低壓斷路器脫扣特性的微機(jī)測(cè)試

/3/200612:56:00PM PagePAGE9ofNUMPAGES9低壓斷路器脫扣特性的微機(jī)測(cè)試陜西寶光真空開(kāi)關(guān)有限公司。。。。。ABB新會(huì)低壓開(kāi)關(guān)有限公司技術(shù)顧問(wèn)、重慶電器科學(xué)研究所技術(shù)顧問(wèn)、西安交通大學(xué)電機(jī)與電器控制系退休教授方鴻發(fā)摘要低壓斷路器脫扣特性測(cè)試是長(zhǎng)期存在于生產(chǎn)廠家與質(zhì)檢部門(mén)所關(guān)心的問(wèn)題。本文分析了一般測(cè)試方法與設(shè)備存在的問(wèn)題與原因，提出了新的測(cè)試方案。研制的測(cè)試設(shè)備保證輸出電流為正弦波，采用微機(jī)測(cè)試方案，測(cè)試結(jié)果精確，特別對(duì)有限流作用的斷路器，所測(cè)試數(shù)據(jù)是非常可信與正確的。本設(shè)計(jì)的測(cè)試設(shè)備已提供生產(chǎn)產(chǎn)家使用。低壓斷路器的脫扣特性是指其電流/時(shí)間(Ｉ/t)特性、允通能量（Ｉt/Ｉs）特性和對(duì)限流斷路器的限流特性（ＩP/Ｉs），其中Ｉs是指預(yù)期短路對(duì)稱(chēng)電流，ＩP是指短路時(shí)開(kāi)關(guān)的限流電流。這些特性標(biāo)致斷路器的基本性能，它們是通過(guò)試驗(yàn)得到的。生產(chǎn)廠家要通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，保證每臺(tái)產(chǎn)品的特性均需在規(guī)定的范圍內(nèi)。用戶(hù)則根據(jù)其特性對(duì)保護(hù)線路及前后級(jí)的電器、線路中的其他元件進(jìn)行合理地選擇。斷路器脫扣特性的基本要求目前有兩種類(lèi)性的脫扣器：一種是采用熱雙金屬和電磁脫扣器組成的過(guò)載反延時(shí)和短路瞬動(dòng)脫扣器；另一種是帶微處理器脫扣器。圖1圖1為帶熱過(guò)載脫扣和電磁瞬動(dòng)脫扣器的特性。熱過(guò)載為反時(shí)限特性，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其脫扣準(zhǔn)確度的要求為±10%，對(duì)瞬動(dòng)或?qū)Χ萄訒r(shí)動(dòng)作的特性準(zhǔn)確度的要求為±20%。ABB公司的SACE-S系列斷路器根據(jù)其電流/時(shí)間(Ｉ/t)特性做出的Ｉt特性（圖2），為用戶(hù)選擇配用的電纜截面提供了方便。圖2圖3為帶微處理器脫扣器斷路器的脫扣特性。這種脫扣器不受環(huán)境溫度的影響，它的Ｉt特性按常值設(shè)計(jì)，其Ｉt特性段是平的，參見(jiàn)圖4。圖3圖4常用的兩種特性測(cè)試方法對(duì)于過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)的試驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，因過(guò)載倍數(shù)一般不大，所以可采用電流互感器測(cè)量其電流，用計(jì)時(shí)器測(cè)量其動(dòng)作時(shí)間。而對(duì)于瞬動(dòng)脫扣及短延時(shí)脫扣，因電流大、通電時(shí)間短，過(guò)去常采用圖5方法。圖中用T1自耦調(diào)壓器做為試驗(yàn)電源，，用T2低壓大電流變壓器提供試驗(yàn)電流。試品S接入低壓大電流回路，用電流互感器CT及電流表A測(cè)量試驗(yàn)電流。先將試品S合閘，將T1迅速升壓，試驗(yàn)回路電流很快增大，當(dāng)被試開(kāi)關(guān)Ｓ瞬態(tài)跳扣時(shí)，讀下電流表的讀數(shù)最大值，則認(rèn)為這最大讀數(shù)即為瞬動(dòng)跳扣電流值。圖5由于瞬動(dòng)跳扣時(shí)間一般只在0.02-0.06S之間，所以這種方法所測(cè)得的動(dòng)作值誤差很大。瞬動(dòng)跳扣是反應(yīng)線路短路時(shí)的動(dòng)作保護(hù)，而短路瞬間的電流值變化又與其短路瞬間的相位有關(guān)，保護(hù)特性上所示的電流值是指它的穩(wěn)態(tài)分量有效電流值。所以第二種方案是采用選相合閘的方法，選擇電流過(guò)零點(diǎn)相位合閘，以去除非周期分量對(duì)測(cè)試的影響。圖6圖6是采用晶閘管做為選相合閘器件，它接在電流變壓器的一次側(cè)。采用電流互感器測(cè)量電流，采用峰值電流表測(cè)出測(cè)試過(guò)程中的最大峰值電流。如果電流波的變化完全是正弦變化，那么，按正弦波形變化的關(guān)系，有效值Ieff=Imax/的關(guān)系求出試驗(yàn)電流值。通電時(shí)間一般采用電子計(jì)時(shí)器記錄測(cè)量。目前大多數(shù)單位都是按此原理方案設(shè)計(jì)的。但十分遺憾的是，絕大多數(shù)使用的這類(lèi)方案的測(cè)試臺(tái)，其輸出電流波形沒(méi)有一臺(tái)能滿(mǎn)足所覆蓋的輸出電流均為正弦波，例舉波形如圖7所示。其主要原因是：晶閘管為非線性元件，由于非線性元件的介入所致。圖7本設(shè)計(jì)特性測(cè)試臺(tái)采用的技術(shù)方案本設(shè)計(jì)采用真空永磁式選相合閘、分閘開(kāi)關(guān)ZK及微機(jī)測(cè)量、處理方案。采用多磁路變壓器TD供電，以消除調(diào)壓器帶來(lái)的非線性影響；將選相開(kāi)關(guān)置于變壓器的低壓測(cè)，以削弱接入變壓器時(shí)過(guò)渡過(guò)程的影響；采用低感分流器FL接入微機(jī)測(cè)量電流，以消除電流互感器隔直的問(wèn)題，參見(jiàn)圖8。圖8圖9為本設(shè)計(jì)的測(cè)試臺(tái)在輸出電流約為5280A時(shí)的選相合閘及選相分閘時(shí)所記錄的電流波形；圖10為輸出電流約為6500A時(shí)所記錄的電流波形?？梢钥闯鏊鼈兺耆钦也ㄐ?，其它不同大小電流輸出波形均相同。圖9圖10圖11為一瞬動(dòng)脫扣測(cè)試所得的電流波形。第一個(gè)半波的電流波形為完整的正弦波，第二個(gè)半波電流上升到一定值后被切斷?？砂吹谝粋€(gè)半波所測(cè)出的峰值電流Ｉmax-1除以求出瞬動(dòng)脫扣電流有效值Ｉeff-1：Ｉeff-1=Ｉmax-1/=7000/=5091.9A圖１１圖12也是一瞬動(dòng)脫扣試驗(yàn)所得的電流波形?？梢钥闯鐾姾箅娏飨蜇?fù)值增長(zhǎng)，當(dāng)電流上升到一定值后突然下降，而后又上升，第二個(gè)半波電流為正弦形，至第三個(gè)半波的一定時(shí)間被開(kāi)斷。全部通電時(shí)間為25.8ms。第一個(gè)半波時(shí)由于觸頭被斥開(kāi)引起電弧，電流被限幅。電流從零至被限幅的這一段，電流是按正弦規(guī)律上升。即i=Ｉeff-1Sinωt這段時(shí)間為３ms,對(duì)應(yīng)電角度為55.8o,限幅電流瞬時(shí)值（ＩＰ）為10000A,則Ｉeff-1=i/Sinωt=10000/Sin55.8o=8551.55A圖１２第二個(gè)半波為正弦波，其峰值Ｉmax-2=12000A,則第二個(gè)半波的有效電流值Ｉeff-2為Ｉeff-2=12000/=8486.16A第一半波與第二半波所測(cè)量的電流有效值相對(duì)誤差為×100%=0.76%所得誤差很小。因此無(wú)論采用何種測(cè)量方法，都是準(zhǔn)確的。因此對(duì)于出現(xiàn)圖１３的瞬動(dòng)脫扣波形時(shí)，就可以按出現(xiàn)的一段正弦波推算出試驗(yàn)電流的預(yù)期有效電流值（ＩＳ）。圖１３對(duì)于長(zhǎng)、短延時(shí)試驗(yàn)時(shí)電流值的確定比較簡(jiǎn)單，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)測(cè)試臺(tái)的電流波是完全的正弦波,所以可以按峰值電流與有效值是的關(guān)系求解，即測(cè)出電流峰值Ｉmax后，試驗(yàn)電流的有效值ＩeffＩeff＝Ｉmax/或按方均根值求解,半波電流的有效值Ｉeff－h(huán)alf為Ｉeff－h(huán)alf＝其中A=總的電流平均有效值Ｉeff－totel為Ｉeff－totel＝其中B=相應(yīng)的Ｉt值Ｉt=iΔt+iΔt+iΔt+????+iΔt本設(shè)計(jì)測(cè)試臺(tái)主要技術(shù)參數(shù)本設(shè)計(jì)是為６３０Ａ及以下的低壓斷路器脫扣特性測(cè)試用。按１２倍額定電流瞬動(dòng)試驗(yàn)要求，最大輸出電流應(yīng)不小于12Ｉn=630×12=7560A。本設(shè)計(jì)的測(cè)試臺(tái)實(shí)際最大輸出電流大于８５００Ａ。（若將試品接入端用母線短接，測(cè)量出的峰值電流為13000A,最大試驗(yàn)預(yù)期電流為9193.77A,參見(jiàn)圖１４）圖１４設(shè)計(jì)要求的輸出電流波形從０到最大試驗(yàn)電流均為正弦波，波形失真度≤±５％。選相開(kāi)關(guān)的選相分辯率：工頻半個(gè)周期180o內(nèi)取100分度,即1.8o。合閘時(shí)間的偏差不應(yīng)大于±200μS.選相開(kāi)關(guān)的分閘定時(shí)時(shí)間分檔設(shè)定為：0.2S/0.5S/1.0S/∞，電流過(guò)零瞬間分閘。測(cè)量電流從100Ａ至最大輸出電流范圍，電流值的測(cè)量誤差應(yīng)≤±２％。（實(shí)測(cè)結(jié)果：試驗(yàn)電流在100A-10000A范圍間，測(cè)量誤差<１％）。瞬動(dòng)脫扣試驗(yàn)合閘相位選擇時(shí)，波形的對(duì)稱(chēng)性可用微機(jī)自動(dòng)判斷。微機(jī)屏幕上顯示的電流波形可放大或縮小，前后移動(dòng)。波形的橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為電流值。隨波形放大或縮小，坐標(biāo)的量值自動(dòng)改變。屏幕上設(shè)有三條光標(biāo)，其中一條用于測(cè)量任一點(diǎn)的瞬時(shí)電流值，另外兩條用于測(cè)量任意區(qū)間的時(shí)間，相應(yīng)的測(cè)量數(shù)值在屏幕上顯示。測(cè)試結(jié)果可列表顯示，其中包括：試驗(yàn)日期，室溫、試品型號(hào)，規(guī)格，編號(hào)，次序，測(cè)量電流值Ｉ，對(duì)應(yīng)動(dòng)作時(shí)間t,Ｉt等。結(jié)論本文首先分析了目前國(guó)內(nèi)許多單位進(jìn)行斷路器脫扣特性的試驗(yàn)方法與采用測(cè)試設(shè)備存在的問(wèn)題。提出了新的設(shè)計(jì)方案，即采用真空永磁式選相合、分閘開(kāi)關(guān)及采用微機(jī)精密測(cè)量方案，實(shí)際輸出的電流波形完全為正弦波。由于微機(jī)有強(qiáng)大的計(jì)算、處理等功能，所以能準(zhǔn)確的計(jì)算、確定電流最大值、有效值、限流值、動(dòng)作時(shí)間值等。特別對(duì)于有限流功能的斷路器，解決了過(guò)去無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題。本設(shè)計(jì)的測(cè)試臺(tái)的電流值測(cè)試誤差≤±２％。對(duì)脫扣動(dòng)作特性上的電流值的測(cè)量來(lái)說(shuō)，完全足夠。本設(shè)計(jì)研制的測(cè)試臺(tái)試驗(yàn)電流范圍廣，適用于額定電流800Ａ及以下的斷路器進(jìn)行瞬動(dòng)脫扣、過(guò)載短延時(shí)脫扣和反時(shí)限長(zhǎng)延時(shí)過(guò)載脫扣特性測(cè)試，已提供給ABB新會(huì)低壓開(kāi)關(guān)有限公司使用。TheTestofTrippingCharacteristicsforLowVoltageCircuitBreakersbyMircrocomputerAbstractThetestoftrippingcharacteristicsforlowvoltagecircuitbreakersisalongexistingproblemconceredbythemanufactoriesandthedepartmentsofqualitymoniters.Thepaperanalysestheproblemsandcausesofgeneraltestmethodsanddevices,andproposesanewtestmethod.Thenewdesigneddevicesensurestheoutputcurrentisasinuso