短路的开断与关合能力

断路器的额定开断电流、额定断路关合电流

额定开断电流等于热稳定电流. 额定关合电流等于动稳定电流

额定短路开断电流是表征断路器开断能力的参数。在额定电压下，断路器能保证可靠开断的最大电流，称为额定开断电流，其单位用断路器触头分离瞬间短路电流周期分量有效值的千安数表示。当断路器在低于其额定电压的电网中工作时，其开断电流可以增大。但受灭弧室机械强度的限制，开断电流有一最大值，称为极限开断电流。

额定短路开断电流是指在GB规定的使用和性能条件下,断路器所能开断的最大短路电流。额定短路开断电流由两个值表征：——交流分量有效值；——直流分量百分数。

如果直流分量不超过20%，额定短路开断电流仅由交流分量的有效值表征。

额定短路关合电流：是表征断路器关合电流能力的参数。因为断路器在接通电路时，电路中可能预伏有短路故障，此时断路器将关合很大的短路电流。这样，一方面由于短路电流的电动力减弱了合闸的操作力，另一方面由于触头尚未接触前发生击穿而产生电弧，可能使触头熔焊，从而使断路器造成损伤。断路器能够可靠关合的电流最大峰值，称为额定关合电流。额定关合电流和动稳定电流在数值上是相等的，两者都等于额定开断电流的2.55倍。

具有极间同期性的断路器的额定断路关合电流是与额定电压和额定频率相对应的额定参数。

对于额定频率为50Hz且时间常数表幺值为45ms，额定短路关合电流等于额定短路开断电流交流分量有效值得2.5倍。

对于所有特殊工况的时间常数，额定短路关合电流等于额定短路开断时间交流分量有效值的2.7倍，与断路器的额定频率无关。

开断电流：开关跳闸时（故障跳闸）可以切断灭弧的最大电流；

关合电流：开关合闸时（合闸到冲击负荷或故障）容许流过的最大电流，电流过大会发热，损坏断路器触头。

补充：是指合闸瞬间的电流，在开关合闸过程中，比如还有几毫米没有闭合严或闭合不紧时，这时候电阻比较大，I^2*R是发热，这时候电流如果过大，发热会很大，烧毁开关触头。

第一节综述

一、短路故障关合与开断电路时电弧的燃烧与熄灭：

1. 断路器关合和开断电力系统某些元件时，都会出现电弧。关合与开断的电流愈大，电弧愈强烈，工作条件也愈严重，尤以开断为甚。

2. 介质强度uj（指触头间能承受的电压值）和恢复电压uhf （电流过零后在断口两端出现的外加电压）是影响电力系统开断的两个重要因素，分别用uj（t）和uhf（t）表示，如图2-1所示。

①当恢复电压的上升速度比介质强度的增长快时， uj（t）和uhf（t）两曲线将相交（图2-1，a），电弧会重燃，电流继续以电弧的形式通过断口，电路不能开断。

②当介质强度的增长比恢复电压的上升快时， uj（t）和uhf（t）两曲线将不会相交（图2-1，b），电弧不再重燃，电路即被开断。

二、断路器在开断小电感电流（如空载变压器、电抗器或电动机）、电容性电流（如空载长线或电容器组），以及关合电容性电流时常产生过电压，危及包括断路器本身在内的电力系统中的各种电气设备。

为此必须对各种关合和开断情况时电力系统中电压和电流的过渡过程进行研究。

讨论可先从单相回路着手，阐明物理过程，然后再分析三相问题。

第二节短路故障的关合

一、电力系统的短路：

1. 定义：电力系统中一相或多相导体接地或互相短接而将负载阻抗短接掉。

2. 短路形式：单相接地短路、两相短路、两相不接地短路、三相接地短路、三相不接地短路和断路器异侧两相接地短路。

理想的短路情况：三相负载相等。

3. 电力系统的关合的两种类型；

（1）正常关合：指关合前线路或电气设备不存在绝缘故障的情况；

（2）短路故障的关合：指关合前线路或电气设备已存在绝缘故障，甚至处于短路状态的情况。因短路故障的关合最严重，因此只讨论短路故障的关合。

4. 出现接通短路故障的四种前提：已存在未被发现的“预伏故障”；“试探性自动重合闸”；

“人为的接地短路”及“误操作”。

二. 短路电流id：

参看图2-2（a）。设电源电压e=Emsin（ωt＋a），a为电源电压的初相角,忽略电源阻抗，可得图2-2（b）所示的计算短路关合电流的等值线路图。

1.短路电流 id的表达式：

图中L、R分别为包括变压器和输电线回路的电感和电阻。如果关合发生在t=0时，通过解微分方程,则短路电流id的表达式将为：

2.回路的稳态短路电流iz ：

①（2-1）式右边第一项是回路的稳态短路电流iz ，也称作短路电流周期分量；

②右边第二项是一个按指数规律衰减的非周期暂态电流，称为短路电流的非周期分量，用if表示。其衰减快慢由回路时间常数T决定。

③图2 - 3中画出了短路电流的周期分量iz、非周期分量if和由它们所合成的短路电流id的波形。

从图中可见，在暂态过程中，短路电流id是围绕非周期分量电流振荡的。

一般高压电网，各元件的电抗均比电阻大得多，如果忽略回路电阻对稳态短路电流的影响，即认为Φ=90°，则式（2-1）可简化为

当a=0°（即电源电压过零点瞬间）关合时，短路电流的非周期分量（第二项）最大，它的初始值等于稳态短路电流的幅值Idm。此时式（2-2）可简化为

图2-4为与之对应的波形图。

3.短路电流的最大值Ich ：也叫短路冲击电流。

由于非周期分量的存在，短路电流的最大值一般在短路发生后的半个周期即t=π/ω=0.01s 时出现。

Ich可由下式求出：

4. 高压电器标准规定：短路冲击电流Ich一般为短路电流周期分量幅值的1.8倍，为短路电流周期分量有效值的2.55倍。

证明：Kch由回路的时间常数T决定。在感抗较大的高压电网内，一般取T≈0.045s，此时冲击系数Kch将为：