低压成套开关设备和控制设备温升试验研究

杨兴，李涛，康志林

（甘肃电器科学研究院，甘肃 天水 741018）

低压成套开关设备和控制设备是由一个或多个低压开关器件和与之相关的控制、测量、信号、保护、调节等设备，以及所有的内部电气和机械连接及结构部件所构成的组合体[1]。其广泛应用于交流频率50Hz（或60 Hz）、电压1000V以下或直流1500V以下的低压配电系统中，主要完成电能的分配及控制，例如生产现场、公共场所、居民住宅等，可以说，只要有用电的地方，都离不开低压成套开关设备和控制设备。因此，低压成套开关设备和控制设备的质量对配电系统的安全有着深远的影响。温升试验是低压成套开关设备和控制设备的一项重要的型式试验。其通过施加规定的电流，模拟低压成套开关设备和控制设备在正常运行过程中各部件的发热情况，判断其温升是否符合标准要求，进而改进设计，提升产品质量。

1 试验要求

为得到最接近实际工况的温升值，低压成套开关设备和控制设备温升试验应尽可能满足以下要求：

（1）代表性布置的选择

进行温升试验时，应选择在低压成套开关设备和控制设备最具有代表性的布置上进行，例如具有多个相同额定电流的支路的低压成套电气设备，一般选择中间支路作为温升测量点，因为中间支路相比于两侧的支路温升环境更严酷。

（2）温度的测量

进行温升试验时，除了要测量低压成套开关设备和控制设备各不同规格的载流部件的温升，还应测量设备外壳、周围环境的温度。一般在试品周围均匀布置至少2个环境温度测量点，测量点距离试品1米、高度为试品高度的一半，环境温度应为各测量点温度的平均值，一般使用温度计或热电偶测量温度。

（3）试品的放置

进行温升试验时，低压成套开关设备和控制设备应按正常使用时放置，如表面安装式的应挂接在温升试验模拟墙上，嵌入安装式的应配置具有嵌入结构的模拟墙，并且温升试验模拟墙墙体材料比热容应接近混凝土等实际建筑墙体。

（4）试验电流

进行温升试验时，对于三相低压成套开关设备和控制设备，三相电流应尽可能平衡，实际试验电流的平均值与预期电流的误差应控制在－0%～＋3%之内，每相电流与预期电流的误差应控制在－5%～＋5%之内。

2 试验方法

GB／T 7251．1－2013《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》10．1．2．3．1条规定“各条电路的温升试验应采用设计的频率和预期的电流类型，任何试验电压值应能产生所需的电流，应对继电器线圈、接触器线圈、脱扣器线圈等施加额定工作电压”[1]。由此可见，低压成套开关设备和控制设备进行温升试验时，主回路只要求试验电流，不要求试验电压。目前，国内低压成套开关设备和控制设备生产厂家和检验检测机构用于进行温升试验时产生低压大电流的设备主要为多磁路试验系统或程控恒流源试验系统。其中，多磁路试验系统一般用作正向送电法温升试验，程控恒流源试验系统一般用作反向送电温升试验。

2．1 正向送电法

正向送电法是从低压成套开关设备和控制设备主进线开关送电，电流经主进线开关后分配至各出线回路。正向送电法一般适用于电流较大、出线回路较少的低压成套开关设备和控制设备，大多使用多磁路试验系统产生试验电流。多磁路试验系统主要由电源变压器、调压器、多磁路变压器串联而成，其中多磁路变压器由4个相互独立的绕组组成，容量分别为整机容量的1／6、1／3、1／3、1／6，通过在输入端控制各个绕组的投入情况，就可使其副边的输出电压值以1：2：3：4：5：6的级数递增，在其中产生1／6输出的绕组上接入一个相当于整机容量1／6的调压器，就可在每一级差范围内实现无级连续调压[2]。由交流接触器控制各个绕组是否接入，从而实现多磁路变压器的输出电流可全程分级连续可调[2]。

采用正向送电法进行温升试验时，如果是各出线回路额定电流规格相同的低压成套开关设备和开关设备，则直接将多磁路试验系统连接主进线开关，出线回路短接，调节多磁路试验系统输出电流到预期试验电流就可以进行温升试验。如果是各出线回路额定电流规格不相同的低压成套开关设备和开关设备，则需要在各出线回路配置电流调节装置来作为负载来调节各出线回路电流达到预期电流值。正向送电法温升试验接线图如图1所示（以GCS温升试验为例）。

图1 正向送电法温升试验接线图

正向送电法温升试验由于是从主进线开关送电，每个出线回路输出试验电流，更加符合低压成套开关设备和控制设备的实际使用方式。在实际试验中，这种试验方式对各出线回路额定电流规格相同的低压成套开关设备和开关设备比较适合，各出线回路输出电流容易达到预期试验电流，能准确地模拟实际使用工况。但对于各出线回路额定电流规格不相同的低压成套开关设备和开关设备，试验过程较为复杂，往往各出线回路的试验电流很难完全达到预期值，并且在试验过程中由于试验回路长时间带电运行，回路阻抗发热造成回路电阻变大，降低回路出力，需要不断调节各出线回路的电流调节装置来使试验电流与预期值相符。这种情况下，需要人工不断干预，存在输出电流稳流精度低、试验自动化程度低等问题，会在一定程度上影响温升试验的准确性。为了提高输出电流稳流精度和试验自动化程度，往往选择加入程控电流调节装置来调节各出线回路的输出电流。

2．2 反向送电法

反向送电法是从低压成套开关设备和控制设备各出线回路送电，电流经各配电母线和主母线汇流至主回路进线开关。反向送电法一般适用于电流较小、出线回路较多的低压成套开关设备和控制设备，大多使用多个规格的程控恒流源产生试验电流。恒流源的实质是利用电子器件对电流进行反馈，动态调节设备的供电状态，从而使得电流趋于恒定，只要能够得到电流，就可以有效形成反馈，从而建立恒流源[3]。

采用反向送电法进行温升试验，如果是各出线回路额定电流规格相同的低压成套开关设备和开关设备，可以按各出线回路额定电流选择合适的程控恒流源向各出线回路送电，主进线开关短接，也可以采用正向送电法按主回路额定电流选择合适的程控恒流源向主进线开关送电，各出线回路短接，此时试验方式与多磁路试验方式相同。如果是各出线回路额定电流规格不相同的低压成套开关设备和开关设备，则按各出线回路额定电流选择合适的程控恒流源，主进线开关短接。反向送电法温升试验接线图如图2所示（以GCS温升试验为例）。

图2 反向送电法温升试验接线图

反向送电法由于是从各出线回路向主进线开关送电，各出线回路按试验电流配置适宜规格的程控恒流源，调节各程控恒流源的输出电流可以实现试验电流的精准控制，并且相比较于多磁路试验系统正向送电法温升试验不需要额外配置电流调节装置。但对于额定电流较大的低压成套开关设备和控制设备，进行温升试验时有一定困难，往往会出现额定电流较大的回路送电时，电流会反送至额定电流较小的回路，使得额定电流较小的回路实际施加的电流远远大于预期试验电流，无法进行试验。此外，就地控制的程控恒流源进行温升试验送电时，往往需要多个试验人员同时调节各个程控恒流源输出电流，同时送电。为了提高自动化程度和试验效率，可以采用远程计算机集中控制各个程控恒流源。

3 试验结果判定及注意事项

进行温升试验时，当被试低压成套开关设备和控制设备各测量点的温度变化均小于1K／h时，则认为温升达到了稳定状态，试验可以停止。温升试验中被试低压成套开关设备和控制设备各载流部件及外壳的温升不得超过表1规定的限值，若超过规定的限值，则温升试验不合格。

表1 低压成套开关设备和控制设备温升限值

进行温升试验时，应注意保持试验场所的环境温度免受空气流动和热辐射的影响，一般要求温升试验在＋10℃～＋40℃的环境温度下进行[1]。进行温升试验时还应按实际使用方式布置被试低压成套开关设备和控制设备，实际试验电流和预期电流的误差要严格控制在标准要求的误差之内。如果低压成套开关设备和控制设备内部各元件的承受能力允许，可以在试验开始时加大试验电流运行一段时间，然后再降到规定的试验值，这样做可以缩短试验时间[1]。

4 试验实例

对某GCS型抽出式（固定分隔式）开关柜进行温升试验，其额定电流为：受电柜主进线断路器2500A，馈电柜上断路器1000A，下断路器500A，控制柜1／2单元50A，1单元50，3／2单元50A，2单元50A，3单元200A，4单元200A，5单元200A，6单元200A。温升试验需在受电柜、馈电柜、控制柜，采用程控恒流源试验系统反向送电法进行，试验接线图与图2相同，各回路实际施加的试验电流如表2所示，温升测量点示意图如图3所示。

图3 温升测量点示意图

表2 各回路实际施加的试验电流（A）

采用热电偶将各部件温升传输至数据采集器，经计算机温度采集软件处理后显示。通过进行试验，被试GCS型抽出式（固定分隔式）开关柜各部件温升均符合温升限值要求，温升合格。

5 结论

正向送电法和反向送电法是低压成套开关设备和控制设备温升试验两种常用方法。多磁路试验系统和程控恒流源试验系统是低压成套开关设备和控制设备温升试验两种常用试验系统。实际试验时，应根据不同的低压成套开关设备和控制设备选择合适的试验方法和试验系统，来模拟更接近实际的使用工况，以获得更准确的温升值。