三相数字显示断路器的研制

李忠文 童 棣 郭新平 姜晶荣 袁 超

(江西洪都计量测试所，南昌 330024)



三相数字显示断路器的研制

李忠文 童 棣 郭新平 姜晶荣 袁 超

(江西洪都计量测试所，南昌 330024)

本文介绍了一种三相数字显示断路器，该多功能三相数字显示断路器为解决现常用DZ型三相空气断路器功能单一，在用电安全防护时存在的可靠性、准确性及防护功能的不足而设计。

三电流组合表；过流保护；缺相保护；三相数字显示断路器

0 引言

现供电线路中使用的三相空气断路器如DZ型等，在使用过程中只能起到控制三相电源通、断及用电负载过流时的保护作用，保护功能单一，而且因其构造为机械式，使用一段时间后内部铁质构件易发生生锈卡滞或紧固件松动，影响用电负载过流保护的准确性，严重时因断电保护功能的失效、造成供电线路受损；有诱发电气火灾风险。

我们采用三电流组合表等实时测量、比对与自动控制的方法，设计制作了一种三相数字显示断路器，增加了三相耗电电流实时数显、过压保护、缺相保护和报警指示等功能，经几年使用证明:该三相数字显示断路器三相电流示值误差与设定点误差便于工作现场的周期测试，且显示与控制精度能达到1.0级以上。取得了用电安全防护功能更全面、更可靠，进一步提高用电安全的目的。

1 工作原理

1.1 组成

三相数字显示断路器由电流指示控制电路和过压保护电路组成,如图1和图2所示；它包括电流互感器1、交流接触器2、用电负载3、SB1旋钮开关4、可编程三电流组合表5、SB2启动按钮6、电源变压器7。

图1 电流指示控制电路

图2 过压保护电路

1.2 电流指示控制电路

如图1所示，电流互感器LA、LB、LC感应供电线路中三相交流电流，并按照600A/5A的比例输入到三数显电流组合表中进行每相电流的实时测量与显示；同时与组合表中各相电流设定值进行实时比较。当用电线路中电流值大于设定值下限又小于设定值上限时，三电流组合表K4、K5控制输出端闭合，三相供电电源正常输出。反之，输出三相交流电源中有单相或以上相电流值超出三电流组合表设定值上、下限范围时，三电流组合表控制输出端K4、K5及时断路，继电器K控制端失电,其控制触点KA断路，导致接触器KM控制线圈失电，接触器主触头KM断开用电负载电源，KM辅助触头断开变压器T电源自锁；同时用相对应报警指示灯告知断电原因，起到过流保护作用。

1.3 过压保护电路

如图2所示，当输入A相电源电压低于220×1.1=242V时，过压保护器中的E点电位高于F点电位，运算放大器LM741第6脚输出高电平，三极管BG1饱和导通，继电器控制触点KA闭合，接触器KM主触头吸合，用电负载可得电。反之，当A相电压高于242V时，过压保护器中的E点电位低于F点电位，运算放大器LM741的第6脚输出低电平，三极管BG1截止，继电器控制触点KA断路，接触器KM控制线圈失电，迅速切断用电负载电源，起到过压保护作用。

1.4 可实现的功能

1.4.1 缺相保护功能

如图2所示，当A相电压为0V时，过压保护电路中继电器K控制线圈失电，控制触点KA切断接触器KM控制线圈电源，接触器触头断路，切断对负载的供电。同样当缺B或C相电源时，接触器KM控制线圈失电，用电负载断电。对必须要三相电源同时供电工作的用电器具或设备，例如含有三相异步电动机的负载起到缺相保护作用。

1.4.2 用相应报警指示灯指示断电原因

因三电流组合表具有各相电流上、下限报警指示功能，过压保护器上有相应的过压保护指示灯，在工作过程中，如三相数字显示断路器切断电源输出，均能点亮相对应的报警指示灯，告知是某相电源出现何种故障(如过流，欠流，过电压)，便于维修人员查找和排除用电系统故障。

1.4.3 方便操作

旋钮开关SB1和启动按钮开关SB2控制三电流组合表和过压保护器的电源，继电器控制触点KA控制着接触器KM控制线圈电源的通断。所以，旋钮开关SB1和启动按钮开关SB2可起到远距离控制用电负载电源的接通与断开作用。

2 测试结果

参照JJG 35—1996交流数字电流表检定规程，用XF型交流多功能校准仪对三相数字显示断路器使用范围内的示值误差及设定点误差现场周期测试，检测结果如表1(指示部分)和表2(控制部分)所示。通过表1和表2中的检测结果可知，三相数字显示断路器指示基本误差和设定点误差均能满足1.0级准确度要求。

表1 三相数字显示断路器电流示值误差 (单位：A)

表2 三相数字显示断路器电流、电压设定点误差

3 使用范例

使用三相数字显示断路器给一座输入功率75kW大型工业电阻炉(三角形接法)做用电安全保护(如图3所示)，因为：

P=1.732×I线×U线

则

I线=P/(1.732×U线)

=75/(1.732×380)=114A

图3 三相数显断路器使用时示意图

考虑到用电负载的离散性，使用时将三相数字显示断路器电流输出值上限IH1、IH2IH3分别设置在140A，电流输出值下限IL1、IL2、IL3均设为0A；同时考虑到大型工业电阻炉周围存在着较强的干扰信号，将三电流组合表数字滤波Filt参数设置在3～5之间；三块固态继电器SSR1～SSR3的额定电流为200A，通过开关SB1和SB2控制工业电阻炉电源的通、断。在正常工作时，三相数字显示断路器上能分别显示三相负载的耗电电流值(便于实时了解电炉工作是否处于正常状态)，工作中如遇易损件例如：B相加热器高温时出现对地漏电或局部短路故障。三电流组合表上B相显示电流值超过设定值140A，三相数字显示断路器迅速切断工业电阻炉电源并自锁保护；同时点亮B相上限报警指示灯。因为固态继电器的额定电流200A大于三相数显断路器的设定电流140A，所以，可避免固态继电器因负载漏电故障造成损坏。

同理当A相相电压超过242V时，三相数字显示断路器中的过压保护器动作，切断三相交流电源输出，达到避免固态继电器和用电负载等因输入电压过高而损坏的目的。

4 结论

三相数字显示断路器可实时数字化显示三相电源中每相负载的耗电电流(精度1.0%FS)；便于操作人员查看供电线路中电流值，并可根据用电负载耗电电流的限值，在交流1.2～600A范围内，通过“三相数字显示断路器”分别设定每相工作电流输出限值(各相间的限制值可设置为不相同)，工作时线路中有单相或以上相电流值超过所设定电流限值时，按用户使用要求不同持续0.1～30.0s(调节三电流组合表中dt参数设置控制动作的灵敏度)断开三相交流供电电源输出；对用电负载及供电线路进行可靠的保护。拥有了数字化的较全面用电安全防护功能，是现空气断路器的升级产品。

[1] 魏素珍.电工线路[J].北京：中国电力出版社，2009

[2] 齐占伟.空气断路器[J].电气控制设备故障检修，2007(7)

[3] 马恒儒.无线电电子学计量[J].北京：原子能出版社，2002

[4] 赵文锋，顾世红.JJG35-1999交流数字电流表检定规程[M].中国航天工业总公司，1999

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.4.09