再對(duì)照斷路器的定義，我們發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)和斷路器均能接通、承載和分?jǐn)嗾l件下的運(yùn)行電流。但需要注意的是，開(kāi)關(guān)能在短路條件下承載一定時(shí)間的電流，而斷路器除了在短路條件下承載一定時(shí)間的電流外，還能接通和分?jǐn)喽搪冯娏?/strong>。

我們知道，短路電流有兩個(gè)分量，一個(gè)是周期分量Ip，另一個(gè)是非周期分量Ig。

短路電流周期分量產(chǎn)生的原因是：在無(wú)限大容量配電網(wǎng)下，短路前后電壓基本不變。短路點(diǎn)的電阻極小，所以短路后的電流很大。注意這里的電壓和電流是工頻正弦參量，所以又叫做短路電流的周期分量。

短路電流非周期分量產(chǎn)生的原因是：由于線路中存在電感量。當(dāng)短路發(fā)生時(shí)，線路電感儲(chǔ)存的能量會(huì)在短路電阻中釋放出來(lái)，并且是逐漸衰減的，這個(gè)電流叫做短路電流的非周期分量。

在短路后10毫秒，周期分量與非周期分量疊加形成沖擊短路電流峰值Ipk。見(jiàn)下圖：

注意看圖中的珠穆朗瑪峰，它就是沖擊短路電流峰值，是短路電流的最大值。

那么沖擊短路電流峰值Ipk與短路電流穩(wěn)態(tài)值Ik（最右的終端曲線）之間有何關(guān)系？

GB14048.2-2008《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器》告訴我們，沖擊短路電流峰值Ipk與短路電流穩(wěn)態(tài)值Ik之比是峰值系數(shù)n。

我們看下圖：

從上表中我們看到，當(dāng)短路電流穩(wěn)態(tài)值在10kA到20kA之間時(shí)，峰值系數(shù)n取值為2.0；當(dāng)短路電流穩(wěn)態(tài)值在20kA到50kA之間時(shí)，峰值系數(shù)n取值為2.1；當(dāng)短路電流穩(wěn)態(tài)值大于50kA時(shí)，峰值系數(shù)n取值為2.2。

我們來(lái)看看斷路器的脫扣曲線：

在上圖中，黃色的線就是斷路器短路保護(hù)的瞬時(shí)脫扣的動(dòng)作曲線。圖中橫坐標(biāo)是電流相對(duì)斷路器額定電流的倍率，縱坐標(biāo)是脫扣動(dòng)作時(shí)間。我們看到，黃色線最下方的縱坐標(biāo)值是15毫秒。

再看斷路器的保護(hù)參數(shù)表：

圖中黃色的標(biāo)注I的那一欄，就是短路瞬時(shí)脫扣的保護(hù)參數(shù)，我們看到時(shí)間不大于30毫秒。

什么意思呢？當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生短路時(shí)，斷路器最快的動(dòng)作時(shí)間也大于沖擊短路電流峰值出現(xiàn)的時(shí)間，所以斷路器必須承受沖擊短路電流峰值Ipk的沖擊。

斷路器抵御沖擊短路電流峰值的能力，叫做動(dòng)穩(wěn)定性。動(dòng)穩(wěn)定性用斷路器的短路接通能力Icm參數(shù)來(lái)表示。

注意哦，這里可不是真的讓斷路器在發(fā)生短路時(shí)再接通電路，而是指斷路器承受短路電流最大值沖擊的能力而已。

下圖是ABB的Emax斷路器的實(shí)物照片：

注意看圖中的各個(gè)觸頭部件。我們發(fā)現(xiàn)，觸頭系統(tǒng)的主體其實(shí)就是動(dòng)觸頭+導(dǎo)電排/靜觸頭+導(dǎo)電排。

那么斷路器的動(dòng)穩(wěn)定性到底指的是什么？我們看下圖：

電流從靜觸頭流向動(dòng)觸頭。在觸頭接觸處，我們看到靜觸頭的電流線會(huì)收縮至觸點(diǎn)，動(dòng)觸頭的電流線則從觸點(diǎn)處擴(kuò)散。我們伸出右手判斷電流線磁力線方向，在伸出左手判斷電動(dòng)力方向，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，電流線產(chǎn)生的電動(dòng)力試圖把觸頭斥開(kāi)，并且電流越大斥力也越大。

設(shè)觸頭半徑為R，觸點(diǎn)半徑為r，電流為I，動(dòng)觸頭數(shù)量是n，觸頭斥力是F，觸頭壓力是Fa，則有：

$F=\frac{n\mu _{0} }{4\pi } I^{2} ln\frac{R}{r} <F_{a}$

觸頭斥力又叫做霍姆力。

當(dāng)電流一定時(shí)，由于觸頭斥力F小于觸頭壓力Fa，則動(dòng)靜觸頭緊密壓合；

當(dāng)電流I大到一定程度，觸頭斥力大于觸頭壓力Fa，則觸頭將被斥開(kāi)。觸頭斥開(kāi)后，觸頭間出現(xiàn)電弧燒蝕。由于觸頭斥開(kāi)后霍姆力消失，則觸頭在觸頭壓力作用下再次閉合，接著再次斥開(kāi)。反復(fù)幾次后，觸頭將被燒蝕，甚至熔融汽化，觸頭材料將被電弧作用給飛濺出去，同時(shí)觸頭材料的金屬蒸汽引發(fā)更大的電弧。

這里的電流I就是電器（斷路器）的動(dòng)穩(wěn)定性，它用短路接通能力Icm來(lái)表達(dá)。

從式子中我們看到，動(dòng)穩(wěn)定性是觸頭參數(shù)的函數(shù)，是電流的函數(shù)，是觸頭壓力及觸頭數(shù)量的函數(shù)，當(dāng)然也是觸頭材料的函數(shù)。

了解了斷路器的動(dòng)穩(wěn)定性后，我們?cè)倏纯礋岱€(wěn)定性。

熱穩(wěn)定性指的是導(dǎo)電材料在短路電流作用下其溫度滿足材料機(jī)械強(qiáng)度的要求。我們看下式：

上式中，Ik是短路電流，tk是短路電流作用時(shí)間，c是導(dǎo)電材料的比熱容，A是導(dǎo)電材料的截面積，Kf是交流附加系數(shù)， $\rho$ 0是導(dǎo)體材料在零度時(shí)的電阻率， $\alpha$ 是電阻溫度系數(shù)， $\theta _{K}$ 是斷路器跳閘時(shí)導(dǎo)電體的溫度， $\theta _{0}$ 是短路起始時(shí)導(dǎo)電體的溫度。

由于導(dǎo)電材料的溫度升高一定程度后，材料會(huì)軟化，其機(jī)械強(qiáng)度會(huì)大幅降低，這對(duì)于開(kāi)關(guān)電器抵御短路造成的電動(dòng)力是不利的。

在短路狀態(tài)下，若短路時(shí)間tk是1秒，則銅的最大電流密度是15.2kA，鋁是8.9kA，黃銅是7.3kA；當(dāng)短路時(shí)間是5秒時(shí)，銅的最大電流密度是6.7kA，鋁是4.0kA，黃銅是3.8kA。

熱穩(wěn)定時(shí)間tk一般取0.5秒、1秒和3秒等等。低壓開(kāi)關(guān)電器的熱穩(wěn)定時(shí)間一般選1秒，高壓開(kāi)關(guān)電器為3秒。

由此可知，在一定時(shí)間內(nèi)，若短路電流在導(dǎo)體內(nèi)的電流密度超過(guò)最大密度，則導(dǎo)體必將受到嚴(yán)重?fù)p毀，并引出更大的破壞。

導(dǎo)體在一定時(shí)間內(nèi)能夠承受的最大短路電流值，就是開(kāi)關(guān)電器的熱穩(wěn)定性電流。熱穩(wěn)定性電流用短時(shí)耐受電流來(lái)定義，其符號(hào)為Icw。

按能量不變?cè)瓌t，有： $I_{CW1}^{2} t_{K1} =I_{CW2}^{2} t_{K2}$ 。

我們可以利用這個(gè)式子進(jìn)行熱穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)換，例如從1秒轉(zhuǎn)換到3秒。

設(shè)某斷路器1s的短時(shí)耐受電流是60kA，則3s時(shí)的短時(shí)耐受電流是：

$I_{CW3} =\frac{I_{CW1} }{\sqrt{3} } =\frac{60}{1.732} \approx 34.6kA$

與1秒的短時(shí)耐受電流相比，3秒時(shí)的短時(shí)耐受電流降低了不少。

那么斷路器的動(dòng)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性之間是何關(guān)系？答案是：動(dòng)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性之比是峰值系數(shù)n。

我們看ABB的Emax斷路器參數(shù)：

上圖中，88.2/42=2.1；105/50=2.1；121/55=2.2；143/65=2.2。

我們看到，完全滿足GB14048.2-2008《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器》峰值系數(shù)n的關(guān)系。

現(xiàn)在，我來(lái)解釋最后一個(gè)問(wèn)題：如果知道了變壓器容量，如何選擇斷路器的參數(shù)？

設(shè)，變壓器的容量是2000kVA，則變壓器參數(shù)為：

額定電流： $I_{n} =\frac{2000\times 10^{3} }{1.732\times 400} \approx 2887A$

短路電流： $I_{K} =\frac{I_{n} }{U_{K} } =\frac{2887}{0.06} \approx 48.1kA$

沖擊短路電流峰值： $I_{PK} =nI_{K} =2.1\times 48.1\approx 101.0kA$

所以，選擇斷路器的額定電流為3200A，選擇斷路器極限短路分?jǐn)嗄芰cu=50kA，選擇斷路器的短路接通能力Icm=50x2.1=105kA，選擇斷路器的短時(shí)耐受電流（1s）為Icw=50kA。

其實(shí)，只要讓斷路器的極限短路分?jǐn)嗄芰Υ笥谧儔浩鞯亩搪冯娏鳎瑒t動(dòng)熱穩(wěn)定性就自然滿足條件了。

我們可以總結(jié)出如下幾個(gè)結(jié)論：

第一：斷路器屬于開(kāi)關(guān)的一種，因此斷路器必須具有開(kāi)關(guān)的幾個(gè)基本性質(zhì)。這些性質(zhì)包括：

額定電流Ie——用于承載正常的運(yùn)行電流。

額定電流的對(duì)斷路器的考核指標(biāo)是運(yùn)行溫升，并且溫升的主體是觸頭導(dǎo)電桿和導(dǎo)電排。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，裸銅的溫升是60K，鍍錫是65K，鍍銀或者鍍鎳是70K。

額定電壓Ue——與額定電流配對(duì)。額定電壓的考核主體是觸頭開(kāi)距。

額定電壓的最大值是額定絕緣電壓Ui。

額定短時(shí)耐受電流Icw——用于表述斷路器承載短路電流熱沖擊的能力，是一個(gè)區(qū)域時(shí)間參量。短時(shí)耐受電流又叫做斷路器或者開(kāi)關(guān)的熱穩(wěn)定性。

額定短路接通能力Icm——用于表述斷路器承載短路電流電動(dòng)力沖擊的能力，是一個(gè)瞬時(shí)量。短路接通能力又叫做斷路器或者開(kāi)關(guān)的動(dòng)穩(wěn)定性。

動(dòng)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性之比是峰值系數(shù)n。

峰值系數(shù)n是短路電流的沖擊短路電流Ipk與短路電流的穩(wěn)態(tài)值之比，是一個(gè)非常重要的基本參量。GB14048《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》系列標(biāo)準(zhǔn)、GB7251《低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》系列標(biāo)準(zhǔn)給出了峰值系數(shù)n的取值表格。見(jiàn)本貼描述。

第二：開(kāi)關(guān)屬于被動(dòng)元件，斷路器屬于主動(dòng)元件。

這里所指的被動(dòng)和主動(dòng)，指的是能否開(kāi)斷短路電流。

第三：斷路器的眾多參數(shù)可以分為兩類，一類用于保護(hù)自身，另一類用于線路保護(hù)。

保護(hù)自身的電流參數(shù)包括短時(shí)耐受電流Icw、運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰cs、極限短路分?jǐn)嗄芰cu、短路接通能力Icm。

用于線路保護(hù)的電流參數(shù)包括過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)反時(shí)限L保護(hù)參數(shù)I1、短路短延時(shí)S保護(hù)參數(shù)I2、短路瞬時(shí)I保護(hù)參數(shù)I3等等。

將這些用不等號(hào)參數(shù)連起來(lái)，構(gòu)成斷路器電流參數(shù)不等式，如下：

$I_{1} \leq I_{e} <I_{2} <I_{3} <I_{cw} \leq I_{cs} \leq I_{cu} <I_{cm}$