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具有剩余电流保护功能断路器测试台

2016-12-06王文广吴健邱书明畅振堂程少炜

电气传动 2016年11期
关键词:漏电断路器试件

王文广,吴健,邱书明,畅振堂,程少炜

(天津电气科学研究院有限公司,天津 300180)

具有剩余电流保护功能断路器测试台

王文广,吴健,邱书明,畅振堂,程少炜

(天津电气科学研究院有限公司,天津 300180)

简要介绍剩余电流保护功能断路器测试台的系统组成,依据GB14048.2—2008《低压开关设备和控制设备第2部分:断路器》试验标准进行设计,采用调压器与变压器结合使用产生不同等级电压,使用电流传感器进行采样。实验台具有低损耗,精度高,适用范围大等优点,可用于不同等级具有剩余电流保护功能的断路器的检测试验。

剩余电流;断路器;试验台

具有剩余电流保护功能的断路器(简称CBR)能够对设备过载、短路及电击起到双重保护的作用,而且还能够间接的对设备结缘及操作人员接触进行保护。实验台主要依据国标GB14048.2—2008《低压开关设备和控制设备第2部分:断路器》,通过采用调压器、变压器、接触器、电压电流传感器、美国NI公司的PCI数据采集卡及自行研发设计的选相开关控制器设计试验台等元器件设计完成。试验台可完成额定负载电流6~800 A,漏电实验电流6 mA~1 250 A范围内的试验,电流控制精度为±2%,电流测量精度为±0.5%,电压控制精度为±2%,电压测量精度为±0.5%,时间控制精度为±10 ms,时间测量精度为±1 ms,连续运行时间可达4 h。

1 测试台总体方案

1.1按控制功能分类

系统由电源、辅助电源部分、测量部分及控制部分组成。

电源部分包括保护框架断路器、接触器、单相调压器、单相变压器、抽头变压器等。

测量部分包括工控机、PCI采集模块、电流传感器、电压互感器等。

控制部分包括PLC主机、数字输入和输出、端子、继电器、保护开关等。

1.2 按试验功能分类

系统由电源回路、负载回路、漏电回路组成。

1)电源回路。本系统采用并联回路方式进行,即采用变压器背包的形式进行,变压器的变比为380 V/50 V和380 V/80 V,所需要的220 V和380 V电压直接从电源侧引入即可。采用回路进线与变压器串联输出电压的方式,可以很好地保证输出电压范围跨度较大的问题,节省调压器及变压器的容量,节省成本。同时,利用调压器与变压器配合的方式,可以实现电压范围85%~110%的无极调节范围,保证试验能够符合相关实验的要求。

2)负载回路。由于负载电流最大可至800A,如果以全电压全电流长期通电,利用电阻吸收能量,则所需电功率太大,造成能源的浪费。而剩余电流断路器的工作电压在其额定电压附近,如果对其施加的电压小于工作电压,则断路器无法产生保护动作。本系统借助调压器和变压器,利用被试件上下口电压差来调节负载电流,并在负载电流变压器和被试件下口之间,增加3套1比1的隔离变压器,使得被试件的上口可以调节为任意电压,而负载电流由压差短路电流得来,所需功率很小。这样既满足了试验要求,又实现了最大程度的节能。

电源和负载回路如图1所示。

图1 电源回路、负载回路Fig.1 Power circuit and load circuit

3)漏电回路。漏电调节范围极宽,可从2 mA至1 250 A。其中2 mA至2 A为无级调节(系统最小测量精度可达0.2%),通过可调电阻实现;2 A至1 250 A为有级调节,分辨率为1 A,通过电阻柜切换电阻实现。漏电电流的接通和关断主要通过我公司自主研发的选相开关控制器实现。选相开关控制器主要完成对单相电压进行精确的角度及周期控制,可以完成试验通电角度的调整,触发角度控制精度为±1°,同时有多种功能转换。

漏电回路单线图如图2所示。

图2 漏电回路Fig.2 Leakage circuit

针对“叠加平滑直流6 mA”试验,在漏电回路中并联了1套变压器+整流桥,通过接触器切换,实现不同相极和方向的通电控制。

2 测试台功能

测试台试验标准如下。

1)GB14048.2—2008《低压开关设备和控制设备第2部分:断路器》[1]。

2)GB16916.1—2003《家用和类似用途的不带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCCB)第1部分:一般规则》[2]。

3)GB16917.1—2003《家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCBO)第1部分:一般规则》[3]。

4)GB/Z 6829—2008《剩余电流动作保护电器的一般要求》[4]。

试验台可完成实验。

2.1 剩余电流稳定上升试验

该试验依照GB14048.2—2008B.8.2.4.1进行。

用于测试可以调节延时的CBR,根据试验标准在最小整定下进行试验,可设定试验次数、试验相电压、试验剩余电流起止值。实验过程系统将从起始电流开始对所选剩余电流测试相加稳态上升的剩余电流,如图3所示,Δt=30 s内到达剩余电流终止值。被试件在剩余电流上升过程中,如出现脱扣,系统将自动记录脱扣时剩余电流;如被试件在剩余电流上升过程中未脱扣,系统将在电流终止值保持10 s后,自动终止本次试验,并将终止剩余电流记录为脱扣剩余电流,然后开始下一次试验。系统还可在实验过程中,根据实际情况强行终止实验。

图3 剩余电流稳定上升Fig.3 Stable rise of residual current

2.2 闭合剩余电流动作试验

该试验依照GB14048.2—2008 B.8.2.4.2进行。

计量溯源性是测量不确定度的主要来源[4]。测量不确定直接反映出测量数据的质量[5]。因此,实验室可以结合特定测量设备历年校准结果给出的不确定度来评估该校准机构的技术能力。建议实验室应及时关注校准规范/规程的发布与实施,动态管理和评价合格校准机构资质与能力。

用于测试CBR闭合剩余电流动作正确性,系统可设置试验次数,试验相电压、试验剩余电流值。试验进行前系统将自动调整电压和剩余电流到设定值,然后分断被试件,确认开始试验后,在30 s内闭合被试件进行试验。如果被试件闭合后脱扣,系统自动记录剩余电流波形,并记录相关数据;如果被试件闭合后未脱扣,则系统将保持剩余电流40 s后,自动停止本次测量,系统将记录剩余电流设定值。

2.3 突然出现剩余电流试验

该试验依照GB14048.2—2008 B.8.2.4.3,B.8.2.4.3进行。

用于测量CBR突然出现剩余电流试验和延时型CBR的动作时间,系统可设置试验次数、试验相电压、试验剩余电流、电流持续时间。试验进行前系统将自动调整电压和剩余电流到设定值,然后分断被试件,确认开始试验,被试件闭合后,系统将对被试件所选剩余电流测试极突然施加试验剩余电流,最大保持时间为电流持续时间的设定值。如果被试件闭合后脱扣,系统自动记录剩余电流波形,并记录相关数据。

2.4 剩余脉动直流连续上升试验

该试验依照GB14048.2—2008B.8.7.2.1进行。根据试验标准,如图4所示。

图4 试验数据设置Fig.4 Test data set

如图4设置试验相电压、试验剩余电流上限值。系统将从最小剩余电流开始,对所选剩余电流测试相依次施加稳定上升的脉动直流剩余电流,直至电流上限值。脉动直流电流分别为正反向0°,90°,135°,每个状态做2次测量,共12次测量。如果被试件在此期间内脱扣,则系统自动记录脱扣时的剩余电流,再开始下次测量。如果被试件在此期间未脱扣,则系统在剩余电流终止值保持十余s后,自动停止本次测量,脱扣剩余电流记录为剩余电流上限值。

2.5 突然出现剩余脉动直流试验

根据试验标准,可设置试验相电压、试验剩余电流、电流持续时间。统将对被试件所选剩余电流测试极依次突然施加正反向的脉动直流剩余电流,最大保持时间为电流持续时间的设定值,每个方向做2次测量,共4次测量。如果被试件脱扣,则系统自动记录剩余电流波形,开始下一次测量。

2.6 叠加平滑直流6 mA试验

该试验依照GB14048.2—2008B.8.8.7.2.4进行。

用于验证该试验下CBR动作的正确性。根据试验标准,设置好试验相电压、剩余电流上限值。系统从最小剩余电流开始,对所选剩余电流测试极依次施加稳定上升的正反向脉动直流剩余电流,直至电流上限值。试验电流叠加了与脉动直流同向的6 mA平滑直流电流。每个状态做2次测量,共4次测量。如果被试件在此期间内脱扣,则系统自动记录剩余电流有效值曲线,弹出“数据查询与报表”画面,开始下一次测量。如果被试件在此期间未脱扣,则系统在剩余电流终止值保持十余s后,自动停止本次测量。

2.7 确定电源电压极限值试验

该试验依照GB14048.2—2008 B.8.8.1进行。

用于试验CBR电源电压极限值。由于本系统电压只能分段连续调节,电压的下降只能分段进行,分别为350~300V,300V~供电相电压,供电相电压~170V,170~136 V,136~70 V,70~0 V。每次调节开始前,系统自动将电压调整至本段上限值,确认被试件闭合后,点击“继续”按钮,系统自动下降电压至本段下限值。如果被试件脱扣,则系统自动记录脱扣时的电压值,停止试验;如果被试件在电压降低至每段的下限值后未脱扣,则系统保持电压3 s后,自动进入下一段调整。

2.8 三相系统一相断电下的试验

该试验依照GB14048.2—2008 B.8.9.1进行。

用于试验电源电压故障时是否能够断开。如图5所示。

图5 电压暂降Fig.5 Voltage sag

根据试验标准,设置好试验次数、试验相电压、试验剩余电流、试验中断开的相、电流持续时间。实验过程中系统将对被试件所选剩余电流测试极突然施加试验剩余电流,最大保持时间为电流持续时间的设定值。如果被试件脱扣,则系统自动记录剩余电流波形,弹出“数据查询与报表”画面,开始下一次测量。

2.9 被试件给电压

本实验可为被试件提供0~350V之间的相电压。

2.10 回路阻抗测定

当进行50 A以上大电流漏电试验时,由于此时剩余电流控制用的电阻很小,系统回路阻抗已经不能忽略不计。而不同的被试件、不同的线缆、不同的环境条件,回路阻抗不尽相同,无法预测。因此,推荐在进行大电流漏电试验之前,预先测定回路阻抗。

3 结论

具有剩余电流保护功能的断路器质量,尤其是剩余电流的动作特性,直接关系到人身触电保护的安全性[5]及设备的稳定性。本实验台根据相关国家试验标准,进行了特定的人机界面设定,使试验台操作使用更简单;测量部分使用精度等级为0.01 mA~40 A的多组互感器,保证剩余电流测量的精度;控制部分采用自行研发的选相开关控制器,能够精确控制剩余电流的大小及时间。目前,该实验台已在国家电控配电设备质量监督检验中心投入使用,并通过实验室相关资质认定评审。

[1]GB14048.2—2008《低压开关设备和控制设备第2部分:断路器》[S].

[2]GB16916.1—2003《家用和类似用途的不带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCCB)第1部分:一般规则》[S].

[3]GB16917.1—2003《家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCBO)第1部分:一般规则》[S].

[4]GB/Z 6829—2008《剩余电流动作保护电器的一般要求》[S].

[5]李文苹.基于单片机控制的剩余电流动作保护器动作特性检测装置的研究[D].天津:河北工业大学,2011.

修改稿日期:2016-06-15

Circuit Breaker Test Bench with Residual Current Protection

WANG Wenguang,WU Jian,QIU Shuming,CHANG Zhentang,CHENG Shaowei
(Tianjin Research Institute of Electric Science Co.,Ltd.,Tianjin 300180,China)

Briefly introduced the system composition of residual current circuit-breakers testing bench.The test bench was designed according to GB14048.2-2008,electric voltage regulator and transformer were combined for the device to generate different voltage,sampling was performed using current sensor.The test bench has the advantages of low-loss,high accuracy and wide application range.It can be widely used in the test of residual current circuitbreakers.

residual current;circuit breaker;test rig

TM561

B

10.19457/j.1001-2095.20161114

王文广(1987-),本科,助理工程师,Email:852810792@qq.com.

2015-11-14

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