陳 西, 袁志良

(蘇州西門子電器有限公司, 江蘇 蘇州 215129)

0 引 言

分斷能力測試是一種模擬性試驗,模擬現(xiàn)實使用過程中出現(xiàn)過載以及短路故障時,驗證低壓電器能否可靠地分斷測試回路中所出現(xiàn)的過載與故障電流[1]。在這些情況下,分斷電路中的電壓和電流都大于生弧電壓與生弧電流,因此在分斷過程中產(chǎn)品的觸頭系統(tǒng)不可避免地產(chǎn)生電弧,為此要求低壓電器可靠迅速地將電弧熄滅,不然電弧電流產(chǎn)生的高熱量能讓觸頭系統(tǒng)的金屬表面熔化,也就是常說的產(chǎn)品熔焊,進而導致觸頭系統(tǒng)甚至其他部件的燒毀?？茖W地考核低壓電器開關(guān)的分斷能力是保證低壓電器可靠地工作的一項重要檢測項目。

對負載電路的調(diào)節(jié)是分斷能力試驗中的一個重要環(huán)節(jié)。主要包括兩部分調(diào)節(jié):一個是對主回路的調(diào)節(jié),另一個是對振蕩電路的調(diào)節(jié)。主回路調(diào)節(jié)主要是用來模擬出相應的測試電壓、測試電流、功率因數(shù);振蕩回路調(diào)節(jié)是針對對瞬態(tài)電涌電流有規(guī)定的情況下,通過調(diào)節(jié)主回路中的振蕩頻率、振蕩系數(shù)來讓試驗回路更好地模擬產(chǎn)品現(xiàn)實使用情況中負載振蕩特性。需要指出的是無振蕩調(diào)節(jié)電路下進行的試驗比有振蕩調(diào)節(jié)電路進行的試驗要嚴酷,因為實際檢測過程中顯示振蕩調(diào)節(jié)電路對試驗結(jié)果有很大的影響,是決定試驗能否通過的關(guān)鍵因素。

現(xiàn)國內(nèi)外還沒有太多的文獻資料就振蕩電路調(diào)節(jié)對測試結(jié)果的影響進行分析和探討,不同的檢測機構(gòu)對振蕩回路的調(diào)節(jié)理解也不盡一致。為此本文結(jié)合實際檢測工作,首先,分析振蕩頻率與振蕩系數(shù)調(diào)節(jié)對測試結(jié)果的影響;然后基于這些分析結(jié)果,提出了振蕩系數(shù)調(diào)節(jié)和振蕩頻率調(diào)節(jié)分別如何影響試驗結(jié)果的結(jié)論,以達到提高低壓電器分斷測試的科學性與合理性的目的。

1 振蕩調(diào)節(jié)電路的定義

參照GB/T 14048.1—2012《低壓開關(guān)設備和控制設備第1部分:總則》,負載調(diào)節(jié)電路(負載星形接地)如圖1所示[2]。其中,S為電源;D為被試電器;S為調(diào)整相的選擇開關(guān);B為二極管;A為記錄儀;Ra為電阻器;G為高頻發(fā)生器;R為負載電路電阻器;X為負載電路電抗器;Rp為并聯(lián)電阻器;Cp為并聯(lián)電容器;I1、I2、I3為電流傳感器。

圖1 負載調(diào)節(jié)電路(負載星形接地)

調(diào)節(jié)振蕩電路主要是讓測試電路滿足瞬態(tài)恢復電壓特性要求。為了滿足模擬包含單獨電機負載(感性負載)的電路條件,參照GB/T 14048.1—2012,負載電路的振蕩頻率應按以下公式計算[1]。

f=2000Ic0.2Ue-0.8±10%

(1)

式中:f——振蕩頻率;

Ic——分斷電流;

Ue——額定工作電壓。

參照GB/T 14048.1—2012,振蕩系數(shù)γ調(diào)整[1]應為γ=1.1±0.05。

電路的振蕩特性,主要體現(xiàn)在兩個參數(shù):振蕩系數(shù)γ,振蕩頻率f。振蕩系數(shù)γ實際數(shù)值確定方法如圖2所示;振蕩頻率f實際數(shù)值確定方法如圖3所示。

圖2 振蕩系數(shù)γ實際數(shù)值確定方法

圖3 振蕩頻率f實際數(shù)值確定方法

參照GB/T 14048.1—2012附錄E,振蕩系數(shù)γ定義[1]為

(2)

式中:U11——高頻發(fā)生器不再供電給負載電路時波形的縱坐標;

U12——過零瞬間的縱坐標。

通常認為圖3從第二個波峰開始直流分量較小,因此振蕩頻率的計算應為第二個波峰到第三個波峰的頻率值。

2 振蕩電路調(diào)節(jié)的作用

通常通過調(diào)節(jié)圖1中的電容器Cp來調(diào)整振蕩頻率,通過調(diào)整電阻器Rp來調(diào)整振蕩系數(shù)。理論上,增加Cp,振蕩頻率f會隨之減小;增加Rp,振蕩系數(shù)γ會隨之增加。主回路自然振蕩屬性如圖4所示;主回路調(diào)整后的振蕩屬性如圖5所示。由圖4、圖5可見,調(diào)節(jié)振蕩回路可以將原先主回路的自然振蕩屬性調(diào)整到滿足標準要求的振蕩屬性。

對比圖4與圖5,能清晰地看出振蕩調(diào)節(jié)電路能在很大程度上調(diào)整回路中的振蕩屬性。

圖4 主回路自然振蕩屬性

圖5 主回路調(diào)整后的振蕩屬性

3 振蕩調(diào)節(jié)回路對分斷試驗結(jié)果的影響

接下來通過實際檢測,從調(diào)節(jié)與不調(diào)節(jié)振蕩頻率f、振蕩系數(shù)γ的角度,只調(diào)節(jié)振蕩頻率f、不調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)γ的角度,只調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)γ、不調(diào)節(jié)振蕩頻率f的角度出發(fā),探討振蕩頻率調(diào)節(jié)與振蕩系數(shù)調(diào)節(jié)對分斷試驗結(jié)果的影響。

在分斷試驗過程中,燃弧的實際情況很大程度上決定了產(chǎn)品能否通過分斷試驗。因此,接下來的分析中,主要對比在同樣測試參數(shù)下的燃弧數(shù)據(jù),燃弧數(shù)據(jù)主要體現(xiàn)在最大燃弧電壓、燃弧時間、燃弧能量3個方面。

3.1 調(diào)節(jié)與不調(diào)節(jié)振蕩回路對分斷試驗結(jié)果的影響分析

本文以檢測隔離開關(guān)在電動機負載類型下的分斷試驗為實例,功率因數(shù)定義為0.45(模擬單獨電機負載)、恢復電壓為725 V,分斷電流為1 600 A;通過調(diào)整主回路的阻抗得到上述電參數(shù),主回路阻抗確定下來后,主回路的自然振蕩屬性就定義好了,然后在不調(diào)節(jié)振蕩回路和調(diào)節(jié)振蕩回路兩種情況下進行分斷試驗,根據(jù)試驗結(jié)果進行相應的影響分析。

首先在不使用振蕩調(diào)節(jié)電路的情況下進行分斷試驗。未調(diào)節(jié)振蕩電路下分斷試驗波形和燃弧數(shù)據(jù)實測值如圖6所示。

圖6 未調(diào)節(jié)振蕩電路下分斷試驗波形和燃弧數(shù)據(jù)實測值

調(diào)節(jié)振蕩電路下分斷試驗波形和燃弧數(shù)據(jù)值如圖7所示。

圖7 調(diào)節(jié)振蕩電路下分斷試驗波形與燃弧數(shù)據(jù)實測值

綜合分析兩次分斷試驗中的燃弧實測數(shù)據(jù),未調(diào)節(jié)與調(diào)節(jié)振蕩電路燃弧實測數(shù)據(jù)對比如表1所示。

表1 未調(diào)節(jié)與調(diào)節(jié)振蕩電路燃弧實測數(shù)據(jù)對比

表1的對比數(shù)據(jù)顯示調(diào)節(jié)振蕩電路很大程度上限制了燃弧時間、最大燃弧電壓,進而達到限制燃弧能量的目的。燃弧時間短說明產(chǎn)品在分斷的過程很快熄滅了電弧,并有效地限制住了最大燃弧電壓,避免分斷試驗過程中產(chǎn)生大量的熱量,也就避免了對產(chǎn)品的巨大熱沖擊,尤其是對相應的觸頭系統(tǒng)的沖擊。實際檢測中不調(diào)節(jié)振蕩電路時,產(chǎn)品因為燃弧時間過長起火,但是經(jīng)過調(diào)節(jié)振蕩電路,燃弧時間縮短,產(chǎn)品通過試驗。這也證明了調(diào)節(jié)與未調(diào)節(jié)振蕩電路對分斷試驗是有很大的影響,但不清楚調(diào)節(jié)振蕩頻率與振蕩系數(shù)分別影響燃弧的哪方面數(shù)據(jù)。因此接下來分別從只調(diào)節(jié)振蕩頻率或只調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)來進一步分析和探討。

3.2 只調(diào)節(jié)振蕩頻率f對分斷試驗影響分析

振蕩電路的調(diào)節(jié)一直是分斷試驗中的一個難點。有的時候很難通過調(diào)整Rp、Cp同時讓振蕩頻率與振蕩系數(shù)都滿足標準要求,因此有的時候只能滿足振蕩頻率f的要求或只能滿足振蕩系數(shù)γ的要求。在此先分析只調(diào)節(jié)振蕩頻率f,不調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)γ對分斷試驗影響。

首先不調(diào)節(jié)振蕩頻率進行分斷試驗,未調(diào)節(jié)振蕩頻率下分斷試驗波形如圖8所示。

圖8 未調(diào)節(jié)振蕩頻率下分斷試驗波形

然后在調(diào)節(jié)振蕩頻率下進行分斷試驗,調(diào)節(jié)振蕩頻率下分斷試驗波形和燃弧數(shù)據(jù)實測值如圖9所示。

圖9 調(diào)節(jié)振蕩頻率下分斷試驗波形和燃弧數(shù)據(jù)實測值

將兩次試驗的燃弧數(shù)據(jù)實測值匯總,調(diào)節(jié)振蕩頻率燃弧實測數(shù)據(jù)對比如表2所示。

表2 調(diào)節(jié)振蕩頻率燃弧實測數(shù)據(jù)對比

由表2可見,調(diào)整振蕩頻率時能很大程度上縮短燃弧時間、降低燃弧能量;從波形上來看,不調(diào)節(jié)振蕩頻率的情況下產(chǎn)品在分斷過程中出現(xiàn)了重燃的現(xiàn)象,使產(chǎn)品在試驗中不能很快熄滅電弧,從而燃弧時間過長,燃弧能量也很大;只調(diào)整振蕩頻率不調(diào)整振蕩系數(shù)的情況下,最大燃弧電壓幾乎沒有太大的變化。因此,得出將振蕩頻率調(diào)整到標準要求值可以避免產(chǎn)品分斷過程中的重燃現(xiàn)象,縮短燃弧時間,但對最大燃弧電壓沒有限制,那進一步探討調(diào)整振蕩系數(shù)是否能像3.1中所述那樣能夠限制最大燃弧電壓。

3.3 只調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)γ對分斷試驗影響分析

分析在只調(diào)整振蕩系數(shù)、不調(diào)整振蕩頻率的情況下進行分斷試驗的試驗結(jié)果,來達到分析調(diào)整振蕩系數(shù)對分斷試驗的影響。

首先不調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)進行分斷試驗,未調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)下的分斷試驗波形如圖10所示。

圖10 未調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)下的分斷試驗波形

然后在同樣的測試參數(shù)下,調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)執(zhí)行分斷試驗,調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)下分斷試驗波形如圖11所示。

圖11 調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)下分斷試驗波形

匯總兩次試驗中燃弧數(shù)據(jù),調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)燃弧實測數(shù)據(jù)對比如表3所示。

表3 調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)燃弧實測數(shù)據(jù)對比

對比表3中兩次試驗的燃弧數(shù)據(jù),清晰地看到調(diào)整振蕩系數(shù)能很大程度上限制住最大燃弧電壓,燃弧時間沒有太大的變化。因此,得出將振蕩系數(shù)調(diào)整到標準要求值可以避免產(chǎn)品分斷過程中出現(xiàn)極大燃弧電壓,有助于限制燃弧能量,產(chǎn)品順利地通過了分斷試驗。

4 結(jié) 語

本文詳細分析了同時調(diào)節(jié)振蕩頻率與振蕩系數(shù)、只調(diào)節(jié)振蕩頻率、只調(diào)節(jié)振蕩系數(shù)這3種情況下對分斷試驗結(jié)果的影響,得出振蕩電路調(diào)節(jié)是決定分斷試驗能否通過的關(guān)鍵因素。調(diào)整振蕩頻率能避免產(chǎn)品在試驗中出現(xiàn)重燃現(xiàn)象,調(diào)整振蕩系數(shù)能限制住最大燃弧電壓。通過實際試驗波形及實測值證明了上述分析結(jié)果。希望通過這些實例分析得出的上述結(jié)論能夠幫助測試人員更好地理解振蕩電路調(diào)節(jié)在分斷試驗中的作用。