Icw и Ipk: среднеквадратичные и пиковые характеристики короткого замыкания для шинопроводов и распределительных устройств

В данной статье в основном рассматриваются Icw и Ipk в контексте сборок низкого напряжения IEC 61439.

Когда инженеры читают техническую документацию на шинопровод или распределительное устройство, два параметра часто вызывают путаницу: Icw и Ipk.

Простой способ понять их:

• Icw — это кратковременная термическая стойкость
• Ipk — это мгновенная механическая стойкость

Это важно, потому что короткое замыкание создаёт нагрузку на распределительное устройство не только одним способом. Оно создаёт тепло в проводниках и контактах, но также создаёт сильные механические усилия в шинопроводах и внутренних опорах.

Вот почему стандарты IEC для сборок серьёзно относятся к этим характеристикам. В низковольтных распределительных устройствах на основе IEC важны как среднеквадратичная нагрузка при повреждении, так и пиковая нагрузка при повреждении при оценке стойкости к короткому замыканию.

Вот таблица, кратко сравнивающая Icw и Ipk:

Параметр	Полное название	Основной аспект	Что показывает
Icw	Номинальный ток стойкости при кратковременном режиме	Термическая стойкость	Какой ток повреждения сборка может выдержать в течение указанного времени
Ipk	Номинальный пиковый выдерживаемый ток	Механическая стойкость	Наивысший мгновенный пик тока повреждения, который может выдержать сборка

• Этот блог содержит понятие среднеквадратичного значения. Чтобы понять основные концепции среднеквадратичного и пикового значений, пожалуйста, ознакомьтесь с нашей статьёй: Среднеквадратичное значение и пиковое значение: разница в напряжении и токе.
• Чтобы понять, почему среднеквадратичное значение используется в электротехнике, и получить более подробное объяснение среднеквадратичного и пикового значений в условиях короткого замыкания, пожалуйста, ознакомьтесь: Среднеквадратичное значение и пиковое значение тока короткого замыкания: почему важны оба.
• Для более широкого обзора электрических параметров распределительных устройств пожалуйста, ознакомьтесь: Определение параметров распределительных устройств.

Что такое Icw?

Icw означает номинальный ток стойкости при кратковременном режиме.

Это ток короткого замыкания, который сборка может выдержать в течение указанного времени, например 1 секунды или 3 секунд, при заданных условиях.

Таким образом, когда в технической документации указано:

Icw = 50 кА / 1 с

это означает, что сборка или система шинопроводов может выдержать 50 кА в течение 1 секунды при указанных условиях испытаний и проверки. Это не означает, что оборудование прерывает этот ток. Это означает, что сборка может оставаться целой в течение этой короткой продолжительности без недопустимых повреждений.

В данных сборок, связанных с IEC, Icw выражается в среднеквадратичных значениях.

Что такое Ipk?

Ipk означает номинальный пиковый ток стойкости.

Это максимальный мгновенный пик тока короткого замыкания, который сборка может выдержать при заданных условиях.

Таким образом, если Icw отвечает на вопрос «Может ли сборка выдержать повреждение в течение короткого времени?», то Ipk отвечает на вопрос «Может ли сборка выдержать наивысший мгновенный пик тока повреждения?»

Эта разница важна, потому что пик тока часто является моментом, когда шинопроводы, опоры, соединения и внутренние проводники испытывают наибольшую механическую нагрузку.

В конструкции шинопроводов и распределительных устройств вот почему прочность опор, расстояния, крепления, соединения и геометрия проводников так важны. Даже если сборка может выдержать ток повреждения в течение короткого времени, она также должна выдержать механический удар, вызванный пиковым током.

В данных сборок, связанных с IEC, Ipk выражается в пиковых значениях.

Icw, Ipk и система шинопроводов

На Icw и Ipk сильно влияет система шинопроводов, но окончательная заявленная характеристика принадлежит полной проверенной сборке, а не только медной шине.

Параметр	В большей степени зависит от	Основной риск
Icw	Материал шинопровода, поперечное сечение, сопротивление, соединения, продолжительность повреждения	Нагрев
Ipk	Расстояние между шинами, опорные изоляторы, крепления, зажимы, соединения, жёсткость рамы, крепёж	Механическое усилие

Размер и материал шинопровода обычно оказывают очень сильное влияние, поскольку Icw связан с кратковременной термической стойкостью.

Таким образом, для Icw шинопровод часто влияет на:

• нагрев проводника
• повышение температуры
• способность проводить ток в кратковременном режиме

Но также важны соединения, контактное сопротивление, продолжительность повреждения, вентиляция корпуса и полный путь тока.

Компоновка шинопровода по-прежнему очень важна, но механическая конструкция становится ещё более критичной.

Ipk в значительной степени зависит от:

• расстояния между шинами
• прочности опор
• креплений
• жёсткости монтажа
• прочности соединений

Что означают Icw и Ipk для шинопроводов?

Для шинопроводов сочетание особенно важно.

Система шинопроводов — это не просто проводник. Это механическая конструкция внутри сборки. Она имеет шины, соединения, изоляторы, опоры, расстояния и монтажное оборудование. В условиях повреждения шинопровод должен выдержать как:

• термическую нагрузку, которая связана со среднеквадратичным током в течение указанной продолжительности
• электродинамическую нагрузку, которая связана с пиковым током и магнитными силами между проводниками

Вот почему характеристики шинопроводов никогда не следует рассматривать только как «токонесущую способность». Шинопровод, который термически адекватен при нормальном токе нагрузки, всё равно может выйти из строя механически, если пиковая нагрузка короткого замыкания превышает проверенную прочность сборки.

Взаимосвязь между Icw и Ipk

Icw и Ipk тесно связаны, поскольку оба описывают стойкость к короткому замыканию. Они оба связаны с одной и той же формой волны тока повреждения, которая имеет две важные характеристики: среднеквадратичное значение и пиковое значение.

Для подробной информации о пиковом и среднеквадратичном значениях пожалуйста, ознакомьтесь с другим блогом: Среднеквадратичное значение и пиковое значение: разница в напряжении и токе.

Взаимосвязь между Icw и Ipk аналогична взаимосвязи между среднеквадратичным и пиковым значениями, но только в идеальном случае.

В идеале:

Icw — это среднеквадратичная сторона стойкости к короткому замыканию.
Это номинальный ток стойкости при кратковременном режиме, обычно указываемый со временем, например 1 секунда. На практике он показывает, какой ток повреждения сборка может выдержать в течение короткой продолжительности с точки зрения термической нагрузки.

Ipk — это пиковая сторона стойкости к короткому замыканию.
Это номинальный пиковый ток стойкости, что означает наивысший мгновенный пик тока, который сборка может выдержать во время повреждения. На практике он более тесно связан с механической нагрузкой и электродинамическим усилием.

На практике:

Ток короткого замыкания обычно не начинается как идеально симметричная синусоида.
Первый пик часто выше, потому что ток повреждения может включать постоянное смещение в начале. Вот почему реальные характеристики стойкости к короткому замыканию нельзя понять, используя только простую идеальную взаимосвязь, и почему Ipk часто выше, чем 1,414 × Icw.
Для более подробной информации о поведении тока короткого замыкания в терминах среднеквадратичного и пикового значений пожалуйста, ознакомьтесь с нашей статьёй: Среднеквадратичное значение и пиковое значение тока короткого замыкания: почему важны оба.

Простой пример из технической документации

Предположим, сборка распределительного устройства заявлена как:

Icw = 50 кА / 1 с
Ipk = 105 кА

Правильная интерпретация:

• сборка может выдержать 50 кА (среднеквадратичное значение) в течение 1 секунды
• сборка также может выдержать мгновенный пик 105 кА при указанных условиях

Это не означает, что 105 кА — это ток длительной продолжительности. Это также не означает, что сборка «рассчитана на 105 кА» так же, как обычно говорят об отключающей способности выключателя. Эти два значения описывают различные аспекты нагрузки при повреждении.

Заключение

Icw — это среднеквадратичный ток стойкости при кратковременном режиме. Он отвечает на термический вопрос: какой ток короткого замыкания сборка может выдержать в течение указанного времени?

Ipk — это пиковый ток стойкости. Он отвечает на механический вопрос: каков максимальный мгновенный пик короткого замыкания, который может выдержать сборка?

Для шинопроводов и сборок распределительных устройств IEC важны оба. Один помогает определить кратковременную термическую стойкость. Другой помогает определить сопротивление сильным электродинамическим усилиям, возникающим при пике повреждения. Вместе они дают гораздо более точную картину прочности сборки, чем одно значение тока повреждения.

Часто задаваемые вопросы

Да. Schneider определяет его как среднеквадратичное значение тока, который распределительное устройство может проводить в закрытом положении в течение указанного короткого времени, а материалы ABB по IEC 61439 описывают его как среднеквадратичное значение кратковременного тока, заявленное производителем сборки.

Да. IEC Electropedia определяет его как значение пикового тока, которое цепь или коммутационное устройство в закрытом положении может выдержать, а ABB использует то же значение пиковой стойкости для сборок.

Нет. Эта взаимосвязь относится только к чистой синусоидальной форме волны. Реальный ток короткого замыкания может включать асимметрию и затухающее постоянное смещение, поэтому первый пик может быть более сильным, чем предполагает соотношение симметричной синусоиды.

Не совсем.
Icw и Ipk наиболее часто используются для систем шинопроводов и сборок распределительных устройств, поскольку оба описывают стойкость к короткому замыканию. Но они не ограничиваются строго только шинопроводом. На практике их лучше понимать как характеристики полного пути тока и конструкции сборки.