低压断路器过载保护可靠性试验装置试验电流调节方法

低压断路器过载保护可靠性试验装置试验电流调节方法

低压力损失的可靠性试验和试验电流的产生和稳定是确保其可靠性结果正确的关键。提出一种新的试验电流调节方法,该方法利用试品回路预调电流,利用平衡电阻回路完成对试品旁路,实现单台试品试验或多台试品同时试验;以调压率和调流率作为控制参数进行电流调节,并根据电动调压器输出电压大小划分稳流准确度等级,有效地减少了调流时间,提高了稳流准确度;同时对互感器二次侧开路进行判断,增强了装置工作的安全性。应用该方法研制的试验装置的试验电流调节范围0~750A,稳流准确度达±0.5%,调流时间控制在10s以内,可对225A及以下断路器进行过载保护可靠性试验。低压断路器作为低压配电回路、电动机等设备的电源控制及保护开关,负责接通、承载以及分断正常条件或非正常条件(如短路)下的电流。随着用电系统的日益复杂,对低压断路器的性能和功能要求不断提高,则对其可靠性也提出更高的要求。过载保护是低压断路器等保护类电器的重要功能,为了考核与评价断路器的可靠性,要对其的过载保护特性进行考核［1，2］。可靠性试验是检测产品能否在规定条件下、规定时间内,完成规定功能的手段,而在过载保护可靠性试验中,过载保护可靠性试验装置试验电流的产生及稳定是保障考核结果准确的关键。参考文献中设计的可靠性试验装置试验电流由大电流变压器产生,利用工控机或者CPU控制电动调压器实现电流的调节和稳定,但试验装置的调流准确度低,且会出现电动调压器电刷一直左右摇摆的尴尬局面,导致调流失败［3-5］。文章在分析了原有试验装置优缺点的基础上,采用新的调流方法,分三步即电流预调、调压及调流对试验电流进行调节。该方法将试品回路和平衡电阻回路相结合,实现单台试品试验或多台试品同时试验;以调压速率和调流速率作为控制参数,并根据电动调压器输出电压大小划分稳流准确度等级,有效地解决了调流时间与调流准确度的矛盾,提高了试验装置工作的稳定性。试验电流产生电路低压断路器过载保护可靠性的试验电流由大电流变压器产生,通过工业控制用计算机控制电动调压器输出电压的大小实现电流的调节和稳定,试验电流产生电路框图如图1所示。利用25/5、75/5、250/5和750/5四组不同比例的电流互感器将试验回路电流转换为0~5A的小电流信号,再通过信号调理电路、研华数据采集卡将信号送入工控机,工控机将测量值换算为实际电流值与设定值进行比较,并控制电动调压器输出电压的升或降,对试验电流进行调节。1.试验结果的描述为了使试验装置可进行单台试品试验,也可同时对多台试品进行试验,试验装置设计了平衡电阻回路,成功地解决了试品不在相同时刻动作引起的试验电流中断和变化等因素产生的试验误差。试验中,所有试品各个极串行连接,当某个试品发生故障需要剔除时,利用工控机控制交流接触器KM1~KM4的吸合,完成对试品的旁路。其中KM1~KM4所在的回路为平衡电阻回路,用于试品切除或没有试品时增加回路电阻,回路电阻值与试品的内阻相近,便于电流控制和稳定。根据不同规格试品的试验电流不同,将平衡电阻回路分为四组,如图1所示的电阻R1~R4。平衡回路电阻值及所承受的电流范围如表1所示。2.预调50%额定电流测量电动调压器输入电压为AC220V,输出电压为5.5~250V,试验装置根据试品的额定电流和试验电流自动选择平衡电阻回路,使电动调压器工作在高压区,以提高电流调节的相对准确度。平衡电阻回路选择流程如下。1)分断所有试品,按照表1规定范围根据试品额定电流自动闭合平衡电阻回路。2)在所选平衡电阻回路预调50%额定电流,电流调节成功后测量当前电动调压器输出电压。3)根据试验设定电流与额定电流之比判定产生50%额定电流时,调压器输出电压是否超过规定电压上限,若超过则平衡回路选择电阻过大,减小平衡回路电阻;若小于等于则保持原平衡回路不变。其中,当电流比大于1.25,电压上限取60V,电流比小于等于1.25,电压上限取80V。4)再次判断平衡电阻回路,若试验电流小于额定电流的1.5倍,则保持原平衡回路选择不变。若大于则根据以下规则继续上调平衡回路:试验电流大于250×1.1,选择平衡回路四;试验电流大于100×1.1,选择平衡三;试验电流大于50×1.1,选择平衡回路二。上述平衡回路选择保证产生试验电流的调压器输出电压落在60~200V。表2为实际测量的试验电流对应的电动调压器输出电压值。试验电流在同一平衡回路调节时,调压器输出电压成比例,如表2中30A和50A同在平衡回路一进行调节,调压器输出电压成比例,150A和200A同在平衡回路三进行调节,调压器输出电压成比例。试验电流调节方法1.确定正常调流速率通过实际测量,7s电动调压器输出电压由5.5V上升到250V,而在实际设计过程中,按照调压速率0.03V/ms来计算升压或降压的最长时间,电流调节流程图如图2所示。针对图2电流调节过程,关键点如下。1)判断调流成功的标志。考虑到互感器在其整个量程内的线性度和调压器输出电压的大小,将稳流准确度进行分段处理。其中当试验电流小于对应互感器档位满量程的20%时,电流的绝对误差小于20%满量程的2%,调流成功;当试验电流大于等于满量程的20%时,如表3所示,根据表3规定的稳流准确度上下限进行判定,在稳流准确度范围内,调流成功。上述的稳流准确度分段处理,减小了调流时间,提高了试验电流的稳定性。2)计算预调电压值U2为式中,I1为当前电流值;I2为试验电流值;U1为当前电压值。根据式(1)得到U2,并以VV=0.03V/ms的调压速率,按计算最长电压调节时间。3)计算调流速率。如果是第一次进行电流调节,则需计算实际调流速率,在计算过程中让调压器升压或降压200ms(考虑到调压器惯性,将用于计算的时间修正为300ms)。读取调压前后电流值I3和I4,根据(I4-I3)/300的绝对值计算实际调流速率VC。而因在实际调流过程中电流差会出现极小值,导致调流速率作为分母计算调流时间时出现变量溢出,所以以30s上升到互感器档位满量程的最低速率作为调流速率的下限,如在750/5档位,调流速率下限为750A/30000ms=0.025A/ms。如果不是第一次调流,则根据上次调流结果超调与否修正调流速率,增大或减小当前调流速率。4)对调流时间进行修正,调流时间的上限为T1、实际计算调流时间T2和当前调压器输出电压值升到最高或降到最低限的时间T3三者中的最小值。下限为T1×2/5、T2和调压器的最小动作时间25ms三者中的最大值。5)电流调节过程最高限循环99次,用于防止电流调节失败,程序进入死循环。如果99次后电流仍没有达到规定准确度范围,则认为电流调节失败,退出电流调节程序并提示用户。2.电流预调和调整试验电流整个调节过程采用试验电流预调、调节电压及调节电流的先后顺序。试验电流预调值等于试验电流乘以调流倍数,其中初始调流倍数st计算如下,SCurrent为试验电流,ECurrent为额定电流。如果调流失败,st则以0.05累加,直到预调电流值达到额定电流的80%,如果依旧调流失败,则切换到平衡回路进行电流预调,此预调电流值最大不超过平衡回路所能承受的最大电流值的1.1倍。电流预调成功后,测量当前电流值I1和当前电压值U1,根据式(1)计算预调电压值U2。将试验主回路断开,直接将调压器输出电压升至U2,防止电流在触头产生的热积累对试验结果造成影响。电压调节成功后,闭合试验主回路,根据试验电流值稳定电流。在整个试验过程中,装置实时自动调节试验电流,保证电流偏差在规定范围之内。供电技术1.油路故障判断在试验电流调节过程中,工控机通过采集电流互感器二次电流,经换算后与试验电流值进行比较,根据比较结果控制调压器升压或降压。为了防止调流过程中,互感器二次侧开路,导致试验主回路电流一直增大,产生严重后果,软件设计中加入判断试验主回路和互感器二次回路开路程序。依据电压、电流比例原则,并考虑在低电压小电流时不会产生危险,且容易产生误判,则在调压器输出电压大于70V时开始进行开路故障判断。开路故障判断原则是当前电压值大于所处档位电压上限而当前电流值小于所处档位电流下限值时,认为主回路或互感器二次回路开路,程序自动切断主回路并提示用户对装置进行检修。其中,电压上限与电流下限如表4所示。另外,试验装置的软件中增加了线性校正菜单,如果装置计量的电流值不在规定的测量准确度范围内,可通过软件,将测量值校正到规定准确度范围。根据不同档位的互感器,将校正表分为四档25/5、75/5、250/5及750/5,每档分为5段,对应互感器二次侧的0A、1A、2A、3A、4A和5A。2.试验工作和测试系统为了使上述算法更好的被应用,提高调压准确度和调流准确度,对试验装置的硬件进行如下改进。1)调压器电动机的供电电压为±12V,通过在供电电压端加滤波电解电容和在供电回路串0.5W分压电阻,使加在电动机上的电压在±10~±12V之间,保证电动机可对调压器输出电压实现微调。2)试验装置所用电流互感器容量在3.75~5V·A之间,电流互感器二次侧采用4mm2的导线连接,使电流互感器二次侧回路电阻在0.5Ω以内,保证互感器工作在线性范围内。3)增加同步脉冲电路,对试验电流和电压进行同步采集。通过对试验装置的软硬件设计,经相关单位进行计量,计量结果如表5所示