开关电器测量参数论文

1、电器测试与故障诊断技术论文学 院： 电气工程学院 专业班级：电气工程及其自动化1403班学生姓名： 王宁 学 号： 140301308 2017年10月16日目录一绪论41.1引言41.2国内外测量技术现状41.3电器开关分合闸速度测试意义51.4电流互感器工作原理61.5位移传感器工作原理7二设计方案92.1电流测量方案92.2电压测量方案102.3分合闸速度测量方案112.3.1速度参量定义112.3.2测量断路器速度参量的方法112.3.3高压开关综合测试仪12三结论功能16参考文献致谢开关电器参数设计方案摘要：电压、电流、分合闸速度是开关电器的主要技术参数。无论是设计产品的试验，还是开

2、关电器的实际应用，准确的了解开关电器的电压、电流、分合闸速度这些参数，都有助于我们详细地了解开关电器并将之应用到合适的场合，以方便设计者修改相关参数或客户合理地使用开关产品。文章按要求：1.电压测量范围 012kV2.电流测量范围 025kA3.有两套电流互感器，一套用以计量（额定电流630A），一套用以保护（额定电流25KA）设计开关电器的电压、电流、分合闸速度测量方案关键词：开关电器 参数测量 互感器 传感器Design scheme of switch electrical parametersAbstract: the speed of voltage, current and spl

3、it gate is the main technical parameter of the switch.Both design product test and practical application of switch electrical appliances, accurate understanding of switch electrical voltage, current, switching speed of these parameters, helps us to understand in detail the switch electrical applianc

4、es and will be used in some occasions, the right of related parameters for the designer to modify or client reasonably use switch products.The article is required: (1) voltage measurement range 0-12kv(2) current measurement range 0-25ka(3) there are two sets of current transformers, one to be measur

5、ed (rated current 630A), and one to protect (rated current 25KA).The voltage, current, and subclosing speed measurement scheme of the switch electric appliance is designedKey words: switching electrical parameters, measuring the sensor of the transformer一绪论1.1引言测量是人们认识客观事物，并用数量概念描述客观事物，进而达到逐步掌握事物的本质

6、和揭示自然规律的一种手段。其中，电气测量是当代工业发展的一种必不可少的手段。电气测量是对物质世界的信息进行测量与控制的基本手段。它融合了微电子技术、计算机技术、通信技术、网络技术、新元件新材料的现代测量技术等，是现代工业中新技术应用做多、最快的方向之一。电气测量的对象主要反映电和磁特征的物理量，如电流（I）、电压（U）、电功率（P）、磁感应强度（B）等。1.2国内外测量技术现状随着电器产品的不断创新，各种测量技术也随之蓬勃发展。互感器与传感器均得到广泛的应用。互感器最早出现于19世纪末。随着电力工业的发展，互感器的电压等级和准确级别都有很大提高，还发展了很多特种互感器，如电压、电流复合式互感器

7、、直流电流互感器，高准确度的电流比率器和电压比率器，大电流激光式电流互感器，电子线路补偿互感器，超高电压系统中的光电互感器，以及SF6全封闭组合电器（GIS）中的电压、电流互感器。在电力工业中，要发展什么电压等级和规模的电力系统，必须发展相应电压等级和准确度的互感器，以供电力系统测量、保护和控制的需要。除此之外，传感器技术异军突起，在现代检测技术中占据了非常重要的地位。最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的

8、敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器点对点传输。连接传感控制器而构成的传感器网络雏形，可以称之为第一代传感器网络；随着科学技术的不断进步，传感器具有了多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器相连，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，称之为第二代传感器网络；从上世纪末开始，现场总线技术应用于传感器网络，大量多功能传感器被应用，并使用无线连接技术，无线传感器网络逐渐形成。1.3电器开关分合闸速度测试意义断路器的分、合闸速度，分、合闸时间，分、

9、合闸不同期程度，以及分合闸线圈的动作电压，直接影响断路器的关合和开断性能。断路器只有保证适当的分、合闸速度，才能充分发挥其开断电流的能力，以及减小合闸过程中预击穿造成的触头电磨损及避免发生触头烧损、喷油，甚至发生爆炸。而刚合速度的降低，若合闸于短路故障时，由于阻碍触头关合电动力的作用，将引起触头振动或使其处于停滞状态，同样容易引起爆炸，特别是在自动重合闸不成功情况下更是如此。反之，速度过高，将使运动机构受到过度的机械应力，造成个别部件损坏或使用寿命缩短。同时，由于强烈的机械冲击和振动，还将使触头弹跳时间加长。真空和SF6断路器的情况相似。断路器分、合闸严重不同期，将造成线路或变压器的非全相接入

10、或切断，从而可能出现危害绝缘的过电压。断路器机械特性的某些方面是用触头动作时间和运动速度作为特征参数来表示的，在机械特性试验中一般最主要的是刚分速度、刚合速度、最大分闸速度、分闸时间、合闸时间、合分时间、分合时间以及分、合闸同期性等。分闸时间：是指从断路器分闸操作起始瞬间（接到分闸指令瞬间）起到所有极的触头分离瞬间为止的时间间隔。应具有很短的合闸时间，减少合闸时的电弧的能量，防止电弧使触头熔焊。合闸时间：是指处于分位置的断路器，从合闸回路通电起到所有极触头都接触瞬间为止的时间间隔。分闸时间必须在规定的时间范围内。分闸时间太短，则系统短路时直流分量过大，可能会引起分闸困难；分闸时间太长，则影响系

11、统的稳定性。分合时间：是断路器在自动重合闸时，从所有极触头分离瞬间起至首先接触极接触瞬间为止的时间间隔。合分时间：是断路器在不成功重合闸的合分过程中或单独合分操作时，从首先接触极的触头接触瞬间起到随后的分操作时所有极触头均分离瞬间为止的时间间隔。分闸与合闸操作同期性：是指断路器在分闸和合闸操作时，三相分断和接触瞬间的时间差，以及同相各灭弧单元触头分断和接触瞬间的时间差，前者称为相间同期性，后者称为同相各断口间同期性。1.4电流互感器工作原理电流互感器 是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次侧绕组匝数很少，串在需要测

12、量的电流的线路中。因此它经常有线路的全部电流流过，二次侧绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的二次侧回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。电流互感器是把一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量 ，二次侧不可开路。在发电、变电、输电、配电和用电的线路中电流大小悬殊，从几安到几万安都有。为便于测量、保护和控制需要转换为比较统一的电流，另外线路上的电压一般都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到电流变换和电气隔离作用  。对于指针式的电流表，电流互感器的二次电流大多数是安培级的（如5A等）。对于

13、数字化仪表，采样的信号一般为毫安级（0-5V、4-20mA等）。微型电流互感器二次电流为毫安级，主要起大互感器与采样之间的桥梁作用。微型电流互感器也有人称之为“仪用电流互感器”。（“仪用电流互感器”有一层含义是在实验室使用的多电流比精密电流互感器，一般用于扩大仪表量程。）电流互感器与变压器类似也是根据电磁感应原理工作，变压器变换的是电压而电流互感器变换的是电流罢了。电流互感器接被测电流的绕组（匝数为N1），称为一次绕组（或原边绕组、初级绕组）；接测量仪表的绕组（匝数为N2）称为二次绕组（或副边绕组、次级绕组）。电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比，叫实际电流比K。电流互感器在额定电

14、流下工作时的电流比叫电流互感器额定电流比，用Kn表示。Kn=I1n/I2n电流互感器（Current transformer 简称CT）的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。如变比为400/5的电流互感器，可以把实际为400A的电流转变为5A的电流。图1电流互感器原理结构图和接线图1.5位移传感器工作原理传感器由敏感元件和转换元件组成。敏感元件：指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。 转换元件：指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 信号调理与转换电路：对信号进行放大、运算调制等，此外信号调理转换

15、电路以及传感器的工作必须有辅助电源图2传感器组成框图位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。位器式位移传感器，它通过电位器元件将机械位移转换成与

16、之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。电位器式

17、传感器的另一个主要缺点是易磨损。它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。磁致伸缩位移传感器通过非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值的；该传感器的高精度和高可靠性已被广泛应用于成千上万的实际案例中。由于作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触，因此传感器可应用在极恶劣的工业环境中，不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响，IP防护等级在IP67以上。此外，传感器采用了高科技材料和先进的电子处理技术，因而它能应用在高温、高压和高振荡的环境中。传感器输出信号为绝对位移值，即使电源中断、重接，数据也不会丢失，更无须重新归零。由于敏感元件是非接触的，

18、就算不断重复检测，也不会对传感器造成任何磨损，可以大大地提高检测的可靠性和使用寿命。磁致伸缩位移传感器，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子室所检测到。由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电

19、子室之间的距离成正比，通过测量时间，就可以高度精确地确定这个距离。由于输出信号是一个真正的绝对值,而不是比例的或放大处理的信号,所以不存在信号漂移或变值的情况,更无需定期重标。磁致伸缩位移传感器是根据磁致伸缩原理制造的高精度、长行程绝对位置测量的位移传感器。它采用非接触的测量方式，由于测量用的活动磁环和传感器自身并无直接接触，不至于被摩擦、磨损，因而其使用寿命长、环境适应能力强，可靠性高，安全性好，便于系统自动化工作，即使在恶劣的工业环境下，也能正常工作。此外，它还能承受高温、高压和强振动，现已被广泛应用于机械位移的测量、控制中。二设计方案2.1电流测量方案电流测量方案如下图所示，采用三段式过

20、电流保护为基础，对开关电器进行电流测量。图3 电流测量图TA-电流互感器 KA1、KA3、KA5-电流继电器 KT2、KT4、KT6-时间继电器 KS7、KS8、KS9-信号继电器 QF-隔离开关 YT-跳闸线圈原理如下：当位于母线上的开关电器关合后，通过母线上的电流互感器，将电流经大电流变成小电流，有二次绕组上所接的电流测量设备对其进行该电流测量，而后通过匝数比将电流进行换算，得到互感器一次侧电流，即为开关电器所通过的电流。而电路的右半部分，是对该电路进行保护，采用的是三段式过电流保护原理。将电流继电器设定为某个值，当电路中电流大于该电流值时，继电器线圈得电，接通时间继电器，经过一定的时间间

21、隔，接通信号继电器，信号继电器将过流信号发送给跳闸线圈，跳闸线圈得电，关断电路的断路器和隔离开关，以此达到保护的目的。2.2电压测量方案电压测量方案电路图如下图所示。 图4 开关电器电压测量方案图QS-隔离开关 QF1、QF2-保护断路器 QF3-合闸断路器 L-限流电抗器QF-试品 R0、C0-调频电阻、电容 TV1-断路短路试验变压器 TV2-电流互感器空载电压用电压互感器TV2按分压比降压后由电表测得。恢复电压和电弧电压可由分压器CRV1和CRV2按分压比降压后，再由示波器或其他设备测得其电压和波形。电压互感器的接线图采用Y0/Y0/开口三角形接线，如下图所示，接成Y0形的二次绕组供电给

22、仪表等设备，辅助二次绕组接成开口三角形，供给绝缘监察电压继电器。三相系统正常运行时，三相电压平衡，开口三角形两端电压为0。图5电压互感器接线图2.3分合闸速度测量2.3.1速度参量定义1触头刚分速度：指开关分闸过程中，动触头与静触头分离瞬间的运动速度。技术条件无规定时，国家标准推荐取刚分后0.01s内平均速度作为刚分点的瞬时速度，并以名义超程的计算点作为刚分计算点。2触头刚合速度：指开关在合闸过程中，动触头与静触头接触瞬间的运动速度。技术条件无规定时，国家标准一般推荐取刚合前0.01s内平均速度作为刚合点的瞬时速度，并以名义超程的计算点作为刚合计算点。3最大分闸速度：指开关分闸过程中区段平均速

23、度的最大值，但区段长短应按技术条件规定，如无规定，按0.01s计算。2.3.2测量断路器速度参量的方法断路器的速度参量以其分、合闸速度来表示。由于断路器在运动过程中每一时刻的速度是不同的，一般所关心的是刚分、刚合速度和最大速度。根据以上定义要求，下面介绍几种测量断路器运动特性的方法。1电磁振荡器测速法电磁振荡器测速原理如图6所示。图6 电磁振荡器测速原理示意图1运动纸板；2振动笔；3衔铁；4振动簧片；5线圈；A刚分、刚合点运动纸板通过测速杆与动触头连接。当振荡电磁铁线圈中通入50Hz交流电时，振动笔以100次s的频率振动，在运动的纸板上绘出周期为0.01s的振荡波形。纸板上波形长度就是触头总行

24、程，行程间对应的周波数，就是触头总运动时间。在触头运动过程中，由于每相邻波峰间时间间隔为0.01s，振动曲线最大波峰间的厘米数就是触头的最大速度值vmax。刚分(合)点位置的确定如图7所示。图7振荡器测速波形图（a）分闸速度曲线；（b）合闸速度曲线在振荡波形图上，首先要分清楚分(合)闸曲线的两个端头中哪一端是分闸位置S1，哪一端是合闸位置S2，然后以合闸位置S2为起始点，向分闸方向量取一段等于断路器超行程值的长度S0，以这一线段终点位置为动静触头刚分(合)时刻。按国家标准规定，取触头分离后(接触前)10ms内的速度为刚分(合)速度，所以视超行程终点落在曲线的什么相位，再取同相位的一个波长，即为

25、所求刚分速度vF或刚合速度vH。2转鼓式、电位器式测速仪转鼓式测速仪是以连接在动触头系统上的记录笔，沿以恒定角速度转动的转筒上所画的曲线来反映其运动情况的。而电位器式测速仪则是以其滑动触点在电阻杆上的不同位置所反映的电压值来测量断路器的动作状况。这两种测量方法能直观判断断路器触头在整个运动过程中有无卡涩和缓冲不良等异常现象，能够粗略测出断路器的固有分、合闸时间，速度测量精度较高。这两种方法较为简单，缺点是较为笨重，功能单一，已很少使用。2.3.3高压开关综合测试仪随着计算机技术的广泛应用，出现了高压开关综合测试仪。它能够在测试过程中，将开关的时间、速度等多项特性参数同时进行测量，提高了工作效率

26、，这是开关测试的方向。1光电测速原理由于光电测速方式结构简单、可靠，大多数开关测试仪都采用光电传感器进行开关的测速。光电测试是利用对检测到的光信号进行计数(或计时)来实现对触头行程和速度的测量的。图8中示出了光电测速结构示意图。图8 光电测速结构示意图1传感头；2光栅尺；3测速杆；4动触头；5发光管；6光敏接收管；7整形电路图3中，开有光孔的光栅尺通过测速杆与开关动触头连接。动触头运动时，带动光栅尺上下运动。发光管5发出的光线可通过光栅尺上的光孔照射到光敏接收管6上，或被光栅尺不透光部分遮挡。被检测到的光信号，经整形电路7转换成相应的方波信号，送入测试仪进行计算处理。下面，以国产的某开关测试仪

27、为例，来说明这类仪器的使用。该仪器除能给出测试数据外，还能给出详细的波形图，并将开关行程曲线和断口波形绘制在同一张图上，从而可较直观地了解各量的情况和彼此间的相互关系，帮助分析开关的状态和工作情况，及时发现可能存在的某些缺陷和隐患。2、连接和接线图9示出了利用该类仪器对少油断路器进行测试的接线图。图10示出了油断路器测速传感器的安装示意图，其测速传感器通过管状支架固定在开关的上部。光栅尺穿过传感器，井通过测速杆与开关的动触头连接。测速信号电缆通过插头接于仪器背面的插孔中。图9少油断路器测试接线示意图FQ分闸线圈；HQ合闸线圈图10 少油断路器测速传感器安装示意图1传感头；2光尺；3光尺接头；4

28、管状支架；5测速杆；6动触头；7绝缘板；8夹具接线完成后，仪器即进入准备状态，断路器一旦操作，仪器自动判断该次操作是分、合、合分或分合操作，并对有关参数进行测试。技显示或打印按钮，即可进行数据显示或打印输出。3真空断路器的测试真空断路器的时间特性的测试方法与其他断路器相同。对于真空断路器，应注意其合闸弹跳时间不大于2ms。合闸弹跳时间过长，将加剧触头的烧损，甚至导致动静触头间的熔焊。真空断路器的速度是按一定行程的平均值进行测试，通常采用一特制的辅助触点安装在真空断路器的动触头端，利用其与真空断路器的动触头的接触或分离来作为计时的起点或终点。图11 (a)示出了用该类断路器测试仪对真空断路器机械

29、特性进行测试的原理接线图。图中的箭头表示测速的辅助触点。图11 (b)则为用于安装辅助触点的夹具的结构示意图。夹具1用于将其固定在断路器动触头端附近合适的位置，当需要测合闸特性的时候，应让辅助触点刚好与断路器动触头侧的动触头接触。这样测得的合闸平均速度即为该断路器全部合闸行程的平均速度。当需要测分闸特性的时候，断路器处于合闸位置则应使辅助触点放在离动触头运动方向上6mm处。这样测得的分闸平均速度，即为刚分6mm内的平均速度。图11 真空断路器测试示意图（a）真空断路器测试接线示意图；（b）真空断路器测试示意图FQ分闸线圈；HQ合闸线圈1夹具；2绝缘薄板；3辅助触头；4断路器动触头4SF6断路器的测试由于SF6断路器灭弧室不能打开，不能直接对动触头进行测试，通常是对SF6断路器机构的可动部分进行测速。当对SF6断路器测速时，可根据断路器的具体结构，将传感头固定在适当位置，并将光栅尺通过某种方式与断路器的运动部分连接，即可实现测速，其测速结果应满足该断路器的技术条件的要求。三结论功能综上，成功按照要求设计了测量开关电器的电压，电流，分合闸速度的方案。在本文所设计中，采用光电测速法测量断路器的速度特性时采用光电传感器，与断路器之间没有直