低压断路器脱扣特性的微机测试

低压断路器脱扣特性的微机测试陕西宝光真空开关有限公司。。。。。ABB新会低压开关有限公司技术顾问、重庆电器科学研究所技术顾问、西安交通大学电机与电器控制系退休教授 方鸿发摘要低压断路器脱扣特性测试是长期存在于生产厂家与质检部门所关心的问题。本文分析了一般测试方法与设备存在的问题与原因，提出了新的测试方案。研制的测试设备保证输出电流为正弦波，采用微机测试方案，测试结果精确，特别对有限流作用的断路器，所测试数据是非常可信与正确的。本设计的测试设备已提供生产户家使用。低压断路器的月兑扣特性是指其电流/时间（I/t）特性、允通能量（I2t/Is）特性和对限流断路器的限流特性（Ip/Is）,其中Is是指预期短路对称电流，Ip是指短路时开关的限流电流。这些特性标致断路器的基本性能，它们是通过试验得到的。生产厂家要通过试验测试，保证每台产品的特性均需在规定的范围内。用户则根据其特性对保护线路及前后级的电器、线路中的其他元件进行合理地选择。一.断路器月兑扣特性的基本要求目前有两种类性的月兑扣器：一种是采用热双金属和电磁月兑扣器组成的过载反延时和短路瞬动月兑扣器；另一种是带微处理器月兑扣器。0 1 10 XIn图1图1为带热过载月兑扣和电磁瞬动月兑扣器的特性。热过载为反时限特性，标准对其月兑扣准确度的要求为±10%，对瞬动或对短延时动作的特性准确度的要求为±20%。ABB公司的SACE-S系列断路器根据其电流/时间（I/t）特性做出的I21特性（图2）,为用户选择配用的电缆截面提供了方便。

图2图3为带微处理器月兑扣器断路器的月兑扣特性。这种月兑扣器不受环境温度的影响，它的I2t特性按常值设计，其I2t特性段是平的，参见图4。图3图4二.常用的两种特性测试方法对于过载长延时的试验比较简单，因过载倍数一般不大，所以可采用电流互感器测量其电流，用计时器测量其动作时间。而对于瞬动月兑扣及短延时月兑扣，因电流大、通电时间短，过去常采用图5方法。图中用T1自耦调压器做为试验电源，，用T2低压大电流变压器提供试验电流。试品S接入低压大电流回路，用电流互感器CT及电流表A测量试验电流。先将试品S合闸，将T1迅速升压，试验回路电流很快增大，当被试开关S瞬态跳扣时，读下电流表的读数最大值，则认为这最大读数即为瞬动跳扣电流值。图5由于瞬动跳扣时间一般只在0.02-0.06S之间，所以这种方法所测得的动作值误差很大。瞬动跳扣是反应线路短路时的动作保护，而短路瞬间的电流值变化又与其短路瞬间的相位有关，保护特性上所示的电流值是指它的稳态分量有效电流值。所以第二种方案是采用选相合闸的方法，选择电流过零点相位合闸，以去除非周期分量对测试的影响。图6图6是采用晶闸管做为选相合闸器件，它接在电流变压器的一次侧。采用电流互感器测量电流，采用峰值电流表测出测试过程中的最大峰值电流。如果电流波的变化完全是正弦变化，那么，按正弦波形变化的关系，有效值Ieff=Imax/<2的关系求出试验电流值。通电时间一般采用电子计时器记录测量。目前大多数单位都是按此原理方案设计的。但十分遗憾的是，绝大多数使用的这类方案的测试台，其输出电流波形没有一台能满足所覆盖的输出电流均为正弦波，例举波形如图7所示。其主要原因是：晶闸管为非线性元件，由于非线性元件的介入所致。

本设计特性测试台采用的技术方案本设计特性测试台采用的技术方案本设计采用真空永磁式选相合闸、分闸开关ZK及微机测量、处理方案。采用多磁路变压器TD供电，以消除调压器带来的非线性影响；将选相开关置于变压器的低压测，以削弱接入变压器时过渡过程的影响；采用低感分流器FL接入微机测量电流，以消除电流互感器隔直的问题，参见图8。TDL'zkselectphasecontroler Iiselectphasecontroler 口图8图9为本设计的测试台在输出电流约为5280A时的选相合闸及选相分闸时所记录的电流波形；图10为输出电流约为6500A时所记录的电流波形。可以看出它们完全是正弦波形，其它不同大小电流输出波形均相同。□PB一-dEcr图10图11为一瞬动月兑扣测试所得的电流波形。第一个半波的电流波形为完整的正弦波，第二个半波电流上升到一定值后被切断。可按第一个半波所测出的峰值电流Imax_1除以、仅求出瞬动月兑扣电流有效值1eff_1: Ieff-1=Imax-1】、2=7000/v2=5091.9A图12也是一瞬动月兑扣试验所得的电流波形。可以看出通电后电流向负值增长，当电流上升到一定值后突然下降，而后又上升，第二个半波电流为正弦形，至第三个半波的一定时间被开断。全部通电时间为25.8ms。第一个半波时由于触头被斥开引起电弧，电流被限幅。电流从零至被限幅的这一段，电流是按正弦规律上升。即i=yf2Ieff-1Sin3t这段时间为3ms,对应电角度为55.8°,限幅电流瞬时值（IQ为10000A,则Ieff-1=i/牌Sin3t=10000/^0Sin55.8°=8551.55A

■SB一-■SB一-dE<第二个半波为正弦波，其峰值Imax_2=12000A,则第二个半波的有效电流值Ieff-2为Ieff-2=12000/42=8486.16A第一半波与第二半波所测量的电流有效值相对误差为8551.558486.168551.558551.558486.168551.55x100%=0.76%所得误差很小。因此无论采用何种测量方法，都是准确的。因此对于出现图13的瞬动月兑扣波形时，就可以按出现的一段正弦波推算出试验电流的预期有效电流值（I、）。(Dprq=drJUcr(Dprq=drJUcr图13对于长、短延时试验时电流值的确定比较简单，因为本设计测试台的电流波是完全的正弦波，所以可以按峰值电流与有效值是（2的关系求解，即测出电流峰值Imax后，试验电流的有效值1effIeff=Imax'v2或按方均根值求解，半波电流的有效值Ieff—h郁 为Ieff—half=vA其中A=2W2(i2A)T0总的电流平均有效值Ieff—totel为1eff—totel其中 B=—以(i2Ar)nT0相应的I2t值I21=i2.t+i2At+i2At+••••+i2At1△1 2 2 3 3 nn四.本设计测试台主要技术参数本设计是为630A及以下的低压断路器月兑扣特性测试用。按12倍额定电流瞬动试验要求，最大输出电流应不小于12In=630X12=7560A。本设计的测试台实际最大输出电流大于8500A。（若将试品接入端用母线短接，测量出的峰值电流为13000A，最大试验预期电流为9193.77A,参见图14）2.设计要求的输出电流波形从0到最大试验电流均为正弦波，波形失真度w士5%。选相开关的选相分辩率：工频半个周期180°内取100分度，即1.8°。合闸时间的偏差不应大于士200rS.选相开关的分闸定时时间分档设定为：0.2S/0.5S/1.0S/8，电流过零瞬间分闸。测量电流从100A至最大输出电流范围，电流值的测量误差应＜±2%o

（实测结果：试验电流在100A-10000A范围间，测量误差＜1%）。瞬动月兑扣试验合闸相位选择时，波形的对称性可用微机自动判断。微机屏幕上显示的电流波形可放大或缩小，前后移动。波形的横坐标为时间，纵坐标为电流值。随波形放大或缩小，坐标的量值自动改变。屏幕上设有三条光标，其中一条用于测量任一点的瞬时电流值，另外两条用于测量任意区间的时间，相应的测量数值在屏幕上显示。10.测试结果可列表显示，其中包括：试验日期，室温、试品型号，规格，编号，次序，测量电流值I,对应动作时间t,I21等。五.结论本文首先分析了目前国内许多单位进行断路器月兑扣特性的试验方法与采用测试设备存在的问题。提出了新的设计方案，即采用真空永磁式选相合、分闸开关及采用微机精密测量方案，实际输出的电流波形完全为正弦波。由于微机有强大的计算、处理等功能，所以能准确的计算、确定电流最大值、有效值、限流值、动作时间值等。特别对于有限流功能的断路器，解决了过去无法测量的问题。本设计的测试台的电流值测试误差＜±2%。对月兑扣动作特性上的电流值的测量来说，完全足够。本设计研制的测试台试验电流范围广，适用于额定电流800A及以下的断路器进行瞬动月兑扣、过载短延时月兑扣和反时限长延时过载月兑扣特性测试，已提供给ABB新会低压开关有限公司使用。TheTestofTrippingCharacteristicsforLowVoltageCircuitBreakersbyMircrocomputerAbstractThetestoftrippingcharacteristicsforlowvoltagecircuitbreakersisalongexistingproblemconceredbythemanufactoriesandthedepartmentsofqualitymoniters.Thepaperanalysestheproblemsandcausesofgeneraltestmethodsanddevices,andproposesanewtestmethod.Thenewdesigneddevicesensurestheoutputcurrentisasinusoid.Byusin