成套设备中低压开关器件载流能力试验

夏 欣 荣

[西门子(中国)有限公司, 北京　100102]



成套设备中低压开关器件载流能力试验

夏 欣 荣

[西门子(中国)有限公司, 北京100102]

摘要：阐述了低压成套设备温升试验的必要性,介绍了断路器3VA集成在已经过试验验证的低压成套设备中所需采取的温升试验的过程、方法以及推导演算公式。试验结果表明,柜体的防护等级以及相邻回路对试验回路的载流能力影响很大,同时在试验过程中的演算推导能缩短试验时间,从而降低试验成本。

关键词：低压成套设备; 温升试验; 额定分散系数; 检测点

0引言

塑壳断路器是较常见的低压开关器件,依据国家标准GB 14048.2—2012进行设计研发,并通过相应的温升、短路等型式试验,得到额定电流、分断能力等参数。另外,试验时的工况与实际工况有很大的不同,因此必须将其安装在成套设备中,依据GB 7251.1—2013再次进行验证试验,获得其实际电气参数。本文对成套设备中低压开关器件的实际载流能力进行分析和探究。

1成套设备温升试验的必要性

低压开关器件验证试验往往是在空旷的环境中进行的,低压开关器件产生的热量通过对流、辐射及传导获得了良好的释放。在实际成套设备中,开关器件的工况及散热条件要比验证试验时工况条件恶劣得多。低压开关器件试验验证工况如图1所示。

图1　低压开关器件试验验证工况

(1) 成套设备有一定的防护等级,热辐射被设备外壳反射叠加。

(2) 设备外壳只在其内部空气温度上升比室外高时才能散热。

(3) 成套设备中不同功能单元隔室间散热。

(4) 铁制部件的涡流损耗。

低压成套设备的温升试验对再次验证器件的实际载流能力非常必要,不仅针对于全新的成套设备的研发设计,对更新或替换了主电路器件的已经试验验证过的成套设备,同样需要进行相应的试验,从而获得新器件的实际电流出力值,在GB 7251.1—2013中有相应的规定。

2试验方案及成套设备样机的准备

SIVACON 8PT是一款通过完全型式试验的低压成套设备,其标准化、模块化的设计为试验方案及样机的准备带来了很多的便利。试验样机如图2所示。

图2　试验样机

2.1样机柜体

(1) SIVACON柜体结构、水平母线及垂直母线系统的温升试验已经得到验证,只需将已验证过的电流数据作为试验电流值。

(2) 考虑到防护等级对温升会带来很大的影响,准备2个方案的柜体,即通风型(IP40)和非通风型(IP54)。

2.2典型回路(功能单元隔室)

(1) 塑壳断路器3VA2具有5个壳架电流等级,试验为不同的壳架电流设计方案准备了5个相应的抽出式单元。

(2) 加热器单元模拟产生相邻回路功能单元隔室的热辐射。低压成套设备出线回路形式灵活多变且排列组合复杂,但其最大电流总和不可能大于柜体垂直母线的额定电流,因此采用2组加热器模拟单元模拟相邻于被试验回路的功能单元产生的热功耗,加热器功率按系统垂直母线的额定电流来计算。

3试验检测点的布置及试验过程

3.1试验检测点的预埋

在进行温升试验前,要将所有的温度检测点按照图3和表1在成套设备及待试验的回路中进行预埋。

图3　温升检测点的布置

序号描述温升极限值/K备注a1主母线与垂母线搭接处95L1-L3a2抽出式单元插头与垂直母线搭接处70L1-L3a3断路器进线端子70L1-L3a4断路器出线端子70L1-L3a5抽出式单元插头与回路出线端子连接处70L1-L3a6连接外部绝缘电缆的端子70L1-L3a7开关柜侧板40—a8开关柜后门(封)板(50cm顶板下)40—a9抽出式单元前盖板金属面板30—a10抽出式单元操作手柄25—a11环境温度—柜前1m,高度1.1ma12环境温度—柜后1m,高度1.1ma13抽屉二次线仪表板30—a14抽屉内空气温度——a15横向接线隔室空气温度——a16横向接线隔室面板温度30—a17电缆隔室空气温度——

3.2试验过程

(1) 试验装置与样机的连接。电流发生器连接至样机连接点I,模拟负载电阻连接至试验回路出线连接点O,模拟负载电阻连接至垂直母线分流连接点V。

(2) 试验回路初始电流的设置。精确的初始值推断会大大缩短试验的时间,降低试验费用。初始值设定需要考虑以下因素:① 断路器的壳架电流与其额定电流的对应关系;② 成套设备原有断路器的降容情况;③ 试验室的环境温度。(3) 试验通电、断路器合闸。起动电流发生器,调整模拟负载电阻,确保试验回路的馈出电流等于推断的试验初始电流值In0,水平母线上的电流等于垂直母线的额定电流In;垂直母线的电流分量Iv等于垂直母线额定电路In-In0。

(4) 电流的演算及修正。通过试验电流In0且达到热平衡后(一般需要4～5 h),找出温升最高的检测点,该点便是试验回路通电载流后限制实际载流能力的最薄弱环节。将该点的温升值T与国家标准要求的相应的温升极限值T0相比较。

为了获得成套设备额定分散系数,还必须分别合闸2组加热器单元来模拟相邻回路产生的热量对试验回路的影响,从而获得试验回路位于柜体不同位置时的实际载流能力;同样试验过程还需要在通风柜型和非通风柜型中进行,获得该试验回路在不同的防护等级下的实际载流能力,故每个设计方案要进行6次温升试验才能获得实际应用载流能力。各检测点温升曲线如图4所示。

图4　各检测点温升曲线

4试验数据整理、分析

实际应用中并不是在35 ℃环境温度下,为了更好地指导实际设计、应用,可以通过公式推导演算出试验回路在实际应用环境温度下的最大承载电流值In[x℃],演算时要注意T0必须是试验中的最薄弱检测点对应的极限值,环境温度建议控制在20～40 ℃。

在整理试验所得数据后,再次验证了柜体的防护等级(通风/非通风)以及相邻回路对试验回路的载流能力影响很大。同时还发现对于同一试验回路,在成套设备防护等级发生改变或在成套设备内安装位置发生改变时,温升薄弱点也会出现漂移。

例如在通风柜中,试验回路装在成套设备的底部时,断路器电流流入的L2相端子的温升最高。对于非通风柜型,尤其是试验回路安装在顶部时,同样的回路温升最高点却变成了L3相端子。可见,由于试验回路受到安装在其下方的回路的热辐射,再加上非通风柜型的密闭性,热空气上升后集聚在设备的顶部,而造成横向安装断路器的L3相的温升反而高于L2相。

5结语

本文对成套设备中低压开关器件的实际载流能力进行分析,确保该低压开关器件在实际应用过程中安全、可靠地运行。同时在试验过程中的演算推导非常重要,试验结合演算推导能大大地缩短试验时间,从而降低试验成本。

参考文献

[1]低压成套开关设备和控制设备 第1部分:总则:GB 7251.1—2013[S].

[2]低压成套开关设备和控制设备第2部分:成套电力开关和控制设备:GB 7251.12—2013[S].

[3]Low-voltage switchgear and controlgear assemblies-Part 1:General rules:IEC 61439-1:2011[S].[4]Low-voltage switchgear and controlgear assemblies-Part 2:Power switchgear & controlgear assemblies:IEC 61439-2:2011[S].

Current-carrying Capability Test of Switch Device in Low Voltage Switchgear and Controlgear Assemblies

XIAXinrong

[Siemens(China) Co., Ltd., Beijing 100102, China]

Abstract：This paper described the necessity of temperature rise test for low voltage switchgear and controlgear assemblies.The process,method and calculation formulas of temperature rise test were introduced when the 3VA circuit breaker was integrated into the low voltage switchgear and controlgear assemblies which have been validated already.The test results show that protection level of cabinet and adjacent circuit have a large impact on the current-carrying capability of test circuit.The calculation and derivation can shorten the test time that reduces the test cost.

Key words:low voltage switchgear and controlgear assemblies; test of temperature rise; rated dispersion coefficient; test point

收稿日期：2016-02-25

DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.04.016

中图分类号：TM 561

文献标志码：A

文章编号：1674-8417(2016)04-0060-04