一种便携式低压空开综合测试仪的研制及应用

李阳 冯忠奎 李国成 刘广 于洋

摘要：详细介绍了便携式低压空开综合测试仪的结构、原理和使用方法。通过实际测试，验证了综合测试仪对低压空开漏电、过流、短路3种测试的有效性和安全性。通过重复短路测试，确定了碳棒更换短路试验的次数阈值。该测试仪对提升入网空开合格率具有重要意义。

关键词：低压空气开关;综合测试;短路测试;新型工装

0 引言

漏电和短路是电气设备发生火灾的主要原因。目前对漏电和短路的防控手段主要是使用带漏保功能的空气开关。据统计，发生故障后空气开关不动作的占比达25.1%，不动作原因主要是空气开关漏保功能障碍、过载和短路时无法脱扣或脱扣超时。因此，空气开关投运前对其开展短路、漏电等试验尤为必要。但由于短路试验时会产生火花，供电企业在验收空开时，并不开展短路试验，导致不合格的空开入网运行，给后期运维带来困难。因此，研制一种具备短路测试功能、操作安全的低压空开综合测试仪具有重要意义。

目前，业内缺乏集漏电、过流、短路测试功能于一体的低压空气开关综合测试仪，因此，开展空开入网试验时，必须携带漏电、过流、短路试验3套设备，且现有短路测试仪操作过程存在危险，影响了低压空气开关短路试验的正常开展。针对上述问题，本文开展新型便携式低压空开综合测试仪研究，测试仪针对目前主流的63 A户表空开研制，一台仪器可以实现漏电、过流、短路3个测试，仪器封装在外置铝合金外壳中，具备良好的防爆性，测试过程采用遥控方式，避免短路测试时就近操作发生人员触电危险，具备良好的安全性。

1 测试仪结构与原理

1.1    测试仪结构

该综合测试仪集漏电、过流、短路测试功能于一体，总体结构如图1所示，测试过程采用遥控方式，遥控电源采用直流12 V供电，遥控开关如图2所示。

1.2    漏电测试原理

如图1所示，为了测试漏电电流超过30 mA、0.1 s时空开必须可靠跳闸，在火线与大地之间串联一个6.3 kΩ电阻，图2所示的电源遥控AC220 V开关合闸，接地电流（漏电流）是35 mA。若开关质量合格，在0.1 s内应该可靠跳闸，其动作时间由通电计时器A记录下来。

为了测试漏电电流小于15 mA时空开必须可靠不跳闸，在火线与大地之间串联一个22 kΩ电阻，遥控AC220 V开关合闸，接地电流（漏电流）是10 mA。若开关质量合格，应该可靠不跳闸，若其误动作，则动作时间由通电计时器A记录下来。

1.3    过流测试原理

如图1所示，为了测试1.13倍额定电流在1 h内空开不动作，在火线和零线之间串联一个3.090 Ω电阻，并串联一个95 A的交流接触器，遥控AC220 V开关为交流接触器的线路回路通断220 V交流电，该测试需要持续3 600 s以上（通电计时器B记录）。若开关质量合格，3 600 s内空开应该不跳闸。

为了测试1.45倍额定电流在1 h内空开必须动作，在火线和零线之间串联一个2.408 Ω电阻，并串联一个95 A的交流接触器，遥控AC220 V开关为交流接触器的线路回路通断220 V交流电，该测试需要持续3 600 s。若开关质量合格，3 600 s内空开应该跳闸。

1.4    短路测试原理

短路测试仪工装原理图如图3所示，12 V的电磁铁放在箱体外侧，伸缩棒的端部在箱体内部，端部安装一根套在环氧管内的直径10 mm碳棒，端部呈V型，电磁铁不通电时，碳棒与V型槽间距8 mm，通电时向前伸出12 mm，为了缓冲撞击力，在V型槽后部加装导电弹簧。碳棒使用2.5 mm2软铜线连接火线;钨钢槽使用2.5 mm2软铜线连接零线。短路测试仪器工装结构图如图4所示，各元件封装在外置铝合金外壳的箱体中，所有的开关、电阻等元件都安装在环氧树脂面板上，接线在箱体内部，打开箱体即可更换碳棒、擦拭短路电弧烧蚀的碳粉。

短路模拟过程：电磁铁提供动力，驱动接着火线的V型碳棒撞击接着零线的V型钨钢，实现短路。短路瞬间，碳棒与钨钢的接触面呈VV型，因VV型接触面积大，不会产生尖端放电，最大程度避免电弧烧蚀碳棒和钨钢。

2 仪器操作方法

仪器操作步骤如下：

（1）仪器接地;（2）给AC220 V稳压源接电源;（3）检查RTO保险和刀闸应在合闸位置;（4）合上95 A单相空开;（5）合上63 A被测空开;（6）漏电测试，分2次遥控;（7）过流测试，分2次遥控;（8）短路测试，遥控1次;（9）拆除AC220 V电源线，拆除63 A被试空开，拆除接地线，试验结束。

3 试验验证

3.1    有效性和安全性验证

选取200只带漏保功能的63 A空开，其中用于漏电和过流测试的空开各50只，用于短路测试的空开100只，验证综合测试仪的有效性和安全性。

试验中发现漏保功能缺失的空开有5只，过流功能缺失的空开有2只，过流延迟动作的空开有2只，短路功能缺失的空开有1只，短路脱扣延迟导致越级跳闸的空开有3只，验证了测试仪应用于漏电、过流、短路测试的可靠性。经200次试验后，测试仪外壳完好无损，未发生人身伤亡事故，证明了测试仪具有良好的安全性。

3.2    碳棒更换短路试验次数阈值的确定

短路测试时，电火花瞬间温度达3 300 ℃，存在烧蚀碳棒的可能，因此须测试致使碳棒烧蚀的短路试验次数。本文以63 A低压空开为例，对5套综合测试仪重复开展短路试验，以因碳棒烧蚀严重致使短路试验无法继续的次数为阈值，得到的阈值如表1所示，可知试验次数都在1 200次以上，因此碳棒具有很好的耐用性，保守考虑，建议将碳棒更换的试验次数阈值定为1 000，试验到1 000次后，更换碳棒。

4 结语

本文研究的便携式低压空开综合测试仪在空气开关保护测试领域属于首创，具有以下创新点：（1）可以实现漏电、过流、短路一体化测试;（2）全部测试采用遥控方式，操作安全，使用方便;（3）开发的短路测试新型工装价格低廉，方便更换部件;（4）增加了一级和二级保护，避免短路试验时易造成试验电源跳闸。通过实际应用，验证了本产品的性能，具备良好的应用前景和推广价值。

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