试论低压成套开关设备短路耐受强度试验方法

杜然珑，戴宇飞，张晓戈，张鑫，刘振

（1.天津电气科学研究院有限公司，天津 300180；2.天津中车唐车轨道车辆有限公司，天津 300300）

成套设备发生短路故障会引起很大的电动力并产生大量的热量，对线路和成套设备造成极大的危害，可能使设备受到破坏或产生永久性变形，试验室按照低压成套开关设备相关标准对于低压成套开关设备短路耐受强度试验部分包括两个方面：额定限制短路电流Icc和额定短时耐受电流Icw试验，下面对这两类试验先简要介绍相关参数的含义，再进行试验方法的分析和探讨。

1 低压成套开关设备短路试验内容相关参数含义

（1）短路电流（Ic）：由于电路中的故障或错误连接引起的短路所产生的过电流。（2）预期短路电流（Icp）：在尽可能接近成套设备电源端，用一根阻抗可以忽略不计的导体使电路的供电导体短路时流过的电流有效值。（3）短时耐受电流（Icw）：在成套设备中能承受相当电流的冲击并保证触头在一定时间内保持闭合且开关无损伤，这个电流就是短时耐受电流。（4）额定限制短路电流（Icc）：成套设备制造商宣称的在规定条件下在短路保护器件（SCPD）全部动作时间内（断开时间）能够承受的预期短路电流。

2 低压成套开关设备短路耐受强度试验方法

对于所有短路耐受强度试验，都要首先进行预期短路电流的测定，具体安排如下：在成套设备供电的导体即短路试验电源处提供一试验电压等于1.05 倍额定工作电压，并在尽可能靠近成套设备的输入电源处用合适的导线或铜排做短封处理。通过调节试验电路中的高压阻抗来获得短路预期电流，使其等于给出的额定短时耐受电流、额定峰值耐受电流或额定限制短路电流。试验电流波形应满足峰值和有效值对应关系：即短路峰值电流通过系数n 乘以短路电流的有效值得到，有关系统n 标准值以及有关功率因数参考GB 7251.1-2013/IEC 61439-1：2011 表7。

试验电流允差为0 ～+5%，电压允差为0 ～+5%，功率因数0 ～-5%，频率±25%。

进行短路试验时，需要短路试验的成套设备应正常安装。如果有相同的功能单元，只选取对试验来讲最严苛的一个功能单元做短路。同理，假如母线的配置有相同的结构，仅对一个母线进行短路即可。假如试验电路中有熔断器，则应选用额定电流最大的熔芯，而且，应该选择制造商指定的熔断器。试验连接导线和短路连接线一般用绝缘母线夹或其他绝缘材料（如环氧玻璃布板）支撑固定，以保证有足够的短路耐受强度，不会给成套设备，也就是试品造成任何附加的应力。如果没有特殊要求，试验电路的三相电源应接到成套设备的进线端上。另外，需要一直径为0.8mm，长度不小于50mm 的铜丝连接在与保护导体连接的设备的所有部件（包含金属外壳）与电源中性点之间，用来检测故障电流。需要注意的是，如果是三相三线系统，铜丝需要与对地电弧可能性最小的相导体和外壳相连，这样，一旦其他两相中的任意一相对外壳发生放电，产生电弧，会立即接通检测故障电流的回路，使铜丝熔断。

3 低压成套开关设备常见短路耐受强度试验分析

3.1 通用要求

（1）对于主电路试验，有以下3 种情况：①成套开关设备内没有SCPD。对成套设备进行额定短时耐受电流和额定峰值耐受电流试验。②成套开关设备内有SCPD。用预期进线短路电流对成套设备进行额定限制短路电流试验。③制造商指定在成套开关设备外部有上一级SCPD。应在成套开关设备进线前串入相关SCPD，再进行额定限制短路电流试验。

如果进线或出线电路包含SCPD，其可调短路脱扣器应整定在最大延时时间和相应于指定预期短路电流的电流整定值。这样，做本回路Icw试验时，保证在最大延时时间内不动作；做本回路Icc试验时，保证不跳闸。

试验结果判定：试验后，母线和导体的变形是允许的，但电气间隙和爬电距离应符合标准的规定。成套设备的母线或结构的变形使正常使用者受到损害，或使可移式部件正常插入或移出受到损害，应视为不合格。由于短路试验造成的外壳或内部挡板变形不能削弱其防护等级，否则，认定不合格。母线绝缘件、支撑件或电缆固定件不能分成两块或多块，并且在支撑件的任何位置不能出现裂缝。根据标准和试验具体情况，严格的做法是附加工频试验，试验电压为2 倍Ue且不小于1kV，试验部位如下：a.成套设备所有带电部件和外露可导电部件之间；b.每一极和被连接到成套设备外露可导电部分的所有其他极之间。导线连接件不应松动。检测故障电流的铜丝不应熔断。

（2）对保护电路试验，成套设备应与地绝缘。然后把单相电源一端连接到一相进线端子（注意选择相导体的原则是最靠近保护导体的相导体），另一端连接到进线保护导体的端子上。在每个有代表性的出现单元的出线相端子和相关的出现保护导体的端子之间进行短封处理。施加电压大小为1.05 倍额定工作电压的单相值，试验电流值为成套设备三相试验相电流的60%。

试验结果判定：目测保护电路不应遭受严重破坏。对相关出线单元通以额定电流以验证保护电路连续性。由于短路试验造成的外壳或内部挡板变形不能削弱其防护等级。电气间隙或爬电距离不应减小到标准规定值以下。

3.2 额定限制短路电流Icc 试验

此试验主要考核电路中的短路保护电器SCPD。在试验电路中，对于额定电流不大于630A 的SCPD，出线端子短路连接的导线长度应为0.75m；对于额定电流大于630A 的SCPD，短路导线长度不做要求。如果由初始制造商指定，短封导线长度可以小于0.75m。截面积参考GB7251.1-2013/IEC 61439-1：2011 表11 及表12。试验过程中，试验电压应维持足够长时间，以便SCPD 切断短路故障电流，在任何情况下，短路时长应至少为10 个周期。试验要在额定电压下进行。

3.3 短时耐受电流以及峰值耐受电流试验

第一，进行短时耐受电流试验，主要目的是测量在部分特殊情况下的开关电气设备，发生短路故障时，在电路不进行分断的前提下是否可以承担短时间、大电流产生的电动力以及热效应，而且仍旧可以保持良好性能。

短路电流会形成较大的热与电动力效应，所以会发生绝缘破坏、导体变形、电器元件损坏等问题。在线路中装置的电器在发生短路故障的较短时间内，会经受一定的短路电流且不被破坏。电器在通过短路故障电流时会产生热效应与电动力效应，而且会同时作用于电器：（1）有关电动力效应会在电器动、静触头之间形成的斥力，导致触头增大接触电阻，增大触头发热，也就是增加了热效应。（2）热效应能够降低电器全部载流部件自身的机械强度，进而削弱了耐受电动力程度。由此可见，热稳定性以及电动稳定性试验应同时进行最重要。短耐试验就是对成套开关设备热稳定性与电动稳定性的一种综合性考核。

第二，在GB7251.1-2013 中明确提出，在开展短时耐受电流或者是峰值耐受电流试验过程中，要是试验站无法提供工作最大电压，则可以选取任意低电压展开操作，此时，实际电流应等于额定短时耐受电流或峰值耐受电流。这是因为在1.05 倍额定电压下，实验室短路容量不足，做高电压大短路电流时，输出不了那么大的功率。成套设备制造商也期望实际短路电流等于额定短时耐受电流或峰值耐受电流。这就要求我们调节预期短路电流时，要接上成套设备，以满足实际电流输出的需要。

对主母线进行验证额定短时耐受电流和额定峰值耐受电流时，短路点应选择包括主母线长度在内的长度为2m±0.4m处。如长度小于1.6m，则应试验整个母线的全长，短路点选择最末端。

对配电母线进行验证额定短时耐受电流和额定峰值耐受电流时，短路点应选择在配电母线最末端，保证短路试验动热稳定考核最重要。

对中性导体，选择与它最接近的相导体（包括任何一个连接点）进行短路耐受强度试验。中性导体的试验电流至少为三相试验时相电流的60%。

4 结语

进行短时耐受电流试验，应选用最大工作电压与适合的电压进行试验，其中适合电压条件下的结果更重要。针对型式试验相关规定，唯有在试验过程中保护装置出现瞬间触点分离时，应采用最大工作电压展开再次试验。而验证额定限制短路电流必须在额定电压下进行，持续的试验时间需依据操作规程中要求的时间，要是无法确定试验时长，持续时间应确保断路保护器动作。