王文廣，吳健，邱書(shū)明，暢振堂，程少煒

（天津電氣科學(xué)研究院有限公司，天津 300180）

具有剩余電流保護(hù)功能斷路器測(cè)試臺(tái)

王文廣，吳健，邱書(shū)明，暢振堂，程少煒

（天津電氣科學(xué)研究院有限公司，天津 300180）

簡(jiǎn)要介紹剩余電流保護(hù)功能斷路器測(cè)試臺(tái)的系統(tǒng)組成，依據(jù)GB14048.2—2008《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器》試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用調(diào)壓器與變壓器結(jié)合使用產(chǎn)生不同等級(jí)電壓，使用電流傳感器進(jìn)行采樣。實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有低損耗，精度高，適用范圍大等優(yōu)點(diǎn)，可用于不同等級(jí)具有剩余電流保護(hù)功能的斷路器的檢測(cè)試驗(yàn)。

剩余電流；斷路器；試驗(yàn)臺(tái)

具有剩余電流保護(hù)功能的斷路器（簡(jiǎn)稱CBR）能夠?qū)υO(shè)備過(guò)載、短路及電擊起到雙重保護(hù)的作用，而且還能夠間接的對(duì)設(shè)備結(jié)緣及操作人員接觸進(jìn)行保護(hù)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要依據(jù)國(guó)標(biāo)GB14048.2—2008《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器》，通過(guò)采用調(diào)壓器、變壓器、接觸器、電壓電流傳感器、美國(guó)NI公司的PCI數(shù)據(jù)采集卡及自行研發(fā)設(shè)計(jì)的選相開(kāi)關(guān)控制器設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)等元器件設(shè)計(jì)完成。試驗(yàn)臺(tái)可完成額定負(fù)載電流6～800 A，漏電實(shí)驗(yàn)電流6 mA～1 250 A范圍內(nèi)的試驗(yàn)，電流控制精度為±2%，電流測(cè)量精度為±0.5%，電壓控制精度為±2%，電壓測(cè)量精度為±0.5%，時(shí)間控制精度為±10 ms，時(shí)間測(cè)量精度為±1 ms，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間可達(dá)4 h。

1 測(cè)試臺(tái)總體方案

1.1按控制功能分類

系統(tǒng)由電源、輔助電源部分、測(cè)量部分及控制部分組成。

電源部分包括保護(hù)框架斷路器、接觸器、單相調(diào)壓器、單相變壓器、抽頭變壓器等。

測(cè)量部分包括工控機(jī)、PCI采集模塊、電流傳感器、電壓互感器等。

控制部分包括PLC主機(jī)、數(shù)字輸入和輸出、端子、繼電器、保護(hù)開(kāi)關(guān)等。

1.2 按試驗(yàn)功能分類

系統(tǒng)由電源回路、負(fù)載回路、漏電回路組成。

1）電源回路。本系統(tǒng)采用并聯(lián)回路方式進(jìn)行，即采用變壓器背包的形式進(jìn)行，變壓器的變比為380 V/50 V和380 V/80 V，所需要的220 V和380 V電壓直接從電源側(cè)引入即可。采用回路進(jìn)線與變壓器串聯(lián)輸出電壓的方式，可以很好地保證輸出電壓范圍跨度較大的問(wèn)題，節(jié)省調(diào)壓器及變壓器的容量，節(jié)省成本。同時(shí)，利用調(diào)壓器與變壓器配合的方式，可以實(shí)現(xiàn)電壓范圍85%～110%的無(wú)極調(diào)節(jié)范圍，保證試驗(yàn)?zāi)軌蚍舷嚓P(guān)實(shí)驗(yàn)的要求。

2）負(fù)載回路。由于負(fù)載電流最大可至800A，如果以全電壓全電流長(zhǎng)期通電，利用電阻吸收能量，則所需電功率太大，造成能源的浪費(fèi)。而剩余電流斷路器的工作電壓在其額定電壓附近，如果對(duì)其施加的電壓小于工作電壓，則斷路器無(wú)法產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作。本系統(tǒng)借助調(diào)壓器和變壓器，利用被試件上下口電壓差來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載電流，并在負(fù)載電流變壓器和被試件下口之間，增加3套1比1的隔離變壓器，使得被試件的上口可以調(diào)節(jié)為任意電壓，而負(fù)載電流由壓差短路電流得來(lái)，所需功率很小。這樣既滿足了試驗(yàn)要求，又實(shí)現(xiàn)了最大程度的節(jié)能。

電源和負(fù)載回路如圖1所示。

圖1 電源回路、負(fù)載回路Fig.1 Power circuit and load circuit

3）漏電回路。漏電調(diào)節(jié)范圍極寬，可從2 mA至1 250 A。其中2 mA至2 A為無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)（系統(tǒng)最小測(cè)量精度可達(dá)0.2%），通過(guò)可調(diào)電阻實(shí)現(xiàn)；2 A至1 250 A為有級(jí)調(diào)節(jié)，分辨率為1 A，通過(guò)電阻柜切換電阻實(shí)現(xiàn)。漏電電流的接通和關(guān)斷主要通過(guò)我公司自主研發(fā)的選相開(kāi)關(guān)控制器實(shí)現(xiàn)。選相開(kāi)關(guān)控制器主要完成對(duì)單相電壓進(jìn)行精確的角度及周期控制，可以完成試驗(yàn)通電角度的調(diào)整，觸發(fā)角度控制精度為±1°，同時(shí)有多種功能轉(zhuǎn)換。

漏電回路單線圖如圖2所示。

圖2 漏電回路Fig.2 Leakage circuit

針對(duì)“疊加平滑直流6 mA”試驗(yàn)，在漏電回路中并聯(lián)了1套變壓器+整流橋，通過(guò)接觸器切換，實(shí)現(xiàn)不同相極和方向的通電控制。

2 測(cè)試臺(tái)功能

測(cè)試臺(tái)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如下。

1）GB14048.2—2008《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器》［1］。

2）GB16916.1—2003《家用和類似用途的不帶過(guò)電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器（RCCB）第1部分：一般規(guī)則》［2］。

3）GB16917.1—2003《家用和類似用途的帶過(guò)電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器（RCBO）第1部分：一般規(guī)則》［3］。

4）GB/Z 6829—2008《剩余電流動(dòng)作保護(hù)電器的一般要求》［4］。

試驗(yàn)臺(tái)可完成實(shí)驗(yàn)。

2.1 剩余電流穩(wěn)定上升試驗(yàn)

該試驗(yàn)依照GB14048.2—2008B.8.2.4.1進(jìn)行。

用于測(cè)試可以調(diào)節(jié)延時(shí)的CBR，根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)在最小整定下進(jìn)行試驗(yàn)，可設(shè)定試驗(yàn)次數(shù)、試驗(yàn)相電壓、試驗(yàn)剩余電流起止值。實(shí)驗(yàn)過(guò)程系統(tǒng)將從起始電流開(kāi)始對(duì)所選剩余電流測(cè)試相加穩(wěn)態(tài)上升的剩余電流，如圖3所示，Δt=30 s內(nèi)到達(dá)剩余電流終止值。被試件在剩余電流上升過(guò)程中，如出現(xiàn)脫扣，系統(tǒng)將自動(dòng)記錄脫扣時(shí)剩余電流；如被試件在剩余電流上升過(guò)程中未脫扣，系統(tǒng)將在電流終止值保持10 s后，自動(dòng)終止本次試驗(yàn)，并將終止剩余電流記錄為脫扣剩余電流，然后開(kāi)始下一次試驗(yàn)。系統(tǒng)還可在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際情況強(qiáng)行終止實(shí)驗(yàn)。

圖3 剩余電流穩(wěn)定上升Fig.3 Stable rise of residual current

2.2 閉合剩余電流動(dòng)作試驗(yàn)

該試驗(yàn)依照GB14048.2—2008 B.8.2.4.2進(jìn)行。

計(jì)量溯源性是測(cè)量不確定度的主要來(lái)源[4]。測(cè)量不確定直接反映出測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量[5]。因此，實(shí)驗(yàn)室可以結(jié)合特定測(cè)量設(shè)備歷年校準(zhǔn)結(jié)果給出的不確定度來(lái)評(píng)估該校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的技術(shù)能力。建議實(shí)驗(yàn)室應(yīng)及時(shí)關(guān)注校準(zhǔn)規(guī)范/規(guī)程的發(fā)布與實(shí)施，動(dòng)態(tài)管理和評(píng)價(jià)合格校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)資質(zhì)與能力。

用于測(cè)試CBR閉合剩余電流動(dòng)作正確性，系統(tǒng)可設(shè)置試驗(yàn)次數(shù)，試驗(yàn)相電壓、試驗(yàn)剩余電流值。試驗(yàn)進(jìn)行前系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)整電壓和剩余電流到設(shè)定值，然后分?jǐn)啾辉嚰?，確認(rèn)開(kāi)始試驗(yàn)后，在30 s內(nèi)閉合被試件進(jìn)行試驗(yàn)。如果被試件閉合后脫扣，系統(tǒng)自動(dòng)記錄剩余電流波形，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)；如果被試件閉合后未脫扣，則系統(tǒng)將保持剩余電流40 s后，自動(dòng)停止本次測(cè)量，系統(tǒng)將記錄剩余電流設(shè)定值。

2.3 突然出現(xiàn)剩余電流試驗(yàn)

該試驗(yàn)依照GB14048.2—2008 B.8.2.4.3，B.8.2.4.3進(jìn)行。

用于測(cè)量CBR突然出現(xiàn)剩余電流試驗(yàn)和延時(shí)型CBR的動(dòng)作時(shí)間，系統(tǒng)可設(shè)置試驗(yàn)次數(shù)、試驗(yàn)相電壓、試驗(yàn)剩余電流、電流持續(xù)時(shí)間。試驗(yàn)進(jìn)行前系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)整電壓和剩余電流到設(shè)定值，然后分?jǐn)啾辉嚰_認(rèn)開(kāi)始試驗(yàn)，被試件閉合后，系統(tǒng)將對(duì)被試件所選剩余電流測(cè)試極突然施加試驗(yàn)剩余電流，最大保持時(shí)間為電流持續(xù)時(shí)間的設(shè)定值。如果被試件閉合后脫扣，系統(tǒng)自動(dòng)記錄剩余電流波形，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.4 剩余脈動(dòng)直流連續(xù)上升試驗(yàn)

該試驗(yàn)依照GB14048.2—2008B.8.7.2.1進(jìn)行。根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置Fig.4 Test data set

如圖4設(shè)置試驗(yàn)相電壓、試驗(yàn)剩余電流上限值。系統(tǒng)將從最小剩余電流開(kāi)始，對(duì)所選剩余電流測(cè)試相依次施加穩(wěn)定上升的脈動(dòng)直流剩余電流，直至電流上限值。脈動(dòng)直流電流分別為正反向0°，90°，135°，每個(gè)狀態(tài)做2次測(cè)量，共12次測(cè)量。如果被試件在此期間內(nèi)脫扣，則系統(tǒng)自動(dòng)記錄脫扣時(shí)的剩余電流，再開(kāi)始下次測(cè)量。如果被試件在此期間未脫扣，則系統(tǒng)在剩余電流終止值保持十余s后，自動(dòng)停止本次測(cè)量，脫扣剩余電流記錄為剩余電流上限值。

2.5 突然出現(xiàn)剩余脈動(dòng)直流試驗(yàn)

根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，可設(shè)置試驗(yàn)相電壓、試驗(yàn)剩余電流、電流持續(xù)時(shí)間。統(tǒng)將對(duì)被試件所選剩余電流測(cè)試極依次突然施加正反向的脈動(dòng)直流剩余電流，最大保持時(shí)間為電流持續(xù)時(shí)間的設(shè)定值，每個(gè)方向做2次測(cè)量，共4次測(cè)量。如果被試件脫扣，則系統(tǒng)自動(dòng)記錄剩余電流波形，開(kāi)始下一次測(cè)量。

2.6 疊加平滑直流6 mA試驗(yàn)

該試驗(yàn)依照GB14048.2—2008B.8.8.7.2.4進(jìn)行。

用于驗(yàn)證該試驗(yàn)下CBR動(dòng)作的正確性。根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置好試驗(yàn)相電壓、剩余電流上限值。系統(tǒng)從最小剩余電流開(kāi)始，對(duì)所選剩余電流測(cè)試極依次施加穩(wěn)定上升的正反向脈動(dòng)直流剩余電流，直至電流上限值。試驗(yàn)電流疊加了與脈動(dòng)直流同向的6 mA平滑直流電流。每個(gè)狀態(tài)做2次測(cè)量，共4次測(cè)量。如果被試件在此期間內(nèi)脫扣，則系統(tǒng)自動(dòng)記錄剩余電流有效值曲線，彈出“數(shù)據(jù)查詢與報(bào)表”畫(huà)面，開(kāi)始下一次測(cè)量。如果被試件在此期間未脫扣，則系統(tǒng)在剩余電流終止值保持十余s后，自動(dòng)停止本次測(cè)量。

2.7 確定電源電壓極限值試驗(yàn)

該試驗(yàn)依照GB14048.2—2008 B.8.8.1進(jìn)行。

用于試驗(yàn)CBR電源電壓極限值。由于本系統(tǒng)電壓只能分段連續(xù)調(diào)節(jié)，電壓的下降只能分段進(jìn)行，分別為350～300V，300V～供電相電壓，供電相電壓～170V，170～136 V，136～70 V，70～0 V。每次調(diào)節(jié)開(kāi)始前，系統(tǒng)自動(dòng)將電壓調(diào)整至本段上限值，確認(rèn)被試件閉合后，點(diǎn)擊“繼續(xù)”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)下降電壓至本段下限值。如果被試件脫扣，則系統(tǒng)自動(dòng)記錄脫扣時(shí)的電壓值，停止試驗(yàn)；如果被試件在電壓降低至每段的下限值后未脫扣，則系統(tǒng)保持電壓3 s后，自動(dòng)進(jìn)入下一段調(diào)整。

2.8 三相系統(tǒng)一相斷電下的試驗(yàn)

該試驗(yàn)依照GB14048.2—2008 B.8.9.1進(jìn)行。

用于試驗(yàn)電源電壓故障時(shí)是否能夠斷開(kāi)。如圖5所示。

圖5 電壓暫降Fig.5 Voltage sag

根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置好試驗(yàn)次數(shù)、試驗(yàn)相電壓、試驗(yàn)剩余電流、試驗(yàn)中斷開(kāi)的相、電流持續(xù)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中系統(tǒng)將對(duì)被試件所選剩余電流測(cè)試極突然施加試驗(yàn)剩余電流，最大保持時(shí)間為電流持續(xù)時(shí)間的設(shè)定值。如果被試件脫扣，則系統(tǒng)自動(dòng)記錄剩余電流波形，彈出“數(shù)據(jù)查詢與報(bào)表”畫(huà)面，開(kāi)始下一次測(cè)量。

2.9 被試件給電壓

本實(shí)驗(yàn)可為被試件提供0～350V之間的相電壓。

2.10 回路阻抗測(cè)定

當(dāng)進(jìn)行50 A以上大電流漏電試驗(yàn)時(shí)，由于此時(shí)剩余電流控制用的電阻很小，系統(tǒng)回路阻抗已經(jīng)不能忽略不計(jì)。而不同的被試件、不同的線纜、不同的環(huán)境條件，回路阻抗不盡相同，無(wú)法預(yù)測(cè)。因此，推薦在進(jìn)行大電流漏電試驗(yàn)之前，預(yù)先測(cè)定回路阻抗。

3 結(jié)論

具有剩余電流保護(hù)功能的斷路器質(zhì)量，尤其是剩余電流的動(dòng)作特性，直接關(guān)系到人身觸電保護(hù)的安全性［5］及設(shè)備的穩(wěn)定性。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)根據(jù)相關(guān)國(guó)家試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了特定的人機(jī)界面設(shè)定，使試驗(yàn)臺(tái)操作使用更簡(jiǎn)單；測(cè)量部分使用精度等級(jí)為0.01 mA～40 A的多組互感器，保證剩余電流測(cè)量的精度；控制部分采用自行研發(fā)的選相開(kāi)關(guān)控制器，能夠精確控制剩余電流的大小及時(shí)間。目前，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)已在國(guó)家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心投入使用，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)資質(zhì)認(rèn)定評(píng)審。

［1］GB14048.2—2008《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器》［S］.

［2］GB16916.1—2003《家用和類似用途的不帶過(guò)電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器（RCCB）第1部分：一般規(guī)則》［S］.

［3］GB16917.1—2003《家用和類似用途的帶過(guò)電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器（RCBO）第1部分：一般規(guī)則》［S］.

［4］GB/Z 6829—2008《剩余電流動(dòng)作保護(hù)電器的一般要求》［S］.

［5］李文蘋(píng).基于單片機(jī)控制的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器動(dòng)作特性檢測(cè)裝置的研究［D］.天津：河北工業(yè)大學(xué)，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

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

2015-11-14