低壓斷路器脫扣特性的微機測試

低壓斷路器脫扣特性的微機測試陜西寶光真空開關(guān)有限公司。。。。。ABB新會低壓開關(guān)有限公司技術(shù)顧問、重慶電器科學研究所技術(shù)顧問、西安交通大學電機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試是長期存在于生產(chǎn)廠家與質(zhì)檢部門所關(guān)心的問題。本文分析了一般測試方法與設備存在的問題與原因，提出了新的測試方案。研制的測試設備保證輸出電流為正弦波，采用微機測試方案，測試結(jié)果精確，特別對有限流作用的斷路器，所測試數(shù)據(jù)是非?？尚排c正確的。本設計的測試設備已提供生產(chǎn)戶家使用。低壓斷路器的月兌扣特性是指其電流/時間（I/t）特性、允通能量（I2t/Is）特性和對限流斷路器的限流特性（Ip/Is）,其中Is是指預期短路對稱電流，Ip是指短路時開關(guān)的限流電流。這些特性標致斷路器的基本性能，它們是通過試驗得到的。生產(chǎn)廠家要通過試驗測試，保證每臺產(chǎn)品的特性均需在規(guī)定的范圍內(nèi)。用戶則根據(jù)其特性對保護線路及前后級的電器、線路中的其他元件進行合理地選擇。一.斷路器月兌扣特性的基本要求目前有兩種類性的月兌扣器：一種是采用熱雙金屬和電磁月兌扣器組成的過載反延時和短路瞬動月兌扣器；另一種是帶微處理器月兌扣器。0 1 10 XIn圖1圖1為帶熱過載月兌扣和電磁瞬動月兌扣器的特性。熱過載為反時限特性，標準對其月兌扣準確度的要求為±10%，對瞬動或?qū)Χ萄訒r動作的特性準確度的要求為±20%。ABB公司的SACE-S系列斷路器根據(jù)其電流/時間（I/t）特性做出的I21特性（圖2）,為用戶選擇配用的電纜截面提供了方便。

圖2圖3為帶微處理器月兌扣器斷路器的月兌扣特性。這種月兌扣器不受環(huán)境溫度的影響，它的I2t特性按常值設計，其I2t特性段是平的，參見圖4。圖3圖4二.常用的兩種特性測試方法對于過載長延時的試驗比較簡單，因過載倍數(shù)一般不大，所以可采用電流互感器測量其電流，用計時器測量其動作時間。而對于瞬動月兌扣及短延時月兌扣，因電流大、通電時間短，過去常采用圖5方法。圖中用T1自耦調(diào)壓器做為試驗電源，，用T2低壓大電流變壓器提供試驗電流。試品S接入低壓大電流回路，用電流互感器CT及電流表A測量試驗電流。先將試品S合閘，將T1迅速升壓，試驗回路電流很快增大，當被試開關(guān)S瞬態(tài)跳扣時，讀下電流表的讀數(shù)最大值，則認為這最大讀數(shù)即為瞬動跳扣電流值。圖5由于瞬動跳扣時間一般只在0.02-0.06S之間，所以這種方法所測得的動作值誤差很大。瞬動跳扣是反應線路短路時的動作保護，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，選擇電流過零點相位合閘，以去除非周期分量對測試的影響。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)。采用電流互感器測量電流，采用峰值電流表測出測試過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/<2的關(guān)系求出試驗電流值。通電時間一般采用電子計時器記錄測量。目前大多數(shù)單位都是按此原理方案設計的。但十分遺憾的是，絕大多數(shù)使用的這類方案的測試臺，其輸出電流波形沒有一臺能滿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。

本設計特性測試臺采用的技術(shù)方案本設計特性測試臺采用的技術(shù)方案本設計采用真空永磁式選相合閘、分閘開關(guān)ZK及微機測量、處理方案。采用多磁路變壓器TD供電，以消除調(diào)壓器帶來的非線性影響；將選相開關(guān)置于變壓器的低壓測，以削弱接入變壓器時過渡過程的影響；采用低感分流器FL接入微機測量電流，以消除電流互感器隔直的問題，參見圖8。TDL'zkselectphasecontroler Iiselectphasecontroler 口圖8圖9為本設計的測試臺在輸出電流約為5280A時的選相合閘及選相分閘時所記錄的電流波形；圖10為輸出電流約為6500A時所記錄的電流波形?？梢钥闯鏊鼈兺耆钦也ㄐ危渌煌笮‰娏鬏敵霾ㄐ尉嗤??！鮌B一-dEcr圖10圖11為一瞬動月兌扣測試所得的電流波形。第一個半波的電流波形為完整的正弦波，第二個半波電流上升到一定值后被切斷?？砂吹谝粋€半波所測出的峰值電流Imax_1除以、僅求出瞬動月兌扣電流有效值1eff_1: Ieff-1=Imax-1】、2=7000/v2=5091.9A圖12也是一瞬動月兌扣試驗所得的電流波形。可以看出通電后電流向負值增長，當電流上升到一定值后突然下降，而后又上升，第二個半波電流為正弦形，至第三個半波的一定時間被開斷。全部通電時間為25.8ms。第一個半波時由于觸頭被斥開引起電弧，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=yf2Ieff-1Sin3t這段時間為3ms,對應電角度為55.8°,限幅電流瞬時值（IQ為10000A,則Ieff-1=i/牌Sin3t=10000/^0Sin55.8°=8551.55A

■SB一-■SB一-dE<第二個半波為正弦波，其峰值Imax_2=12000A,則第二個半波的有效電流值Ieff-2為Ieff-2=12000/42=8486.16A第一半波與第二半波所測量的電流有效值相對誤差為8551.558486.168551.558551.558486.168551.55x100%=0.76%所得誤差很小。因此無論采用何種測量方法，都是準確的。因此對于出現(xiàn)圖13的瞬動月兌扣波形時，就可以按出現(xiàn)的一段正弦波推算出試驗電流的預期有效電流值（I、）。(Dprq=drJUcr(Dprq=drJUcr圖13對于長、短延時試驗時電流值的確定比較簡單，因為本設計測試臺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（2的關(guān)系求解，即測出電流峰值Imax后，試驗電流的有效值1effIeff=Imax'v2或按方均根值求解，半波電流的有效值Ieff—h郁 為Ieff—half=vA其中A=2W2(i2A)T0總的電流平均有效值Ieff—totel為1eff—totel其中 B=—以(i2Ar)nT0相應的I2t值I21=i2.t+i2At+i2At+????+i2At1△1 2 2 3 3 nn四.本設計測試臺主要技術(shù)參數(shù)本設計是為630A及以下的低壓斷路器月兌扣特性測試用。按12倍額定電流瞬動試驗要求，最大輸出電流應不小于12In=630X12=7560A。本設計的測試臺實際最大輸出電流大于8500A。（若將試品接入端用母線短接，測量出的峰值電流為13000A，最大試驗預期電流為9193.77A,參見圖14）2.設計要求的輸出電流波形從0到最大試驗電流均為正弦波，波形失真度w士5%。選相開關(guān)的選相分辯率：工頻半個周期180°內(nèi)取100分度，即1.8°。合閘時間的偏差不應大于士200rS.選相開關(guān)的分閘定時時間分檔設定為：0.2S/0.5S/1.0S/8，電流過零瞬間分閘。測量電流從100A至最大輸出電流范圍，電流值的測量誤差應＜±2%o

（實測結(jié)果：試驗電流在100A-10000A范圍間，測量誤差＜1%）。瞬動月兌扣試驗合閘相位選擇時，波形的對稱性可用微機自動判斷。微機屏幕上顯示的電流波形可放大或縮小，前后移動。波形的橫坐標為時間，縱坐標為電流值。隨波形放大或縮小，坐標的量值自動改變。屏幕上設有三條光標，其中一條用于測量任一點的瞬時電流值，另外兩條用于測量任意區(qū)間的時間，相應的測量數(shù)值在屏幕上顯示。10.測試結(jié)果可列表顯示，其中包括：試驗日期，室溫、試品型號，規(guī)格，編號，次序，測量電流值I,對應動作時間t,I21等。五.結(jié)論本文首先分析了目前國內(nèi)許多單位進行斷路器月兌扣特性的試驗方法與采用測試設備存在的問題。提出了新的設計方案，即采用真空永磁式選相合、分閘開關(guān)及采用微機精密測量方案，實際輸出的電流波形完全為正弦波。由于微機有強大的計算、處理等功能，所以能準確的計算、確定電流最大值、有效值、限流值、動作時間值等。特別對于有限流功能的斷路器，解決了過去無法測量的問題。本設計的測試臺的電流值測試誤差＜±2%。對月兌扣動作特性上的電流值的測量來說，完全足夠。本設計研制的測試臺試驗電流范圍廣，適用于額定電流800A及以下的斷路器進行瞬動月兌扣、過載短延時月兌扣和反時限長延時過載月兌扣特性測試，已提供給ABB新會低壓開關(guān)有限公司使用。TheTestofTrippingCharacteristicsforLowVoltageCircuitBreakersbyMircrocomputerAbstractThetestoftrippingcharacteristicsforlowvoltagecircuitbreakersisalongexistingproblemconceredbythemanufactoriesandthedepartmentsofqualitymoniters.Thepaperanalysestheproblemsandcausesofgeneraltestmethodsanddevices,andproposesanewtestmethod.Thenewdesigneddevicesensurestheoutputcurrentisasinusoid.Byusin