低压开关柜和母线槽动热稳定校验(上)
宾昭平
低压电器从业者
一、低压成套设备的热稳定和动稳定
按照GB7251/IEC61439低压成套开关设备和控制设备标准第2部分：成套电力开关和控制设备和第6部分: 母线干线系统设计、制造的低压开关柜和母线槽，在正常运行情况下，载流导体、内装元器件及壳体的温升值不能超过相关标准；在非正常情况下（如短路），载流导体及其支撑件需要承受短路电流所产生的热效应和电动力效应而不损坏，所以，在低压开关柜和母线槽样本中，成套设备制造厂商一般会提供两个重要参数：
1.额定短时耐受电流I_cw：在规定条件下用电流和时间定义的能够耐受的短路电流有效值；
2.额定峰值耐受电流I_pk：在规定条件下能够耐受的短路电流峰值；
二者经常会配对出现，而且需要满足GB7251.1-低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则 中表7所示的关系（n=I_pk⁄I_cw ）：
图1和图2所示分别为施耐德Blokset低压开关柜和I-LINE V母线槽的电气参数,图中可以看到额定短时耐受电流I_cw和额定峰值耐受电流I_pk有不同等级，比值符合n系数。
额定短时耐受电流I_cw和额定峰值耐受电流I_pk参数是通过型式试验的方式获得，即在试验站提前模拟低压开关柜和母线槽在实际应用中遭遇短路电流时是否能够承受短路电流的热效应和电动力效应，I_cw和I_pk参数决定了母排的材料、规格、数量、母排间距以及绝缘母线夹的材料、强度和布局，在设计、试验定型之后就成了低压开关和母线槽固有的特性。
低压开关柜和母线槽的热稳定是指设备在一定时间内耐受短路电流“热效应”而不损坏的能力,通常用I_cw^2 t_cw表示。以图1 Blokset低压开关柜为例，水平母线最小的短时耐受电流I_CW为30kA,短时耐受时间t_cw为1s，则该水平母线的热稳定值：
根据下面公式，可以计算出在1秒内能耐受30kA短路电流的铜母线的最小截面为172mm2，例如选择40*5的铜母线就可以满足30kA/1s情况下的热稳定要求。
低压开关柜和母线槽的动稳定是指设备承受短路电流“电动力效应”而不损坏的能力。对于平行布置的三相水平母线，当试验电流通过时，中间相所处的情况最为严重，最大作用力F_ks为:
在前面已经提到，低压开关柜和母线槽会在试验站进行额定短时耐受电流I_cw和额定峰值耐受电流I_pk试验以验证产品性能达到设计要求，提前模拟三相短路故障时母排的耐受能力，试验设备输出的三相短路峰值电流i_p3要等于低压开关柜和母线槽样本宣称的额定峰值耐受电流I_pk，母排只有经受住了短路峰值电流i_p3产生的电动力，才能判定试验通过。
我们以施耐德公司iPM低压开关柜的数据来计算当三相主母排规格为50×10铜排，短时耐受电流为40kA时主母排上电动力有多大。
三相铜排的相间距D查表为75mm，即0.075m；
额定峰值耐受电流I_pk=n×I_cw=2.1×40kA=84kA;
这表明当有效值为40kA（峰值电流为84kA）的试验电流流过规格50×10、长度1米、相间距为75mm的铜排时，产生的作用力为16kN,相当于1.6吨的重物挂在母排上。但是我们还看到该柜体的宽度为800mm，柜宽方向母排上均匀布置3个绝缘母线夹，等于将800mm长的主母排均分，这样0.4米铜排上的电动力为：0.4×F_k3=0.4×15462=6184N。
对低压开关柜和母线槽热稳定和动稳定总结如下：
1.低压开关柜和母线槽额定短时耐受电流I_cw和额定峰值耐受电流I_pk是其固有特性，由制造商通过型式试验确定；
2.低压开关柜和母线槽的热稳定值等于I_cw^2×t_cw，t_cw为短时耐受时间；
3.低压开关柜和母线槽的动稳定是其承受额定峰值耐受电流I_pk所产生的电动力F_ks的能力，电动力F_ks的大小与I_pk^2成正比，与导体相间距成反比。
