|断路器小电流开断浅析

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令人惊讶的是，在电力工程领域，老“问题”需要多长时间才能消失。这些老“问题”之一是中压断路器在切换低电流时的开断时间。真空断路器的开断时间会不会随着有效电流值变小而增加，但尽管如此，在这个问题变得毫无意义之后，我们仍继续看到详细说明。
【|断路器小电流开断浅析】早期版本的ANSI/IEEE中压断路器标准认识到，可用的空气磁开断技术难以应对切换过程中的小电流。因此，标准允许断路器在小电流下具有比额定开断时间更长的开断时间。 ANSI/IEEE C37.04-1979在第5.7条中对此进行了讨论，如下（不包括额外信息）：

额定开断时间
断路器的额定开断时间是额定控制电压下跳闸电路通电与断开操作时所有极主电路开断之间的最大允许间隔，并且等于额定最大电压下所需对称开断能力的25%或更多。
在额定最大电压下，当负载低于所需非对称开断能力的25%时，电路应开断，但开断所需的时间可能比额定开断时间大50%（对于5和8周期断路器），而对于三个周期及以下的断路器，则为一个周期。
在特定负荷下，闭合-断开操作的开断时间不得超过额定开断时间，对于5和8周期断路器，超过一个周期，对于三个周期及以下的断路器，超出1/2周期。
这些早期的标准反映了当时“最先进”的空气磁开断技术的物理特性。在空气磁断路器中，电弧由两个力的组合驱动进入灭弧室。最重要的是与灭弧室相关的灭弧线圈中产生的电磁力。该力与电流大小有关，因此在大电流下，该力非常高。另一方面，在小电流下，电磁力接近于零。
因此，需要另一种技术，当要开断的电流较小时，使电弧移动到灭弧室中。空气磁断路器包含一个充气系统，利用触点打开时产生的气流将电弧推向灭弧室。当然，缓冲器的力相对较低，这导致在非常低小的电流下开断时间显著延长。
标准允许在额定非对称开断电流的25%以下的任何操作中增加开断时间。高开断容量的空气磁断路器（5 kV ， 350 MVA和15 kV ， 1000 MVA）通常需要创造性的工程设计，以满足标准允许的延长开断时间。
许多咨询工程师和其他专家都意识到了这种延长的开断时间。也可能是由于极低电流切换的困难，一些制造商经历了开断故障。无论如何，详细的规范要求开始出现，旨在确保所提供的产品适用于切换所有电流，无论是非常高的短路电流还是非常低的负载电流。此类规范条款的一个例子是：

断路器应能够开断滞后20%至滞后80%范围内的感应负载调整功率因数，电流值在断路器连续额定电流的2%至100%范围内。对于打开操作，这些负载应在不超过额定开断时间的情况下开断2.5个周期，对于闭合-打开操作，应开断3.5个周期。
随后，标准中增加了更明确的负载切换要求，以缓解这些担忧。例如，今天， ANSI/IEEE C37.09-1999要求在3%至7%和95%至100%额定连续电流下进行测试。
随着真空开断技术的出现，延长低电流开关的开断时间已不是一个问题。对于小电流，真空断路器不需要更长的开断时间。对于我们的断路器，从接近零电流到最大对称电流，整个范围内的平均电弧时间为8-9ms 。
在全偏置、非对称开断时，在全额定值下，电弧时间可达到约17ms ，但这是因为在全偏置波上，电流零点可能相隔15ms 。
总而言之：