算相對(duì)復(fù)雜冗繁，在具體實(shí)踐工作中并不適用。

三、改進(jìn)額定短路分?jǐn)嗄芰r(shí)需要注意的問(wèn)題

1.首先，線纜如果沒(méi)有完全絕緣或者短路，那么不是人為因素，就是其他原因?qū)е碌木€路老化。所以需要定期的檢查，在施工的時(shí)候及時(shí)排查，改進(jìn)施工的技術(shù)，避免人為方面造成的線路受損影響絕緣效果；同時(shí)要注意天氣的影響，尤其是夏季打雷等自然現(xiàn)象。

2.如圖1所示，當(dāng)斷路器出線端發(fā)生短路的時(shí)候。分段能力應(yīng)該需要保證大于三相短路電流Ik1或者Ik2。因此，兩臺(tái)斷路器QF1或者QF2的分段能力都應(yīng)該按照比較大的預(yù)期短路電流來(lái)選取。

3.在不考慮阻抗影響的條件下，當(dāng)斷路器在出線端處發(fā)生短路時(shí)，理論上斷路器流過(guò)的電流是Ik1+Ik2。但是在實(shí)際計(jì)算短路電流時(shí)，通常是按照一路進(jìn)線查附表得出相應(yīng)電流值，再將兩個(gè)短路電流值相加，然后根據(jù)前面的分析思路來(lái)選取分路斷路器設(shè)備及部件。

結(jié)語(yǔ)

提高分?jǐn)嗄芰κ切⌒蛿嗦菲魑磥?lái)的發(fā)展方向之一，相關(guān)行業(yè)人員要加強(qiáng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和提高應(yīng)用能力，不斷提高自己的維護(hù)維修技能和水平，降低產(chǎn)品的研發(fā)和制造成本，適應(yīng)機(jī)電設(shè)備最新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，在日常的實(shí)際工作中要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，對(duì)易發(fā)故障的設(shè)備做好維護(hù)工作，如果對(duì)短路分?jǐn)嗄芰δ軌虿扇⌒碌目己朔绞剑粌H可以提高操作中的安全效益，同時(shí)運(yùn)行成本也會(huì)大大地降低。

參考文獻(xiàn)

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