短时耐受电流试验.docx

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1、短时耐受电流能力试验第一节概述短时耐受电流能力试验，是用来考核开关电器在发生过载和短路故障的情况 下，并不分断电路但应能承受短时间、大电流所形成的点动力和热效应的作用而 不致破快的能力。由于开关电器所使用的场合不同，短时耐受电流能力试验可分为两种：(1) 额定短时耐受电流的承载能力试验。(2) 耐受过载电流能力试验。低压配电线路发生短路故障时，由于线路总阻抗减小，短路电流超过该线路 的额定电流许多倍，对于大容量的低压配电系统，短路电流可能达到几万到几十 万安培。短路电流产生的巨大电动力效应和热效应会使导体变形、绝缘破坏、短 路电路中的电气元件损坏。装置在线路上的电器在短路障碍的短暂时间内应该能

2、 经受住短路电流的冲击，不受破坏。笼型电动机启动时，电动机的启动电流较大，一般均大于6倍电动机的额定 电流，用于接通和分断电动机的电器，应能耐受由于启动和加速电动机过程中出 现的过电流及正常工作中一定时间内过载所引用的过电流产生的热效应。短路故障电流通过电器时，同时产生点动力效应和热效应，并同时对电器起 作用，而且这两种效应对电器的破坏作用又是相互关联的。电动力效应在电器的动、静触头间所产生的斥力可使触头的接触电阻增大， 从而增大触头的发热，即热效应增加。而热效应可使电器的所有载流部件的机械 强度下降，从而降低了耐受电动力的能力。因此，电动稳定性试验和热稳定性试 验严格说来是不应该分开进行的。

3、短时耐受电流能力试验就是对电器的电动稳定 性和热稳定性的一种综合考核。f Fabb0占K-图7-1平行直流载流导体间的电动力一、电动力分析因为通有电流的导体在其周围要形成 磁场，而处于磁场中的载流导体要受 到机械力的作用，所以两个载流导体 之间也同样存在机械力的作用，这种由于 电流的存在而产生的力通常称为电动力。1、两导体间的点动力。如图7-1所示的两平行直线导体，导体a中通过的电流I在导体b处产生磁1场，其强度为B， B的大小正比于导体a中的电流I值，即B迅，磁场的方向可 1 1用右手螺旋定则来确定。处于磁场中载流导体b受到电动力F的作用，磁场对载 流导体的作用力方向可用左手定则来判定，而F

4、的大小正比于磁感应强度B和 导体b中的电流I，即FoBI攻1。同理可知，处于载流导体b所产生的磁场 2 2 1 2中的载流导体a同样受到电动力F的作用。a、b两导体的电动力可简单表示为F 二 CII（7-1）1 2式中F每相导体上所受的点动力；C单位电流的电动力，决定于导体的回路形式、导体长度及相互间的 位置；II 导体中所通过的电流值。1 2在电器结构中的载流导体间，如图7-2所示的两平行或垂直的直流载流导体、 两同轴线且平行放置的载流线圈、环形或U形回路等，都有电动力的相互作用。图7-2各种导体布置的电动力在式(7-1)中，如I二I二I，贝V123F 二 CI2(7-2)由式(7-2)可知

5、导体间相互作用的电动力F不仅与通过导体的电流有关， 也与电器的结构尺寸有关。但力F与电流I的平方成正比，因此电流大小对电动 力的影响是主要的。2、触头间的电动力当电流通过触头的接触点时，由于电流线在接触面附近发生收缩，在触头间 会产生点动力，这是一种电流自身磁场作用下的电动力，如图7-3所示。如果把 电流线看作载流元导体，各元导体所受电动力F垂直于电流线，将电动力F分 解成水平方向分力F和垂直方向分力F，因电流线分布对称，则水平方向分力xy相抵消，接触面两侧垂直方向分力相加，且其合力方向相反，这就是触头间的电 动斥力。根据触头接触面附近电流的收缩区电流一一电位场的理论分析，触头间的电 动斥力

6、F与触头电流I的平方成正比，当短路故障电流通过触头时，在触头间产d生很大的电动斥力，当电动斥力大于触头压力时，就会使触头斥开而产生电弧， 导致触头的严重烧损或发生触头熔焊，甚至整合电器遭到破坏，以致扩大短路事 故。3、交流电流时的电动力式(7-2)同样适用于交流电，设导体系统中通有相位相同的单相正弦电流 时的电流式中I交流正弦电流的幅值。则导体所受的电动力为.CI （1 - co so2）F = C 2 = C2I i n 圭_mm21 1二CI 2 - CI 2 cos 2o t 二 F + F2 m 2 m由式（7-4）可知，单相交流正弦电流的电动力由两部分所组成：一部分为 恒定分量F，也

7、是交流电动力的平均值；另一部分是交变分量F，它以两倍电 源的频率而变化。单相交流电流时电动力随时间的变化规律如图7-4所示。从图 7-4可见，电动力的最大值为恒定分量的两边，即F 二 2 F 二 C2Imaxm电动力的最小值为F = 0m i n电动力的作用方向不变。当发生单相短路时，短路电流的过渡过程中常包括周期分量和非周期分量两 部分，周期分量的大小和回路的功率因素角、短路瞬间电压的相位角有关。设短 路前电流为零，短路时的电源电源为U = U s i n 12t式中t试验的通电时间;s交流分量不是恒定或有效值不等于额定短时耐受电流I时的试验cw整定电流;t规定的通电时间；dI交流分量恒定且

8、其有效值等于额定耐受电流I时的试验整定电cw 流。2）保证最大峰值电流不小于规定值。如果实验站的短路电流的衰减使其在 通电起始没有过高的电流而不能得到规定时间的额定短时耐受电流，则试验时电 流有效值允许下降至地狱规定值，而通电时间适当增加，但最大峰值电流应不小 于规定值。如果为了得到规定的电流峰值，而电流的有效值必须增加至规定值以上，则 试时应相应减少。2、直流情况下短路应施加规定的电流值，承载规定的时间，从整定电流记录波形中确定其 平均值应至少等于额定短时耐受电流。如果试验站的特性在通电起始没有过高的电流而不能得到规定时间的额定 短时耐受电流，则试验时电流允许下降至低于规定值，而通电时间适当

9、增加，但 最大电流值应不小于规定值。如果实验站不能进行上述直流试验，则在制造厂和用户的同意下，某些断路 器可以应用交流代替直流试验。但应采取适当的防护措施，例如防止试验电流的 峰值超过规定电流的允许范围。图7-7单极电器的单相交流或直流试验电路图QPG-电源；QP-保护开关；PV-电压测量器；R-可调电阻器；L-可调电抗器；SV1、SV2-电压传感器；Q-合闸开关；QF-被试电器（保护连接电缆）；W-整定用临时连接线；SA-电流 传感器；E接地点（负载侧或电源侧仅一点接地）三、试验电路额定短时耐受电流的承载能力试验主电路与短路接通和分断能力试验主电路类同，在电源端保护开关。（1）单机电器的单相

10、交流或直流试验电路如图7-7所示。（2）双极电器的单相交流或直流试验电路如图7-8所示。（3）三极电器的三相交流试验电路如图7-9所示。额定短时耐受电流的承载能力试验是模拟电路发生短时故障的条件，它是在被试电器出线端处于短接的情况下验证电器承受短路电流作用的能力。因此在 试验电路图7-7图7-9中，负载电阻器R和负载电抗器L应链接在电源G和被 试电器QF之间，被试电器后面不接负载阻抗。试验电路应有一点接地也允许一点接地，接地点可以是短路连接点、电源中 性点或任何其他合适点。试验电压可用电压表PV接在试验电路的电源端直接测量，在电压超过1kV 时，可通过电压传感器SV用光线示波器来测量其波形。并

11、联于被试触头两端的电压传感器SV,用于测量和记录试品触头的电压波 形,以判定试品触头是否被电动力斥开过，因为触头如果被电动力所斥开，就必 然会有电弧电压波形出现。试验整定电流可以通过电流传感器SA用光线示波器来测量和记录。图7-8双极电器的单相交流或直流试验电器图G-电源；QP-保护开关；PV-电压测量器；R-可调电阻器；L-可调电抗器；SV1SV3-电压传感器；Q-合闸开关；QF-被试电器（保护连接电缆）；W-整定用临时连接线；SA1、SA2-电流传感器；E接地点（负载侧或电源侧仅一点接地）- QPSAI221S./2图7-9三极电器的三相交流试验电路图G-电源；QP-保护开关；PV-电压测

12、量器；R-可调电阻器；L-可调电抗器；SV1SV6-电 压传感器；Q-合闸开关；QF-被试电器（保护连接电缆）；W-整定用临时连接线；SA1SA3- 电流传感器；E接地点（负载侧或电源侧仅一点接地）四、试验方法1、试验参数的调整调整试验电路时，用阻抗值可以忽略的临时连接线W代替被试电器QF,连 接线W应尽可能地靠近用来连接被试电器的端子。（1）对于单相交流。调整可调电阻器R和可调电抗器L,通过拍摄预期电 流波形使试验电流达到规定值的要求。为了满足短时耐受电流能力试验对通电后 第一个周波的最大峰值电流的要求，对于单相试验，一般都采用选相合闸装置。试验时首先测定试验电路的功率因数，然后根据表6-5

13、给出的功率因数与冲 击系数关系，确定满足电流峰值要求的电流周期分量有效值，并根据调整电路参 数。如果选择的电流周期分量有效值大于或小于要求值，则可以适当地减少或增 加通电时间，使相应的12t值等于要求值。（2）对于三相交流。三极电器进行三相交流短路耐受电流能力试验时，从 图7-9中可知，三相电路中各相的阻抗是相同的，因此通电时各相电流的周期分 量也将是相同的，但各相电流的第一个周波峰值电流并不相同，这是因为三相交 流电流各相电流的相位互差120的缘故。如果选相合闸装置使其中某一相的第一 个周波峰值电流为最大并等于要求值，则其他两相的第一个周波峰值电流都将小 于要求值，这是三相试验与单相试验的不

14、同点之一。因此如果不要求指定某一相 在某一合闸相角下合闸，则三极断路器的短时耐受电流能力试验也可以不必采用 选相合闸装置，即改用一般合闸开关合闸。因为三相试验时不论电压合闸相角如 何，总是有一相的第一周波峰值电流达到最大值或接近于最大值。不过，如果不 用选相合闸装置就不可能预先选定或预先知道电流的最大值将出现在哪一相上。（3）试验程序试验电流经调整好后，用被试电路及其连接电缆替换临时连接线，进行额定 短时耐受电流的承载能力试验。断路器型式试验采用程序试验方法，对于每一程序，所有试验均按所列项目 一次进行。额定短时耐受电流的承载能力试验的试验程序见表7-2.试验程序IV：额定短时耐受电流。本试验

15、程序适用于使用类别B的断路器。依次进行如下试验项目，（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。如果带熔断器的断路器属使用类别B的话，则这些断路器应符合此程序的 要求。额定短时耐受电流试验，断路应处于闭合位置进行试验，预期电流等于额定短时耐受电流I，并在相应的工作电压和标准规定的一般条件下进行试验。cw试验步骤和程序控制过程为：试验触头闭合T伯虎开关QP闭合T光线示 波器P启动T合闸开关Q闭合T试验电流出现并持续规定时间后保护开关QP 自动脱扣断开，把试验电流切断T合闸开关Q断开T光线示波器P停止拍

16、摄T 检查试品和分析示波图。-控制程序的时序图如图所示。图中，t t是通过持续时间，由于通电持续34时间为可调参数，设计时应定为变量。在试验时被试电器始终处于闭合状态，由合闸开关接通试验电流，用保护开 关分断试验电流。用选相合闸开关进行交流试验时，可做1次；如无选相合闸开 关，则必须做多次，直至试验参数满足要求为止，每进行3次后允许更换试品。五、试验结果的判定电器额定短时耐受电流的承载能力试验中试验中电器的状况由有关产品标 准规定。试验后，触头不发生熔焊，机械部件和绝缘件应无损坏和变形而影响正 常工作。要求电器用其正常操动方式操作应能正常动作。低压断路器产品标准规定，短路试验结束后的断路器状况应每一使用程序所 规定的验证项目加以检验，每一验证程序的试验均合格，方能判为合格，否则判 为不合格。