电气设备动热稳定试验浅议

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摘要：动热稳定试验是高低压电气设备的一项重要的型式试验，本文通过研究高低压电气设备的动热稳定试验要求及试验回路，提出试验注意事项，以期能为相关高低压电器设备生产厂家及检验检测机构进行动热稳定试验提供参考。

关键词：动热稳定；短路；短时耐受；峰值耐受；峰值系数

当电力系统发生短路时，出现大容量的短路电流会导致电气线路中的电气设备因电动力的机械效应或者电流热效应导致其结构变形或损毁，如果线路中的保护电器（断路器或熔断器）在继电保护所设定的时间范围内动作而断开电路，可在一定程度上缓解事故，而保护电器的失灵（拒动或延迟动作）将会进一步加剧事故，因此电气设备必须加强其短路耐受电流能力的考核，而动热稳定试验正是考核在规定的使用条件下，在规定的时间内电路在闭合位置上的电气设备所能承载的电流情况。

1试验要求

由于动热稳定试验是对电气设备流过短路电流的考核，没有被试品的关合或开断，所以没有关合电压或开断瞬态恢复电压的考核，对于试验电压没有要求，无论高压电气设备或低压电气设备均是如此。对于动热稳定来说，电动力造成的机械应力主要体现在峰值电流流过电气设备而发生的状况（峰值耐受电流），而热应力体现了一个相对稳定的电流在一段时间内在电气设备上热量累积而产生的效果（短时耐受电流）。如果试验系统峰值系数（电流峰值/电流有效值）满足要求，两个试验可以合并实施，如果试验系统峰值系数不能满足要求，两个试验则分开实施。由于高低压系统特性及继电保护特性不同，所以高低压电气设备峰值系数（依据标准GB∕T11022-2020《高压交流开关设备和控制设备标准的共用技术要求》以及GB14048.1-2012《低压开关设备和控制设备第1部分：总则》）也不尽相同，具体要求如表1、表2所示。对于峰值耐受电流的时间，高压电气设备一般按照0.3s实施，低压电气设备要求持续时间不应该小于0.3s。而短时耐受电流时间，高压电气设备额定短路持续时间的优选值为2s，也可以选取大于2s的值，如3s和4s，低压电气设备一般按照1s实施。动热稳定频率允差为±25％，电流应是额定值的±5％。

2试验回路

由于动热稳定试验对于试验电压没有要求，所以无论是低压还是高压电气设备的该试验，基于考虑试验的易于实现性及节约试验设备、运行成本，动热稳定试验都会采用低压回路实施，一般采用低压大容量短路试验回路。其试验原理如图1所示。S：电源QF：断路器HK：合闸开关R：调节电阻器L：调节电抗器T：短路变压器Z：试品图1低压大容量短路试验原理图低压电器试验系统一般采用电网作为试验电源，因为电网提供的试验容量一般能够满足试验要求。近年来，也有部分检测机构采用短路发电机实施高端大容量电器的短路相关试验。回路控制采用断路器与合闸开关的配合，一方面是两个开关可以解决试验时间较短（比如低压电器设备动稳定试验0.1s）、不能精准控制的问题，另一方面是利用合闸开关解决了关合过程精准控制合闸角度而保证了电流峰值的问题。调节电抗器与调节电阻器的配合可使回路达到要求的阻抗以及功率因数而达到调节回路稳定电流及峰值电流的目的。试验变压器是为了降低试验电压而达到降低功耗的目的，从理论上来说，试验电压越低，试验功耗就越小，但试验电压也不宜太低，因为开关本身具有一定阻抗，尤其电压越高，电气设备体积就越大，势必导致其本体阻抗越大，所以电压等级越高的电气设备试验电压也越高。

3试验注意事项及试验判据

为了尽可能地模拟系统事故工况，试品应安装于本体或等体支架上，触头压力应调节至产品规定的下限值，对于带有电流互感器的电气设备，如果电流互感器一次侧接入试验回路，应将电流互感器二次侧短接并可靠接地以防止试验过程中过电压的产生；如果电气设备具有过电流保护断开的功能，需采取保证回路通流不断开的措施。试品接入回路应模拟正常使用工况的机械应力，但不能超过实际使用的情况。如果检测机构设备不能满足试验要求，允许作以下变更，但应满足如下要求：t10∫i12dt≥I2×t（1）式中：t1为实际试验的通电时间，t为规定的通电时间，I1为实际试验电流，I为试验电流要求值。试验后，需做试品和触头的外观检查；电气设备用正常操动方式操作应能正常动作，并能够承载相关额定连续电流；检查电气设备回路电阻的变化，应不超过20%，同时要求接地导体和元件保持连续性。

4试验实例

某箱变型号YBM-12/0.4-630,其主回路同时包含高压与低压，高压试验要求值分别为50kA（峰值）与20kA/4s（有效值）,低压试验要求值分别为63kA（峰值）与30kA/1s（有效值）。高压开关设备为两台高压环网开关柜（分别为C柜和F柜），根据标准要求两台高压柜都做，所以将其串联实施，F柜中有熔断器作为保护电器，为了保证试验电路连续性，采用与熔断器外形与尺寸近视的模拟熔体（铜导体）替代熔断器。由于高压试验要求的峰值系数为2.5，这样要求其功率因数约为0.08，阻抗比达到了13，而一般低压回路阻抗比小于7（回路功率因数大于0.15），所以一次试验不能满足要求，需要两次试验来实施，经过试验其波形图分别如图2和图3所示。在峰值耐受电流试验中，三相峰值分别为51.96kA(A相)，40.11kA(B相),44.75kA(C相)，A相电流满足要求（不在中相），通电时间为0.3s，参数符合要求，试后无损伤、无变形、接头无熔焊，接地导体和元件保持连续性，回路电阻变化符合要求。在短时耐受电流试验，三相有效值分别为20.15kA(A相)，20.65kA(B相),19.92kA(C相)，其三相平均值为20.24kA，通电时间为4s。参数符合要求，试后无损伤、无变形、接头无熔焊，接地导体和元件保持连续性，回路电阻变化符合要求。高压回路动热稳定试验合格。低压回路主开关为保护电器万能断路器承担，在试验中切除断路器控制器电源以保证万能断路器不会因为过流或短路而误动作。低压试验要求的峰值系数为2.1，这样要求其功率因数约为0.2，低压大容量试验回路满足要求，所以一次试验即可，试验波形图如图4所示。三相有效值/峰值分别为30.21/44.73kA（A相），30.55/63.08kA（B相）,30.26/64.36kA（C相），最大峰值电流为64.36kA（C相），峰值电流试验参数符合要求。三相电流平均值30.31kA，通电时间为1s，短时耐受电流试验参数符合要求，根据客户要求计算三相焦耳积分各为（A相907.37×106A2s）、（B相941.97×106A2s）、（C相924.21×10A2s6）。试后无损伤、无变形、接头无熔焊，接地导体和元件保持连续性，回路电阻变化符合要求。低压回路动热稳定试验合格。

5结论

动热稳定试验由于试验电流大，回路及接线电阻无法准确推算，通电时间长，所以试验难度大。本文通过对高低压电气设备动热稳定试验的要求及试验回路、注意事项、判据做了详尽的阐述，并通过极具特征的具体事例分析，希望对于实施相关试验的检测人员及开关设计制造人员以借鉴。

参考文献：

［1］GB／T10963．1－2020，电气附件家用及类似场所用过电流保护断路器第1部分：用于交流的断路器［S］．北京：国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会，2020．

［2］GB／T10963．2－2020，电气附件家用及类似场所用过电流保护断路器第2部分：用于交流和直流的断路器［S］．北京：国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会，2020．

［3］李合，袁渊，姜宁．低压电器短路试验系统中开展高压电器动热稳定试验的研究［J］．电器与能效管理技术，2021（02）：54－59．

［4］杨光．真空断路器动热稳定试验分析及电动斥力仿真计算［J］．电气应用，2020，39（05）：44－47．

［5］陈宜新．高低压开关电器的交流动热稳定试验要求与方法［J］．华通技术，1997（03）：39－42．

作者:杨兴 康志林 李涛 单位:甘肃电器科学研究院