低压万能式断路器

低压万能式断路器（精选七篇）

低压万能式断路器 篇1

1.1 过电流脱扣器电流整定值

如何让低压断路器准确的动作,既起到有效的保护作用,又尽量提高供电可靠性,主要是要准确地对过流脱扣器的各种参数进行整定。延长时整定值Irl对低压断路器来说是一个最重要也是最基本的参数,可整定在(0.4～1) In范围之间。但整定值到底应是多少,一直没有定论,保守者认为整定为1.1倍的变压器额定电流,以有效保护变压器;也有人认为应整定为1.5倍的变压器额定电流,因为他们认为变压器超负荷1.5倍也应能持续运行一段时间,以提高供电可靠性。大部分人认为应整定为1.2～1.3倍之间。本人就此问题查阅了很多资料,但一直找不到针对性的分析资料,因此只能根据一些相关资料自己来分析探讨。根据变压器允许承受的过负荷情况,在环境温度20℃,油浸式达到超负荷50%情况下,允许运行1h。根据国家制定的断路器生产标准,断路器通过的电流达到1.3倍的整定值Ir1时即电流值达1.3×lr1时,要求在1h之内自动断开。假设将断路器的整定电流Ir1整定为变压器额定电流的1.2倍,断路器通过电流达到变压器额定电流的1.2×1.3=1.56倍时,断路器在1h之内动作。基本符合在环境温度20℃,油浸式变压器超负荷50%情况下,允许继续运行1h的要求。因此在使用油浸式变压器情况下,延长时过载脱扣器电流整定值整定为变压器额定电流的1.2倍较合理。干式变压器过载能力比油浸式变压器略差,因此在选择整定值时应适当变小。

1.2 断路器分断能力

如何让断路器在最严重的短路电流情况下能准确动作的同时,自身不会被损坏,主要是要对短路分断能力进行校验和选择。断路器框架选定时,短路分断能力电流也已确定,无需整定。断路器的短路分断能力理论上都能满足三相短路电流情况下的分断,但实际运行中还是会出现短路电流烧毁断路器的情况发生,现作简单分析。

首先计算一下短路电流,变压器副边短接,原边电压为额定电压时,副边电流就是它的预期短路电流。因此副边短路电流(三相短路)为I (3)=Ite/UK,此值为交流有效值。在相同的变压器容量下,若是两相之间短路,则I (2)=1.7321 (3)/2=0.8661 (3)。以上计算均是变压器出现端短路时的电流值,这是最严重的短路事故。如果短路点离变压器有一定的距离,则需考虑线路阻抗,因此短路电流将减小。依某公司生产的ZW1型的低压万能式断路器为例,框架电流为2000A时,额定短路分断能力为50kA。假设变压器额定电流达到了框架电流2000A,变压器选择S9型时,UK=4.5%,出线侧三相短路电流为I (3)=2000/0.045=44kA。50kA>44kA,理论分析分断能力满足要求。从实际运行情况调查来看,如果变压器额定电流接近框架等级电流时,断路器的分断能力理论上大于三相短路电流,但偶尔也会出现断路器质量问题,实际分断能力小于理论分断能力,此时有可能出现烧毁断路器情况。因此从分断能力的裕度和将来扩容等方面的考虑,此种情况,本人建议选用高一等级的框架电流。以ZW1型为例,如果变压器的额定电流大到接近于2000A的框架电流时就应选择3200A的框架电流,此时的额定分断能力达到了75kA,远远大于2000A框架电流时的50kA的分断能力。

1.3 断路器失压脱扣器的使用

失压脱扣器是在它的端电压降至某一规定范围时,使断路器自动断开的一种脱扣器。失压脱扣器能在市电停电时使断路器自动断开,市电再次来电时,需人工或远程控制再次合上,以避免市电再次来电时对电力系统造成很大的冲击。但正因为停电后再次来电时,需人工或远程控制合闸,所以如果不能实现远程自动控制,将对供电可靠性造成很大的影响。所以是否使用失压脱扣器,要视具体情况而定。有些设计人员一开始几乎所有断路器均使用失压脱扣器;后来上级有关部门提出使用失压脱扣器给供电部门运行管理造成极大的困难,有些设计人员以尊重上级意见为准,而不能完全理解失压脱扣器的利与弊,取消了失压脱扣器的使用。以上两种做法都是不正确的。目前在设计中比较统一的观点是,公变配电室不使用失压脱扣器,专变配电室使用失压脱扣器。现对此分析如下:

10kV公变配电室,运行管理由供电局负责,一大片区域的配电室只由个人管理,属无人值班性质。如果断路带了失压脱扣器,在发生市电10kV级较大范围停电情况下,所有该范围配电室内的断路器将自动断开。在目前的配网情况下,当市电恢复供电后,配电室内的断路器只能由供电局派人一个一个人工合上。从人力和供电可靠性两方面来看都显然是不可取的。不带失压脱扣器的断路器,在市电恢复供电后,可以立即通电,这虽然将对电力系统及用电设备造成较大的冲击,但权衡利弊,只能选择不带失压脱扣器。

专变配电室由用户自行管理,往往会有专人负责配电室管理。如果发生停电后,再次供电时,可以较及时地实现人工合闸供电,供电可靠性影响较小。另外,专变用户往往配有自备发电机,自备电的电压往往不太稳定,如果电压过低,继续供电将对用电设备造成损坏,所以装失压脱扣器从保护设备角度来说,也是非常有必要的。

1.4 四极断路器的应用

关于四极断路器的应用,用或不用应以是否能确保供电的可靠性、安全性为准,因此大体上是:TN-C系统。TN-C系统中,N线与保护线PE合二为一(PEN线),考虑安全,任何时候不允许断开PEN线,因此绝对禁用四极断路器,TT系统、TN-C-S系统和TN-S系统可使用四极断路器,以便在维修时保障检修者的安全,但是TN-C-S和TN-S系统,断路器的N极只能接N线,而不能接PEN或PE线;装设双电源切换的场所,由于系统中所有的中性线(N线)是通联的,为了确保被切换的断路器的检修安全,必须采用四极断路器。

2 实际运行中常见故障及原因分析

2.1 失压脱扣器故障

断路器在运行中没有发生短路或接地等现象,也没有发生过载,却莫名其妙的跳闸了,一般就是失压脱扣器或控制器有故障。失压脱扣器的故障一般就是电源模块烧坏了。电源模块长期处于带电工作状态,因此如果模块质量不可靠,很容易发生故障。检查的方法可用人工强行使失压脱扣器衔铁吸合,如这时断路器合上后不再断开,即可证明是失压脱扣器的故障。解决的方法只能是拆掉失压脱扣器的电源模块。如果失压脱扣器为助吸式,要注意失压脱扣器铁芯撞针的长度,可以通过调节撞针的长度,使失压脱扣器处于正确位置,即只有当电源电压下降到额定电压的40%以下时,失压机构动作开关才跳闸。

2.2 智能控制器故障

智能控制器发生烧毁故障后,一般会出现手动可合闸,电动不能合闸,三段保护功能及其它保护功能失灵。控制器烧毁故障一般是由于电压过高造成。厂家按照国家有关标准,设计工作电压为400V,但实际运行中,到了后半夜时,如果变压器不作调压措施,电压往往会达到420V及以上,很容易使控制器承受不了如此高的电压而烧毁。控制器另外一个常见问题是故障记忆如果得不到及时清除,即使电网故障已排除解决,断路器仍认为电网有故障而手动和电动均会合不上闸。此时只能按照使用说明书上的操作,清除故障记忆后复位,就能正常工作了。一般人员不会想到是因为这个合不上闸,往往查不出故障原因,或者知道了这个原因,但因清除操作过于复杂而只能找专业技术人员,带来不必要的停电。厂家应开发出操作更简单直观的耐压性能更好的控制器,同时加强操作人员的技术培训。

2.3 机构故障

机构故障往往由于机构不紧凑,弹簧和连杆配合不好,或者弹簧错位,甚至掉出来了,造成手动都合不上闸,解决方法各不相同,根据维修人员的经验,要求检查时仔细观察各机械部件有没有脱落、变形损坏,进行相应的复位调整即可。如果是连杆大件损坏无法修复的,则只能联系厂家派技术人员修理或更换相关部件。

2.4 分断能力不足或导电性能不良造成的事故

个别断路器因为触头或灭弧装置质量问题,实际分断能力达不到理论分断能力,出现短路致使电弧烧毁断路器的情况发生。导电性能不良往往由于接触面不清洁、接触面太小及接触压力不足、触头脱落卡阻、接触处螺丝钉松动等原因造成。导电性能不良,严重的会发生低压网断相运行。

3 断路器新技术及未来发展方向

断路器经历了从电磁脱扣器到电子脱扣器,近年,微电脑处理器的普及,又有智能型断路器问世。

微处理器的计算机技术引入低压断路器,一方面使低压断路器通过中央控制系统,进入计算机网络系统。微处理器引入低压断路器,使断路器的保护功能大大增强,可以保护过载、断相、反相、三相不平衡、接地等故障,并具有很高的动作准确性;可设置预警特性,当断路器内部温升超过允许值,或触头磨损量超过限定值时能发出警报;可反映负载电流的有效值,消除输入信号中的高次谐波,避免高次谐波造成的误动作;提高断路器的自身诊断的监视功能,可监视检测电压、电流和保护特性,并可用液晶显示。智能化断路器通过与控制计算机组成网络可自动记录断路器运行情况和实现遥测、遥控和遥信,提高了低压配电系统自动化程度,使控制系统的调度和维护达到新的水平。模块化与塑壳化是一个新的理念,当前具有国际水平的断路器设计都趋于模块化、塑壳化模块结构设计。模块化结构设计特点是断路器分成六个部分:框架、触头灭弧系统、手动操作机构、电动操作机构、智能型控制器、抽屉座。每个部分都成为一个完整独立的部件,总装时,只需一至二个螺钉即可将其固定,拆装十分方便,而且便于检修维护及断路器改造。塑壳化结构特点是将断路器外壳、框架采用塑料压制而成,以便将触头、灭弧系统都放在绝缘小室中,防止相间短路,确保电弧向上喷出,保证下进线可靠分断。

低压万能式断路器 篇2

关键词：万能式断路器,电能质量监测,智能脱扣器,测量算法

0 引言

电能质量PQ(Power Quality)监测是评估电能质量水平和发现电能质量问题的主要手段,也是改善电能质量的前提。如果能对电能质量做出精确的检测和分析,就可以对电网的电能质量水平和造成各种电能质量问题的原因做出分析和判断,为电能质量的改善提供依据。在与电力用户直接相关的低压配电系统中,电能质量监控是保证低压电网和用电设备安全和可靠性的重要措施,也是当前低压智能化电器一项新的功能和发展方向。企业开发并推出符合工业控制要求及具有高可靠性的智能化低压电器,成了低压电器产品制造商持续提高其竞争力的迫切任务[1,2]。

低压断路器作为电力系统中直接面向终端用户的低压开关设备,广泛分布于低压配电网络中的各个供电终端,其作用是保护配电网络和工业设备免受短路、过载、漏电和接地等故障的损坏。随着微电子和计算机技术的发展,在电器中采用微处理器来增强电器的保护功能成为新的发展趋势,各种以微处理器为核心的数字化电器应运而生。它是目前快速发展的微电子技术、计算机技术、网络通信技术和传感器技术等高新技术与传统的电器技术相融合的产物。实现了低压配电系统的中央集中控制和计算机自动控制,满足了分布式配电自动化系统的发展要求。

因此,利用断路器的智能脱扣器实现对被保护线路的各种电参数的检测,通过与中央控制计算机通信以获得配电网各端点的电力质量信息是一种经济有效的方案,具有广泛的应用价值。

1 系统软硬件的设计方案

1.1 智能脱扣器基本设计原理

智能脱扣器由输入单元、中央控制单元和接口单元组成,见图1。输入单元功能是将主回路上的高电压、大电流按比例转化为多点控制单元(MCU)可处理的数字信号。中央控制单元对输入单元送入的数字信号进行滤波,把得到的数字量作为原始数据,经过特定算法可实现保护及其它控制功能。接口单元中,键盘是为中央控制提供一定控制信号,通信接口则是中央单元与上位机的命令数据通道,显示和驱动是对中央控制单元发出命令的执行。

系统工作时,脱扣器的各种互感器将线路电压、电流信号转换成模拟电路可处理的电平信号,信号处理单元则对该信号进行滤波、信号提升和信号采样;采样信号经多路开关送入模数(A/D)转换模块转换成与线路参数成比例的数字电平信号;CPU根据这些电平信号进行逻辑运算与处理,运算结果与整定值比较后输出符合预设保护特性的逻辑电平信号,这些信号经加强后直接驱动断路器的执行机构使断路器动作。各种故障保护的动作电流和时间整定值通过键盘设定并预先存储在存储器(EEPROM)中,并可以在应用中对各种参数实时进行修改。

1.2 电能质量监测单元硬件设计方案

电能质量监测单元是在智能脱扣器的基础上增加数字信号处理(DSP)、双向通信接口和高速A/D转换三个功能模块,该电能质量监测单元的硬件结构示意图,如图2所示。

DSP数字信号处理模块负责整个信号处理;高速A/D转换模块负责将脱扣器送来的电压、电流等模拟信号进行高速的A/D转换;双向通信接口负责完成脱扣器的CPU和电能质量监测部分的DSP处理模块之间进行双向数据通信,以便DSP处理模块将电能质量数据传送给CPU进行显示、保存和通信使用[3]。

1.3 电能质量监测单元的软件系统结构

采用基于嵌入式实时操作系统(μC/OS-Ⅱ)并运用抢先式优先级调度设计的实时多任务操作系统,能很好地协调系统中所有任务的运行和资源分配,保证了系统的实时性,增强了系统运行的稳定性和可靠性,而且通过应用程序给用户提供清晰的API函数接口,可以方便地进行代码维护和功能扩充[4]。

软件系统主要由main()主函数、移植后的嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ、硬件驱动程序(LCD和EEPROM)、用户任务程序和中断处理程序组成,各部分关系如图3所示。

程序运行首先进入主函数,在主函数中主要完成系统的软硬件模块的配置和初始化工作,其处理流程如图4所示,然后启动多任务系统RTOS和嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ。OS启动后接管整个系统的资源,并且负责所有的任务和中断的调度与管理。

系统启动首先执行主函数,在启动μC/OS-Ⅱ之前,要屏蔽所有中断,并对全局变量初始化,防止运行出错。硬件初始化主要包括中断初始化,串口、键盘、显示等设备初始化。μC/OS-Ⅱ的初始化通过调用OSInit()函数,为OS分配任务队列、优先级状态表和准备状态表,初始化全局变量,并且创建一个空循环任务。下面,在启动μC/OS-Ⅱ前调用OSTask Create()创建所有用户任务,并置准备态,创建任务时,要指定每个任务的优先级、堆栈大小和位置、任务函数入口,调用OS2Start()启动μC/OS-Ⅱ,从就绪队列中找到优先级最高的任务,作为当前任务执行。

2 系统的测量算法

2.1 电压电流有效值测量

交流电的电压和电流是强度和方向都随时间做周期性变化的。有效值定义规定:某一大小的交流电流通过电阻时在1个周期内产生的热量和另一直流电流通过同一电阻在同样的时间内产生的热量相等,那么这个直流电流的值就是该交流电流的有效值。以电压为例来说明(电流实现原理与此相同)[5]。电压(有效值)计算的连续形式:

式(1)中:Urms—电压(有效值);u(t)—瞬时电压;T—信号周期。

电压(有效值)计算的离散形式:

式(2)中:u(n)—离散采样电压;N—1个信号周期内的采样点数。

经过模数转换后送到DSP的数字信号为时间离散、幅度离散的信号。所以有效值计算采用离散形式,计算电压和电流的有效值时,1个周波取16个采样点,每个周波计算一次,10个周波求平均值的方式。

2.2 功率和功率因数

交流电的功率包括有功功率、无功功率、视在功率等。有功功率的单位是瓦(W),表示电路实际消耗的功率。无功功率的单位称为“乏”(var)。当负载为感性元件时,电压超前电流,无功功率为正值;当负载为容性元件时,电流超前于电压,无功功率为负值。视在功率的单位是伏安(V·A),其值为交流电路中的电流有效值和负载两端的电压有效值的乘积。

根据有功功率和功率因数,其他几个功率值可以由以上两值求解。有功功率P的连续形式:

式(3)中:P—有功功率;T—信号周期;p(t)—瞬时功率;i(t)—瞬时电流。

有功功率P的离散形式:

式(4)中:N—1个信号周期内的采样点数;u(n)—离散采样电压;i(n)—离散采样电流。

视在功率S:

视在功率的求解借助于有效值的计算结果。

无功功率Q:

功率因数cosφ:

功率的求解采用1个周波取16个采样点,计算一次的方式。该方法在计算功率时,电压、电流分别为同一时刻的瞬时值。

2.3 频率

电网频率的测量计算通常都是通过测量周期的方法来实现的。在该电能质量监测单元中,系统利用了DSP自带的捕获功能,即利用硬件检测信号过零点的方法。

2.4 三相不平衡度

三相不平衡度指三相电力系统中三相不平衡的程度,电能质量监测单元采用如下的计算方法。

式(8)中:Uav=(Ua+Ub+Uc)/3;Um=max(|UaUav|,|Ub-Uav|,|Uc-Uav|)。

2.5 谐波的测量和分析

最主要的谐波检测和分析方法是基于快速傅立叶变换(FFT)及其改进算法,利用快速傅立叶变换的方法对谐波进行检测和分析。

按照IEC标准和我国国家标准规定,间隔时间为10 min,每次测量结果为3 s的平均有效值,3 s内的测量结果不少于6次。方案采用的是10 min测量一组数据、每组数据为10次取平均值的计算方式,同时在FFT算法函数上也进行了一定的优化,提高了软件的计算效率。系统采用按时间抽选(DIT)的基-2FFT算法(库利-图基算法)。算法函数的编写采用的是输入倒序,输出结果为正序的方式。

1)总谐波畸变率(THD):

式中:V2、V3、V4、…、Vn—各次谐波幅值;Vt—基波幅值。

2)各次谐波含量THDn:

式中:Vn—n次谐波幅值;Vt—基波幅值。

3 电网电能质量的监测结果与分析

对实际电网进行监测的实验结果见表1,实验条件为:每次测试间隔时间1 h,室温1 8℃。

下面分别对测量结果进行分析。

1)供电电压允许偏差

根据国标GB 12325—90电能质量供电电压允许偏差的要求:10 k V及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%。

该电网相电压的额定值为220 V,最大的供电电压允许偏差为3.15%,达到了国标的要求。

2)电网谐波电压限值

实际电网中的谐波分量主要是3次谐波和5次谐波分量,这也和实际的测试结果相符合。

根据国标GB/T 14549—93电能质量公用电网谐波的要求:对于380 V的公用电网,谐波电压(相电压)限值有如下规定,电压总谐波畸变率(THDu)不能超过5.0%,各次谐波电压含有率具体为奇次不能超过4.0%,偶次不能超过2.0%。

由实验结果可以看出,按照公用电网谐波标准的要求,实际电网中的谐波已经超过限值,表明电网中谐波污染较为严重。

3)频率允许偏差

根据国标GB/T 15945—1995电能质量电力系统频率允许偏差的要求:电力系统正常频率的允许偏差值为±0.2 Hz。当系统容量较小时,偏差值可以放宽到±0.5 Hz,经测试结果表明电网频率符合国家标准要求。

4 结语

随着电力电子技术,计算机控制技术的广泛应用,具有电力参数监测功能的智能化断路器必将成为一种发展趋势。以低压断路器智能脱扣器为基础,DSP数字信号处理模块为核心,采用基于μC/OS-Ⅱ的实时多任务操作的软件系统,可将采集的数据进行实时分析、运算和处理,监测结果分析,电能质量评估信息提取,为用户提供决策。它集测量、保护、监控与显示等多种功能于一体,可通过通信接口与计算机联网,构成智能化的监控保护与信息管理系统,具有较高的工业使用价值。

参考文献

[1]邓少华,张振川.电能质量监测设备的发展[J].电测与仪表,2005(2):7-9.

[2]王宾,潘贞存,宋洁.基于低压用户侧的电能质量监测研究[J].电力系统及其自动化学报,2004(1):78-82.

[3]施奕平,吴国安.基于DSP的电能质量监测仪[J].电测与仪表,2002(1):17-19.

[4]方进勇,许志红,张培铭.基于μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统智能脱扣器的研究与设计[J].低压电器,2004(2):19-21.

低压万能式断路器 篇3

1 C FW 45智能型万能式断路器的研究意义

低压配电系统常见的电气设备主要有断路器、变压器、接触器等, 而其中使用量最大的是各种低压断路器。它的一般用途是保护线路和分配电能及电源设备免受过载、短路、欠电压、单相接地等故障危害, 是低压配电系统中的核心电器元件。随着科技的发展, CFW45智能型万能式断路器将得到了广泛地应用。从未来的发展趋势来看, 可通信、智能型、小型化断路器已逐渐成为低压配电系统中的关键匹配保护元件。本文根据企业需求, 针对原断路器的整定不方便, 功能单一等不足进行了进一步的研究, 为提高断路器工作的稳定性和可靠性, 完善保护功能, 提高断路器的智能化和自动化程度, 同时降低产品成本。CFW45智能型万能式断路器内有控制器核心, 不仅能够实现传统断路器的各种保护和检测功能外, 还具有以下特点和功能:保护功能多样性, 具有欠压保护、3段电流保护、预报警等功能;多种检测和显示功能、可实现电流、电压、频率等电力参数显示与测量;故障信息存储和查看功能;故障自诊断与试验功能;负载监控功能, 支持热记忆功能, 动作准确, 现场总线通讯功能, 以实现遥控, 遥测, 遥调, 遥信等“四遥”功能。

2 C FW 45智能型万能式断路器

2.1 发展趋势

CFW45智能型万能式断路器智能控制器具有以下发展趋势:产品化。智能控制器产品化后, 其测试可以独立于断路器进行, 这使得整个断路器的测试程序大为简化, 从而使测试时间也大为减少;脱扣器的电子化。目前智能脱扣器的控制能力越来越强, 不但能进行电压、电流、功率等电参数的智能化检测与控制, 而且也能对一些非电参数进行监控和测量;模块化, 通用性。模块化设计及尺寸、零件具有通用性, 无论给生产者的设计, 制造及技术继承, 还是给使用者的使用及维护等都带来了很大的方便;智能化和通讯化。智能化采用了微处理器, 因而具有应用软件, 这样具有较大的升级能力和适用性, 可通讯化是在脱扣器产品中加入相关的判断、检测和通讯芯片或电路, 是脱扣器的各种工作参参数和状态能较好的通过传输媒介和线路上的其他电器设备进行信息交流, 以适应当前设备网络化智能化的发展趋势。

另外提高断路器的高稳定性, 可靠性, 安全与操作方便等也是其发展的主流趋势, 同时小型化、标准化、大电流、节能与可移动等标准和特性也是智能断路器的发展趋势。

2.2 分类及功能

CFW45系列智能型万能式断路器从结构、用途和所具备的功能来分, 主要有万能式和塑料外壳式两大类, 还有一些特殊用途的断路器, 如真空断路器等。目前将微处理器和计算机技术用于低压断路器, 使它具有智能化功能, 并且具有RS485标准通信接口与相应的通信协议, 可组成主从结构的局域网系统, 使系统可实现远距离的“四遥”功能。另外它还具有在线参数检测、动作值可整定、故障记忆及通信功能等。它通过人机对话可方便地使用、调整, 同时还具有预报警特性和微机自诊断功能。它可实时远程监控当前运行状态, 反映当前电网参数和运行参数的远程监测等功能。

2.3 选型原则

智能型万能式断路器用作电气设备或线路保护时, 必须注意以下四方面:a.选用断路器的额定电流大于或等于线路或电气设备的额定电流;b.选用断路器的额定短路分断能力 (电流) 大于或等于线路的预期 (最大) 短路电流;c.选用断路器的保护功能相对完善全面, 能满足其工作场合的要求;d.选用断路器 (下转252页) (上接98页) 的外形尺寸相对较小, 节省空间, 便于在同一柜内可安装多台断路器。

2.4 技术参数 (见表1)

2.5 控制原理

智能控制器的原理就是检测供电线路中的电压及电流信号, 信号经过模拟调理电路, 将其转换成数字电路可处理的电平信号送入单片机, 再将它转化为数字信号, 经单片机进行逻辑运算和处理后, 与整定值比较, 判断是否脱扣, 并输出脱口信号, 通讯接口是实现联网通讯和维护功能, 其原理图如图1所示。

3 C FW 45低压断路器智能控制器保护特性与选型

智能控制器不仅能提供基本的保护功能还具备精确测量实时数据、储存数据、系统参数计算、事件记录、波形捕捉、谐波监测、通信等功能, 可提供更加完善的测量功能和保护功能, 具有强大的通信功能, 丰富的人机接口。

CFW45智能型万能式断路器保护特性包括:过载长延时保护、短路瞬时保护、短路短延时保护和接地故障保护等四段主要保护功能。并且其保护功能都集中在同一控制器上, 各种保护特性设定仅通过面板操作进行, CFW45系列智能型万能式断路器配套控制器型号分为:L型、M型、H型等, 下面简要介绍各自主要功能与特点。

L型智能控制器是采用拨动开关和编码开关整定方式, 除具有短路短延时、过载长延时、瞬时、接地漏电等四段保护特性外, 还具有负载电流光柱指示、故障状态显示记录、试验功能、各种报警信号输出等功能。但无液晶屏幕显示, 整定值为有级调整。

M型智能控制器采用液晶屏幕显示, 可显示当前各线电流、电压, 还可查询显示整定、试验及故障的电流值和发生的时间;具有远端监控、负载监控和自诊断功能;能够显示控制器内部工作环境温度;对控制器各种参数进行无级调整整定;可对断路器进行试验脱扣与不脱扣功能测试;具有热记忆功能;MCR接通分断保护功能等。

H型智能控制器除了具有M型控制器的所有功能外, 同时具有RS485标准通信接口, 通过通信接口模块可组成主从结构的局域网系统;针对断路器单元, 系统可实现远距离的"四遥"功能;多种运行参数和电网参数的远程监测;断路器可对当前运行状态远程监视;远程调整和察看各种保护限值参数等。

结束语

由于CFW45系列智能型万能式断路器在低压配电系统中的应用能有效集成电气设备功能, 解决电气设备与低压配电系统乃至整个工业生产网络的双向通信问题, 满足工业生产网络对电气设备进行远程控制的要求, 具有更高的自动化特性, 可以使人在更舒适的环境中工作, 因而将CFW45系列智能型万能式断路器广泛应用于低压配电系统中, 使产品智能化、模块化的必然发展方向。随着越来越多的高新技术的融入, 将使智能型万能式断路器产品整体性能与主要技术指标有大幅度提高, 而且其实用性也会更加突出。

摘要：本文针对传统的低压断路器所存在的问题, 研究了新型CFW45系列智能型万能式断路器, 这种断路器具有故障判断准确、灵敏度高、选择性好、小型化、智能化保护功能, 能避免不必要的停电, 提高供电的可靠性, 同时还带有通讯接口, 具有“四遥”功能, 以满足控制中心和自动化系统的要求, 目前的应用越来越广泛。文中研究了CFW45系列智能型万能式断路器的功能, 控制原理, 主要技术参数及选型, 未来的发展方向, 并对智能控制器的保护特性与选择应用进行了研究。

关键词：低压断路器,智能化,小型化,四遥

参考文献

[1]孟宪章.低压断路器[M].北京:中国电力出版社, 2006.

[2]杨帮文.新型断路器实用手册[M].北京:电子工业出版社, 2006.

[3]CFW45系列智能型万能式断路器使用说明.上海:华通机电集团有限公司, 2006.

[4]史年富.低压断路器智能控制器优化与实现[D].南京:南京理工大学, 2009.

万能式断路器能量损耗的分析 篇4

1 断路器内部能耗的分析

1.1 能耗的测量标准

根据GB 14048.2-2008标准中附录G规定[1],能耗应在额定电流稳态温度条件下进行测定。电压表并联在断路器每极进出线端子之间,测量电路应尽可能短,其放置方式每极应一致。

试验在三相电流条件下进行,如图1所示。在四极断路器情况下,N极中不通电流。

国际电工标准对万能式断路器内部功耗的计算:

式中:p—相极数,k—极数,△U—电压降(V),In—额定电流(A)。

式中:Z—阻抗。将式(2)代入式(1)变换为:

式中:Z=R+X,为方便分析有功电流损耗,主要分析电流和电阻,电抗不计入分析。因此式(3)简化成:

因此清楚W与In2、R、cosφ的关系,要降低功耗W,就要设法在万能式断路器内部主回路采取恰当的结构,降低回路电阻R,优化设计。

比如主回路的动触头采用多组并联结构,举例:原In=1000A的三极断路器,W=3×106×Rcosφ;若采用10组并联,W=3×105×Rcosφ,W将降低10倍。

1.2 R的分析

R=ρ×l/S,一般长度不变,采用截面积为0.04 mm2的多股铜辫子,增大截面积S,电阻值降低明显。采用多回路方法同时可降低动静触头之间的电动斥力,增大接触面,减少接触电阻。抽屉座桥形触头采用多回路结构,一方面使主回路总电阻降低,另一方面通过分流来降低功耗,主回路的温升降低,从而有效降低了断路器内部主回路的功耗。

万能式低压断路器额定电流最大到6 300 A,因此需要研究集肤效应引起的主回路温升[2]。由于主回路电阻的增大引起温升升高,从而引起功耗增大。我们在主体断路器与抽屉桥形触头接插母排采用宽度10 mm的“U”形接插母排与配电系统连接的母排相接插,从而面积增加一倍,来达到我们分析研究的结果。

2 几种方案研究试验的功耗结果

根据上述的分析,对图2、图3、图4三种结构的低压断路器主回路结构在同一额定电流(In)情况下测试的总电阻R、功耗值W见表1。

cosφ为0.3～0.32,此值是在低压(AC12 V)大电流试验回路中测得的断路器主回路的cosφ值。

3 结语

通过各种结构对功耗影响的分析、研究、测试,采用多回路结构方法,来实现降低低压断路器主回路的有功电流功耗和铜耗是一种可行的途径。杭申控股集团有限公司研制成功的新一代HSW6系列断路器的功耗比原来研究的断路器同一壳架功耗降低30%,用铜消耗量降低10%,按GB 14048.2标准,IEC 60947.7标准温升值降低5～8 K。

参考文献

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

低压万能式断路器 篇5

本文首先对IEC61850标准[2]的特点和建模技术进行说明,然后对万能式断路器进行具体的模型构建,对万能式断路器的实现具有指导作用。

1 IEC61850标准简介

1.1 IEC61850标准的特点

IEC61850标准是变电站自动化系统的第一个完整的通信标准体系。与传统的通信协议相比,IEC61850有以下特点:使用分布、分层体系;使用面向对象建模技术;使用抽象通信服务接口(ACSI)、特殊通信服务映射(SCSM)技术;使用特殊报文规范(MMS)技术;具有互操作性;具有面向未来、开放的体系结构[3]。

1.2 IEC61850标准的建模技术

基于IEC61850标准对智能电子设备(IED)建模是IEC61850标准应用的关键。设备的数据建模是实现统一的信息标准和接口标准的重要环节之一。对设备进行建模,首先要清楚设备实现的功能、原理,作出完整的功能描述,然后将功能分解为逻辑节点。IEC61850把所有的功能分解成逻辑节点以满足功能的自由分布和分配,逻辑节点间通过逻辑连接相连,专用于实现数据交换。实际设备除了包含用逻辑节点和数据表示的通信可见的功能和信息外,还包括实际设备自身的信息和多个功能单元共享的信息,IEC61850定义了逻辑设备(LD)概念,用来反映上述信息,LD包含一些逻辑节点和逻辑节点之外的信息。每个逻辑节点都包含一组数据对象(Data),数据对象是诸多网络信息交换的基础,大多数设备的交互实际上就是通过服务对逻辑节点和设备中的数据进行的操作。每个数据对象又包含一组特定的数据属性(DA)[4]。IED的数据模型结构如图1所示。每个IED由服务器和应用组成,客户通过ACSI访问位于IED上的服务器,服务器包含逻辑设备,逻辑设备包含逻辑节点,逻辑节点包含数据对象,数据对象是由数据属性构成的,每个数据对象都是公共数据类(CDC)的一个实例[5]。

IEC61850标准将逻辑节点划分为保护、监视控制、物理装置、系统和装置安全、一次设备相关节点、有关系统服务节点6大类,提供了80多种逻辑节点,30个公共数据类以及350多种数据对象,涵盖了变电站所有的功能[6]。IEC61850-7-2部分提供了各种模型结构包括服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型等。

IED的服务器类(Server)代表了IED设备所有对外可见的操作,其数据有:ServerAccessPoint[1…n](服务器访问点);LogicalDevice[1…n](逻辑设备);File[0…n](文件);TPAppAssociation[0…n](双边应用关联);MCAppAssociation[0…n](多路广播应用关联)。提供的服务有GetServerDirectory(获得服务器目录,可返回服务器内的逻辑设备名称和文件名称的对象引用)[7]。

逻辑设备类是逻辑节点按一定功能组成的集合,其数据有:LDName(逻辑设备名称);LDRef(逻辑设备的引用,与逻辑设备名称相同);LogicalNode[3…n](逻辑节点,1个逻辑设备至少包括1个物理设备逻辑节点LPHD和1个逻辑节点零LLN0,以及1个其他的逻辑节点。逻辑设备内至少包含3个逻辑节点)。提供的服务有GetLogicalDeviceDirectory(读逻辑设备目录,检索全部逻辑节点的对象引用表)。

逻辑节点类完成IED的基本单元的一定逻辑功能,其数据属性有:LNName(逻辑节点的实例名);LNRef(逻辑节点的路径名);Data[1…n](逻辑节点包含的数据组);DataSet[0…n](逻辑节点包含的数据集属性组);BufferedReportControlBlock[0…n](缓冲报告控制块)、UnBufferedReportControlBlock[0…n](非缓冲报告控制块);Log ControlBlock[0…n](设置组控制块的标识)等数据。提供的服务有GetLogicalNodeDirectory(读逻辑节点目录)和GetAllDataValues(读全部数据值)。逻辑节点被引用的格式为:LDName/LNName。

数据对象是最小的信息单元,其数据属性有:DataName(数据名);DataRef(数据路径);Presence(是否出现);DataAttribute[0…n](数据属性)等数据。提供的服务有GetDataValues(读数据值);SetDataValues(设置数据值);GetDataDirectory(读数据目录);GetDataDefinition(读数据定义)。数据被引用的格式是:LDName/LNName.DataName[8]。

2 万能断路器模型构建

2.1 功能定义

万能式断路器最主要的作用是在配电网中,分配电能和保护线路及设备免受过载、短路、欠电压和接地故障等的危害,特别适用于需要提高供电可靠性,避免不必要停电的配点网络中[9]。万能式断路器具有下面一些功能。

a.测量功能:包括对三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、电网频率、设备温度等的测量。

b.保护功能:包括过载长延时保护、短路短延时保护、瞬时动作保护、接地故障保护功能等。

过载长延时保护:当万能式断路器实际电流超过长延时电流设定值时,控制器发出报警信号,延时一段时间后微处理器发出跳闸信号。

短路短延时保护:当万能式断路器实际电流超过短延时电流设定值时,控制器发出报警信号,延时一段时间后微处理器发出跳闸信号。

瞬时动作保护:当万能式断路器实际电流超过瞬时电流设定值时,微处理器立即发出跳闸信号。

接地故障保护功能:当万能式断路器实际电流超过接地故障电流设定值时,微处理器发出报警信号,延时一段时间后发出跳闸信号。

c.试验功能:控制器可模拟瞬动故障试验,检查控制器与断路器配合的完好情况。

d.显示功能:采用LCD液晶显示控制信息和CPU周围的环境温度、运行、故障、试验、通信、设置参数等状态。

e.自诊断功能:控制器定时对CPU、模拟量输入和开关量输入/输出通道等主要芯片做自检。

f.负载监控功能:在线路故障电流超过负载监控整定值,而未达到过载电流整定值时,控制器发出报警和控制信号[10]。

2.2 功能分解

本文主要对万能式断路器的保护功能进行建模。大多数功能至少由3个逻辑节点组成,包括核心功能逻辑节点、过程接口逻辑节点、供人员访问的人机接口IHMI逻辑节点[11]。万能式断路器保护功能所涉及到的逻辑节点有人机接口逻辑节点(IHMI)、交流定时过流保护逻辑节点(PTOC)、瞬时过流保护逻辑节点(PIOC)、电流互感器逻辑节点(TCTR)、电压互感器逻辑节点(TVTR)、断路器逻辑节点(XCBR)、开关控制逻辑节点(CSWI)[12]。其中IHMI是指断路器装置中的人机接口;TCTR、TVTR分别表示电子式电流互感器和电子式电压互感器,用来采集数据,将数据本地数字化后向保护逻辑节点传送;操纵XCBR需要经过CSWI才能实现;PTOC实现的功能为过载长延时保护功能、短路短延时保护功能和接地故障保护功能;PIOC实现了瞬时保护功能。图2为保护功能所涉及到的逻辑节点的关系图。

2.3 逻辑节点建模

逻辑节点作为功能的最小单位,封装了与功能有关的数据对象和操作。对实现某个特定功能的逻辑节点建模,其实质就是以IEC61850-7-4中兼容逻辑节点类为模板,确定采用哪些数据和操作,从而产生逻辑节点实例。下面以万能式断路器的PIOC为例进行建模,如图3所示。

图中每个数据对应一个公共数据类(CDC),如模式(Mode)对应可控整数状态(INC)。其他几个CDC整数状态(INS)、逻辑节点铭牌(LPL)、方向保护激活信息(ACD)、保护激活信息(ACT)、模拟定值(ASG)[13]都是IEC61850第7-3部分中定义的。这样的公共数据类共有30个,所有的逻辑节点的数据都对应到这30个公用数据类上。图中的M/O表示这个数据是可选的还是必选的,其中M表示数据是必选的,O表示数据是可选的。

2.4 数据对象建模

逻辑节点中包括的数据对象是对逻辑节点所代表的功能的描述,每个数据对象由一个或若干个数据属性组成。对数据对象的建模就是以相应的CDC为模板,根据数据描述功能信息的要求,确定采用CDC中所包含的哪些数据属性作为所建模的数据对象的属性。下面以PIOC中的数据对象Oper(动作)为例说明数据对象的建模。Oper对应的公共数据类CDC为模拟定值ASG,以ASG为模板建立Oper的模型如图4所示。

图中的Presence为是否出现,如果在逻辑节点内的数据是强制的,Presence为TRUE;如果数据为选项,Presence为FALSE。本例中的数据Oper为强制的,所以Presence为TRUE。功能约束FC为数据属性的特性,它表征数据属性的特定用途,指出服务对特定数据属性的操作。IEC61850定义了17种功能约束FC,包括测量值MX、控制CO、取代SV等。Oper中包括的数据属性general、q、t的功能约束均为状态信息ST,表示数据属性的值可读、取代、报告或记入日志但不能写。触发选项TrgOp规定了与数据属性有关的触发条件,它引起发送报告或将日志条目存入日志中。触发条件包括有:数据变化dchg、品质变化qchg、数据值刷新dupd[14]。本例中的数据属性general的触发条件为数据变化dchg,q的触发条件为品质变化qchg。

2.5 逻辑设备建模

逻辑设备是一种虚拟设备,由逻辑节点和附加服务组成,1个IED可以分解为1个和多个逻辑设备。本例将万能式断路器在逻辑上看作一逻辑设备CBR,逻辑设备包含逻辑节点零(LNN0)、物理设备逻辑节点(LPHD)以及功能逻辑节点。LLN0是逻辑设备全局参数的描述,它的数据记录逻辑设备自身的一些信息,如逻辑设备铭牌、运行时间、自诊断结果等,它还具有定制组控制块、记录、面向对象的变电站事件控制块,以及多路/单路采样控制块等。LPHD描述了物理设备的参数,包括物理设备铭牌、设备的状态、故障、热启动次数、上电检测等[15]。逻辑设备CBR的模型如图5所示。

3 结语

低压万能式断路器 篇6

万能式断路器是低压电器中结构较为复杂、技术含量与经济价值较高并在低压配电系统中占有重要位置的产品[1]。万能式断路器又称框架式断路器, 能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流, 也能在规定的非正常电路条件下接通、承载一定时间和分断电流, 从而保护线路及电源设备免受过载、欠压、短路、单相接地等故障的危害[1,2]。近年来, 随着智能电网的兴起, 对配套性设备的性能也提出更高的要求, 万能式断路器的技术发展也趋于智能化。智能型万能式断路器由电力电子技术、数字化控制装置组成执行单元, 这就使得其电子线路更为复杂[3], 对万能式断路器的电子控制装置的电磁兼容性试验提出了更高的要求。

作为承担着万能式断路器电磁兼容性型式试验评价任务的实验室, 为使用户、制造商及相关试验人员更系统的理解该试验项目, 本研究以万能式断路器和电磁兼容性试验现行国家标准为依据, 系统讨论万能式断路器的电磁兼容试验技术。

1 试验对象

本研究以智能型万能式断路器CXUW1-1000/4为例进行分析, 万能式断路器的结构图如图1所示。控制器结构框图如图2所示。控制器是智能型万能式断路器的核心部件, 实现对电流信号、电压信号及环境信号进行实时处理和逻辑控制, 也是电磁兼容性试验的主要对象之一。该万能式断路器要求安装环境为:温度-5℃~40℃, 20℃时最大相对湿度不超过90%, 海拔不超过2 000 m。本次试验中, 将环境温度控制在20℃~25℃, 湿度控制在50%~60%, 1个标准大气压, 符合各试验的环境条件要求。

2 试验项目

本节对智能型万能式断路器型式试验要求、试验端口、试验方法以及发射试验的限值、抗扰度试验的合格性判定进行了系统阐述。

2.1 试验一般性要求

断路器CXUW1-1000/4的电磁兼容性试验依据国家标准GB 14048.2-2008附录F[4]。电流整定值IR应调整到最小值, 短延时和瞬时脱扣器的整定值 (如适用) 应调整到最小值, 但不小于2.5倍IR, 其余与试验无关的功能键设置为关闭状态。试验时, 要考虑断路器的缺相敏感性。下列3种方式认为其脱扣特性相同: (1) 多极断路器的一个相极; (2) 二极或三极串联; (3) 按三极连接。对于带剩余电流功能的断路器, 电快速瞬变/脉冲群、浪涌、射频场感应的传导骚扰试验在多极断路器的每两极上进行, 谐波电流和电流暂降试验可在任何相极组合下进行, 只要能避免剩余电流引起的误脱扣。试验时欠压脱扣器 (如有) 应通电或拆除, 其他辅助装置应断开。

2.2 抗扰度试验

对于抗扰度试验, 研究者应对每个壳架等级、每种电流传感器结构形式的一台断路器进行试验, 一般情况下, 应选择相同壳架等级下额定电流最大的断路器进行试验。除非另有说明, 试验场地为屏蔽室。

抗扰度试验共有7项, 其中静电放电、电快速瞬变/脉冲群、浪涌试验需在专用的外壳中试验, 其余抗扰度试验均在自由空气中进行试验。除非试品仅用于一专用的单独外壳中 (仅限谐波电流和电流暂降试验中) 。

由于断路器CXUW1-1000/4无缺相敏感性, 除非另有说明本研究均采用两极串联方式进行试验。辅助电源额定电压为230 V, 电流整定值为400 A, 短延时和瞬时脱扣器的整定值均为1 000 A。2倍电流整定值时, 按制造商提供的时间电流特性设置后, 要求脱扣时间范围为8.43 s±15%。

2.2.1 谐波电流

考查电力线路出现低频骚扰时 (如谐波电流[5]等) , 断路器的抗干扰能力。

试验电流波形由两个方案可选:

(1) 依次采用两种波形:由基波和3次谐波构成的波形;由基波和5次谐波构成的波形;72%基波含量≤3次谐波≤88%基波含量、峰值系数2.0±0.2;45%基波含量≤5次谐波≤55%基波含量, 峰值系数1.9±0.2。

(2) 由基波及3次、5次和7次谐波分量组成的波形;3次谐波>60%基波含量, 5次谐波>14%基波含量, 7次谐波>7%基波含量;对每个周期, 试验电流由两个相等极性相反的半波构成, 电流导通时间每半波≤21%周期, 峰值系数≥2.1。

这里选择方案 (1) , 3次谐波72%基波含量, 峰值系数2.1, 5次谐波45%基波含量, 峰值系数2.0。0.9倍电流整定值 (360 A) 时, 试验持续时间为2倍电流整定值的脱扣时间的10倍, 即84.3 s。

2.2.2 静电放电

考查断路器在运行中, 操作人员易于接触的部位耐受静电放电的能力。试验等级[6]及放电位置如表1所示。

注:A/B—分别代表接触放电/空气放电的值。

2.2.3 射频电磁场辐射

考查断路器在80 MHz~1 GHz频率范围内在10 V/m的电场强度下的耐受能力[7]。试验在半电波暗室中, 分两步进行:第1步在整个频率范围内对断路器进行误动作试验;第2步断路器在各个频率点进行正确动作试验。仅在断路器正面进行试验。试验等级及参数如表2所示。

2.2.4 电快速瞬变/脉冲群

考查断路器电源端口、电信端口对由闪电、接地故障或切换电感性电路而引起的信号参数产生瞬时扰动时的抗干扰能力[8]。试验等级及参数如表3所示。

注:A/B—分别代表电源端口/电信端口的值。

2.2.5 浪涌

考查断路器交流主电路端口的线—线和线—地对发生断路或雷电瞬变引起的单极性浪涌 (冲击) 的抗干扰能力[9]。试验等级及参数如表4所示。

注:A/B—分别代表线-线/线-地的值。

2.2.6 射频场感应的传导骚扰 (共模)

考查断路器电源端口和电信端口处于各种电磁辐射环境下 (如手持无线电收发机、无线电广播、各种工业电磁源等) 的抗干扰能力[10]。试验分两步进行:第1步在整个频率范围内对断路器进行误动作试验;第2步断路器在各个频率点进行正确动作试验。试验等级及参数如表5所示。

注:A/B—分别代表电源端口/信号端口的值。

2.2.7 电流暂降

考查电力线路出现低频骚扰时 (如电流暂降、短时中断) , 断路器的抗干扰能力。试验时间为相应于2倍电流整定值的最大脱扣时间的3倍和4倍之间或10 min, 取较小者, 取10 min。试验等级及参数如表6所示。

注:A/B—暂降试验电流相同情况下, 依次进行不同持续时间的暂降, T—正弦电流的周期, IR—电流整定值。

2.2.8 性能评价

抗扰度试验的结果按下列中性能标准进行评价:

性能标准A:第1步, 断路器在0.9倍电流整定值时不应脱扣, 同时监控功能 (如有) 应正确指示断路器的状态;第2步, 当负载在2倍电流整定值时, 断路器应在制造商规定的时间电流特性的0.9倍最小值和1.1倍最大值之内脱扣, 同时监控功能 (如有) 应正确指示断路器的状态。

性能标准B:在试验期间, 断路器在0.9倍电流整定值时不应脱扣。试验后, 断路器在2倍电流整定值时应与制造商规定的时间电流特性一致, 同时监控功能 (如有) 应正确指示断路器的状态。

CXUW1-1000/4无外置信号线, 故只对电源端口进行测试, 附录F适用的过电流保护短路器装于断路器内, 且与线路电压或任何辅助电源无关。具体试验结果评价如表7~9所示。

2.3 发射

由于电子控制器电路在极低功率下工作, 产生的骚扰可忽略, 不需要做谐波和电压波动试验。另, 电子电路与电源无直接连接, 并在极低功率下工作, 所以产生的传导射频骚扰可忽略不计。

注:A/B—分别代表水平和垂直极化方向的值。

试验在半电波暗室中, 测试距离为3 m, 断路器辐射射频骚扰[11]试验结果应符合1组B类限值, 如表10所示。测试结果如图3、表11所示。

3 结束语

智能型万能式断路器通过使用了各种电子元件从而使得诸多性能大大提高, 在智能电网建设中得到了广泛的使用;但同时, 万能式断路器面临着较为复杂的电磁兼容性问题, 如本研究在试验中, 部分断路器在进行射频场感应的传导骚扰试验时出现误动作, 控制器面板在进行静电放电试验时显示功能失常等。以CXUW1-1000/4为例, 本研究对万能式断路器的电磁兼容型式试验技术进行了系统地阐述, 为相关人员特别是制造商提供了参考, 以便依据试验方法及要求, 在设计阶段就采取合理的措施, 如确保电感电容元件接地良好、合理设计PCB布线、提高元件焊接工艺等, 以提高电磁兼容性型式试验的一次性通过率, 避免后期改动设计造成时间和成本上的损失。

参考文献

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[8]王英, 万保权, 翁海丰, 等.GB/T 17626.4-2008, 电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验[S].北京:中国标准出版社, 2009.

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低压万能式断路器 篇7

随着市场的发展,对供电质量的要求越来越高,配电系统必须保证供电的可靠性,在故障处理上,要求能在最短的时间内恢复供电,将生产损失降低到最小。为此,欠压脱扣器的性能、安装使用、维修措施尤其重要[1,2]。根据用户的要求,将改进型DW15-630万能式断路器作以下介绍。

1 改进型DW15-630万能式断路器

1.1 改进设计原则

1)在不改变产品技术性能、技术指标的前提下,改变欠压脱扣器的安装位置,把欠压脱扣器的安装位置从操作机构的背后移出来,放到比较醒目的地方,使操作者调节整定方便,便于观察,用户能清楚看见欠压脱扣器的规格和技术数据。

2)在不改变机械操作性能的基础上,使改进设计后的产品零件容易加工,不需要增加太多的费用。

3)操作简单、可靠、维护方便。

4)售后服务咨询清晰,能快速解决实际问题。

1.2 总体结构设计

改进型DW15-630万能式断路器与原设计从外观看有较明显的不同,改进型的断路器外形见图1。

1-侧板2-欠压支架3-欠压脱扣器4-止挡5-拉杆6-转轴7-凸轮8-复位弹簧9-侧板10-灭弧罩11-辅助开关12-电磁铁13-电动控制箱14-操作机构15-分励脱扣器16-螺钉17-弹簧垫圈18-平垫圈19-热继电器

1)从外观上看,改进型DW15-630万能式断路器欠压脱扣器通过支架安装在左侧板上(原设计欠压脱扣器安装在操作机构底板的后面,从断路器正面看是看不见的)。欠压脱扣器衔铁上的拉杆与操作机构螺杆相连接,见图1拉杆5。

2)侧视图中按照欠压线圈尺寸加工成方孔,可以清楚看到改进型DW15-630万能式断路器欠压脱扣器线圈所有的技术数据及其铁心极面与衔铁的接触面,同时可以清楚看到欠压脱扣器衔铁上的反力弹簧在左侧板长方孔内。

3)从外观上看,改进型DW15-630万能式断路器主转轴的复位弹簧的位置在断路器的右侧面,见图1复位弹簧8。

4)调节欠压脱扣器动作特性的螺杆及螺母在左侧面内侧,很容易看到,调节也方便。

5)欠压脱扣器动作特性是通过调节欠压脱扣器拉杆上的调节螺钉来保证断路器可靠的动作,见图1中16-螺钉、17-弹簧垫圈、18-平垫圈。

1.3 具体措施

1)主转轴反力弹簧(复位)由主转轴左边移到右端(增加一个凸轮焊接在主转轴右端)见图2。

1-轴2-定位件3-凸轮

2)右侧板底部加工一个φ7.5 mm孔,穿螺杆挂复位弹簧。

3)左侧板加工有一个方形孔(50 mm×52 mm)欠压脱扣器的线圈骨架及数据标牌放置其中,用户清楚可见欠压脱扣器的参数。

4)左侧板有一个长腰孔(15 mm×55 mm)以备调节欠压脱扣器拉杆的位置,使断路器动作可靠。

5)断路器合闸前,欠压脱扣器必须通电吸合,断路器断开时欠压脱扣器衔铁应有止挡限制其与铁心极面的距离,使衔铁与铁心极面间有1~1.5 mm的距离,目的是保证欠压脱扣器在通电时能可靠吸合,止挡的设计见图3。

2 产品特点和优势

1)便于用户对断路器的维护,可以定期处理欠压脱扣器极面上的污物,保证电磁铁吸力,实现8 h通电或者不间断通电运行。

2)更换欠压脱扣器时不用拆装操作机构,能快速、及时保证配电网络正常供电。

3)便于调整欠压脱扣器动作值,调节螺杆位置可见,调节反力弹簧很方便。

4)便于调整欠压脱扣器动作可靠性。

5)欠压脱扣器线圈接线端子与过电流弹簧的距离增加,电气间隙增大,保证用电安全性。

6)对于在供电质量较差的企业,如果不需要欠压脱扣器功能时,用尖咀钳轻巧的将欠压脱扣器的反力弹簧拆下即可。避免由于电压波动太大而经常跳闸。

3 试验验证

3.1 欠压脱扣器吸合电压、释放电压按G B/T14048.2要求动作

1)在额定工作电压85%以上时,欠压脱扣器能保证断路器可靠地闭合。

2)在额定工作电压35%以下时,能保证断路器不能闭合。

3)在额定工作电压降低到70%~35%时,欠压脱扣器能保证断路器可靠地断开。

3.2 操作性能试验

断路器电动操作,按额定控制电源电压、最大、最小控制电源电压试验各5次(欠压脱扣器额定工作电源电压分别为85%Ue、100%Ue、110%Ue)试验正常、可靠。

4 结语

改进型DW15-630万能式断路器课题是来源于用户的需要,目前,已经大量投入市场,用户非常满意,企业不但可以自己维护生产,而且减少了可观的经济损失。

对于生产企业来讲,减少了技术人员出差维修次数,降低了退货率,降低了成本。实践证明,改进后的断路器具有操作简单、动作可靠、便于观察、维护方便等特点。

参考文献

[1]连理枝.低压断路器设计与制造[M].北京:中国电力出版社,2003.