限流断路器两个重要特征
1、允通电流
允通电流,也叫截断电流,是指断路器或熔断器在分断动作中达到的最大瞬时电流值;当我们计算母排之间或者动静触头之间电动力的时候,会采用电流的瞬时值,且与瞬时值的平方成正比,所以允通电流的现实意义是用来校验低压电器或载流导体的动稳定。
2、允通能量I2t值
允通I2t值,也叫允通能量,是指电流的平方在给定时间内的积分。
很明显,允通能量值跟热相关,通常用来校验低压电器或载流导体的热稳定。
![允通能量值跟热相关 允通能量值跟热相关](/upload/202406/12/202406120715418871.png)
对于非限流型断路器(如普通框架断路器),其峰值短路电流与预期短路短路电流的比值遵循GB/T14048.1中的表16。
![GB/T14048.1中的表16 GB/T14048.1中的表16](/upload/202406/12/202406120720479631.png)
例如,对于预期短路电流为50kA的回路,如果是非限流型断路器,根据上表查到峰值系数为2.1,所以预期短路峰值电流为50*2.1=105kA。如果是限流型断路器,其预期短路电流峰值经过“限流”后,只有38kA左右(NSX630为例),如下图:
![断路器的限流曲线 断路器的限流曲线](/upload/202406/12/202406120724416789.png)
有人会问,断路器的限流曲线是怎么来的呢?答案:当然是试验数据的结果!
在文章《从示波图看懂断路器的短路特性》一文中,提到非限流断路器和限流断路器在短路分断时的试验波形图。
例如下面三张图展示的是非限流断路器在短延时下的短路分断试验波形图,预期短路电流为50kA,预期短路电流峰值为105kA(峰值系数为2.1)。
短路分断过程中,示波器抓取到A相短路峰值电流最大为104kA,B相的I2t值为1.07GA2S。
说明对于非限流型断路器,如果系统的预期短路电流峰值是多少,那么断路器就要硬扛多少;热量累积理论上也等于预期短路电流的平方与断路器分断时间的乘积,都靠断路器自身来承受。
![](/upload/202406/12/202406120729276753.png)
![非限流断路器在短延时下的短路分断试验波形图 非限流断路器在短延时下的短路分断试验波形图](/upload/202406/12/202406120740119978.png)
![非限流断路器在短延时下的短路分断试验波形图 非限流断路器在短延时下的短路分断试验波形图](/upload/202406/12/202406120756502516.png)
限流断路器的短路分断试验波形图,预期短路电流为150kA,预期短路电流峰值为330kA(峰值系数为2.2)。
短路分断过程中,示波器抓取到的通断时间为8.05ms,B相短路峰值电流最大为12.2kA,仅仅相当于未限流情况下的3.7%(即12.2kA/330kA),电动力将大大降低,降低至原来的0.14%(电动力与电流瞬时值的平方成正比),A相的允通能量I2t值为318kA2S。
NSX塑壳断路器的限流原理,是依靠电流流过U型触头结构产生的电动斥力,加上双旋转动触头设计、以及产气材料受到电弧高温气化后气体体积膨胀直接推动活塞机构动作于跳闸,追求“快速”分断。
GV2电动机保护断路器的限流原理,是利用自身的回路电阻来限流,相对简单粗暴,但限流效果更直接。
由于GV2断路器回路电阻无公开资料,我们以另一品牌电动机保护断路器公开的回路电阻值为例来说明,其阻值如下表,可以看到0.11~0.16A电流档的断路器回路电阻约为59Ω,而34~40A电流档的断路器的回路电阻约为3mΩ,回路电阻值相差巨大。
![回路电阻值 回路电阻值](/upload/202406/12/202406120800217389.png)
增大断路器回路电阻的方式固然可以降低短路电流,实现限流的效果,但是我们不要忘了,电流通过电阻会产生额外的功耗,会导致断路器温度过高。
你所担心的,正是断路器设计人员要考虑的,一方面要合理利用电阻的限流作用,另一方面要考虑断路器温升在产品标准允许范围内,断路器的温升要遵循下表:
![端子的温升极限 端子的温升极限](/upload/202406/12/202406120803075999.png)
所以,越是小电流档的断路器,通过增大回路电阻实现限流的效果明显,越是大电流档的断路器,由于温升的限制,无法再通过增大回路电阻来获得高分断和出色的限流能力。
有了上述关于限流断路器的基础知识,我们知道了限流断路器的主要功能是限制预期短路电流在回路中产生的“热”和“电动力”。
那它限制的这些热效应和电动力效应,对整个供电系统设计有什么帮助?在什么情况下,我们会利用断路器的限流能力呢?带着这些疑问,我们留到下一期……