低压电器的型式试验.docx

1、低压电器的型式试验我们现在就开始第一项型式试验描述，内容是：短时耐受电流能力试验。在描述前，我先给大家介绍两个与此有关此的试验，其一就是某开关电器的短时耐受电流试验，其二是耐受过载电流能力试验。前者描述了某开关电器承受短路电流热冲击的能力，后者描述了某控制电动机的开关电器当电动机起动或者加速时出现的冲击电流对此开关电器的影响。这两个试验其意义完全不同，但试验却有些类似。（1）有关短时耐受电流能力试验的简要概述电网发生短路是一种严重的故障，要求保护电器能迅速地动作切断短路电路。但是切断短路电路是需要时间的，所以就要求主电路上的电器能在短时间内承受短路电流的热冲击而不致于损坏。开关电器中的导体被短

2、路电流加热的特征是：电流大且时间短，所以开关电器来不和散热，短路电流所产生的热量几乎全部都变成导体的剧烈温升。当温升超过限度后，开关电器的某零部件会发生熔焊、热变形，由此使得机械机构强度大为降低，绝缘材料也迅速老化和降低性能，由此产生了严重事故。我们来看下式：=（KadR/cm ）* I2t这个式子的就是开关电器的发热体温升，Kad是附加损耗，R是发热体电阻，C是发热体比热容值，m是发热体的质量，I是短路电流，t是时间由此式可知，开关电器在绝缘的情况下，温升与I2t成正比。在短路电流的曲线中，第一个周波的最大值是冲击短路电流峰值Ipk，而短路的稳态值是Ik。显然，当发生短路时，开关电器不但受到

3、Ipk的冲击，还受到Ik的冲击，而且对于短时耐受电流来说，Ik显然更为重要。这里的Ik其实就是短时耐受电流，其持续的时间一般规定为1秒，有时也采用3秒。注意：Ik其实就是短路电流的周期分量或交流分量，这一点可从曲线中看出，同时要理解为是指这两个电流的有效值（2）短时耐受电流能力试验的电路和描述图中：G是电源，QP是保护开关，PV是电压测量装置，R是可调电阻，L是可调电抗，SV1SV6是电压传感器，Q是合闸开关，QF是被测断路器或其它电器，W是整定用的临时线，SA1SA3是电流传感器。需要指出的是：SV是具有测量、记录和瞬间连续拍摄功能的电压传感器；同理，SA也是具有测量、记录和瞬间连续拍摄功能

4、的电流传感器注意其中的接地点，此点必须是唯一的。（3）我们来看具体的测试第一步当然是测试参数的调整了。将阻抗值可忽略不计的临时连接线W代替被测电器QF，W的两端必须尽可能地靠近被测电器的上下口一次接线端子。调整电阻R和电抗L，通过拍摄的预期电流波形使得试验电流达到规定的测试值。如果需要测量短时耐受电流在通电后第一个周波的最大值电流，则需要采用选相合闸装置。试验时必须要测量出试验电路的功率因数，然后根据功率因数与冲击系数的关系，确定出电流峰值的对应值，也即Ipk，同时也由此参数调整电路。在IEC60947.2中有此处的功率因数与冲击系统关系表，网友们自行查阅。如果被选择的电流周期分量有效值大于或

5、小于要求值，则可调整通电时间，使得I2t的值不变。这显然是合理的，它就是双曲线中的一支，要么调整I2，要么调整时间t，使得测量和试验结果能保证就可以了。在实际试验时，有时不必采用选相合闸装置。因为三相中必定有某相能获得最大值，尽管其它两相相差120度，其电流必定小于此最大电流值。第二步就是测试了。在描述测试前，我们先看看断路器型式试验的内容是什么：1.验证过载脱扣器；2.额定短时耐受电流；3.验证温升；4.最大短时耐受电流时的短路；5.验证介电耐受能力；6.验证过载脱扣器。这里描述的是第二个试验，即额定短时耐受电流试验。在进线额定短时耐受电流试验时，断路器应当处于闭合位置，而且预期电流就等于额

6、定短时耐受电流Icw。试验步骤如下：被测试的断路器QF触点闭合保护开关QP触头闭合光线示波器起动并进入测试状态合闸开关Q闭合试验电流已经出现，并且持续到规定的时间，然后保护开关QP自动脱扣断开，从而切断试验电流合闸开关Q断开光线示波器停止拍摄分析和计算示波图数据，得到Icw的测试值在此试验过程中，被测断路器必须自始至终处于闭合状态。如果没有采用选相合闸装置，则必须做多次试验，直到试验参数满足要求为止。试验站规定：每进行3次测试后可以更换被测断路器最后一步是试验结果的判定。试验中断路器的触头不得发生熔焊，机械部件和绝缘件应该没有发生损伤和变形，而且能继续正常工作，以进行后续的测试试验这里给网友们

7、提几个问题：问题1：我们知道，在做大电流试验时，试验电路中各部分都会发热，而串联电路中电流处处相等。于是就带来一个问题？凭什么认为测试结果是被测断路器的短时耐受电流，而不是前后连接导线和其它设备的短时耐受电流？问题2：如果被测试的是低压开关柜的主母线，那么应当如何设计试验电路？以上描述的试验步骤还能继续使用吗？问题3：此试验步骤符合使用类别为B的断路器。对于使用类别为A的断路器，以和限流型断路器，如何进行此项测试？问题4：当测试时，需要关断断路器的各项保护吗？关于断路器的短时耐受电流型式试验描述至此结束我总算看到一篇像样的有关型式试验的帖子了。 我来试答一下： 问题1：用SV4这个电压去除以S

8、A1就能得到被测断路器A相的阻抗，所以被测参数必定就是断路器触头上的接触阻抗。再由帕老师给的公式，自然就能得到短时耐受电流的数值 问题2：我觉得能测。因为帕老师已经说过，被测断路器必须在测试的始终都保持闭合状态。这与主母线的状态是一致的 问题3：因为B类断路器具有短延时保护，因此短时耐受电流对B类断路器有意义。对于A类，特别是限流型开关，短时耐受电流是没有意义的 问题4：测试时既然断路器自始至终都要保持闭合状态，那么断路器的各项保护是没有意义的，应当关闭 期待帕老师给出其它型式试验的描述我们为下一次描述短路分断能力型式试验做一点知识储备吧。这张图的左边是正常运行时的状况。我们看到电压和电流波形

9、之间有相位差。当发生短路时，我们看到原先的运行电流突然变大了，为什么呢？变压器的初级所在的中压或高压是一个无限大容量的电网，其电源的阻抗小于变压器短路后阻抗的1/50，发生短路后，我们有：U=(1-0.02)E=0.98E，可见系统电压基本不变。由于短路电路的线路阻抗很小，所以短路电流急剧地由原先的运行电流I增大为短路电流Ip。注意：这里的Ip其频率与工频一致，所以Ip又被称为短路电流的交流分量或周期分量。短时发生时，原先的运行电流I发生了突变并且在变压器绕组中产生了一个反向电动势，由此产生了一个与I方向相反大小相等的电流Ig，由于Ig随着时间会发生衰减，衰减的时间与电抗和电阻的比值有关。Ig

10、被称为短路电流的直流分量或非周期分量。当短路后10毫秒，直流分量和交流分量的叠加电流出现了最大值Ipk，Ipk又被称为冲击短路电流峰值。等到短路电流的直流分量衰减完毕后，短路电流中只剩下交流分量Ip，短路电流的最终值Ik就等于Ip。下面给出具体的数值：设变压器的容量为Sn，则变压器的额定电流为In=Sn/3Up，Up为变压器低压侧的线电压。将变压器的额定电流除以其阻抗电压Usr，则得到短路电流的稳态值或者最终值Ik，Ik=In/Usr。那么冲击短路电流峰值Ipk是多少呢？在IEC60947.1和IEC60439.1中给出了峰值系数的表格，见下图：只要知道了试验电流即Ik的值，将峰值系数的值乘以

11、Ik，即得到冲击短路电流峰值Ipk。知道这些知识就足够了断路器短路接通和分断能力的型式试验（1）电路图和波形图中：G：电源；PV：电压测量装置；R：可调电阻；L：可调电抗器；Rs：分流电阻器；SV1SV6：电压传感器；Q：接通电器；QF：被测断路器；W：整定用临时连接线；SA1SA3：电流传感器；FU：熔断器；RL：限制故障电流的电阻器（1）试验参数的调整与短时耐受电流的型式试验一样，调整电路时用阻抗可以忽略不计的临时连接线W来代替被试断路器QF，连接线要尽量靠近QF的一次接线端子。调整可调电阻R和可调电抗L，使得从试验整定波形图上能确定某相的电流为预期接通电流。在这里有一个关键因素，就是试验

12、电路的功率因数。因为我们只有准确地测定了功率因数后才能根据IEC60947.2给出的峰值系数的定义确定出峰值电流。（2）试验程序当试验电路调整好后，就用被侧断路器取代连接电缆W，接着就可以进行短路接通和分断能力试验了。断路器的型式试验是按程序进行的，程序如下：对于额定运行短路分断能力的型式试验，试验过程是：额定运行短路分断能力、操作性能、验证介电耐受能力、验证温升、验证过载脱扣器；对于额定极限段分断能力的型式试验，试验过程是：验证过载脱扣器、验证极限短路分断能力、验证介电耐受能力、验证过载脱扣器。我们先看额定运行短路分断能力Ics的试验。这个试验适用于使用类别为A或B的断路器：试验程序是：额定

13、运行短路分断能力试验、操作性能验证试验、验证介电耐受能力试验、验证温升试验、验证过载脱扣器试验。试验的操作程序为：O-t-CO-t-CO。这里的O表示打开操作，t表示适当的延时，CO表示闭合后经过一段适当的时间间隔后立即打开。对于额定运行短路分断能力的试验Ics来说，t的时间长度为3分钟。如果断路器的前方还配备了熔断器，则应该在每次动作后更换熔芯，其时间t会适当延长。我们再看断路器的额定极限短路分断能力Icu的试验。这个试验同样适用于使用类别为A和B的断路器。注意：对于B类断路器，其额定极限短路分断能力Icw要比额定短时耐受电流Icw要高。断路器的额定极限短路分断能力的型式试验所进行的项目是：

14、验证过载脱扣器、验证极限短路分断能力、验证介电耐受能力、验证过载脱扣器。额定极限短路分断能力的试验操作程序为：O-t-CO。（3）试验波形分析在图中，A1为预期接通电流峰值，A2/22为预期对称分断电流有效值；B1/22为外部所施加的电压的有效值，而B2/22为分断后电源电压的有效值，即工频恢复电压。工频恢复电压应当在断路器所有的极电弧消失后的第一个完整周波中观察到。图中的A2/22其实就是预期短路电流的交流分量的有效值，而预期接通电流峰值就是图中的A1。在三相电路中，A1应当取三相中A1的最大值。（4）试验结果的判定断路器短路接通和分断能力试验的过程中和结束后，断路器应当符合生产厂家的技术说

15、明。一般地，不允许出现伤害操作者的电弧，也不允许出现持续燃弧，断路器各极之间也不允许和框架之间有飞弧或闪络。最严酷的是：短路试验结束后，断路器的状况应当符合每一道试验和验证程序所规定的各种外在状态和技术状态，而且要每一道试验结果均合格，才能判此断路器合格。问题：问题一：如何从波形图中看出短路电流的交流分量和直流分量？问题二：如何从波形图中识别断路器的短路接通能力Icm、断路器的极限短路分断能力Icu、断路器的运行短路分断能力Ics和断路器的分断能力Icn这四个参量？问题三：什么叫做断路器的使用类别A和使用类别B？它们在型式试验中做试验时有什么区别？问题四：断路器的运行短路分断能力有两个CO，而

16、极限短路分断能力只有一个CO，这两者有何种区别？对使用者来说其意义是什么？关于断路器的短路接通能力和短路分断能力型式试验描述完毕。关于短时耐受电流型式试验的若干问题：问题1：我们知道，在做大电流试验时，试验电路中各部分都会发热，而串联电路中电流处处相等。于是就带来一个问题？凭什么认为测试结果是被测断路器的短时耐受电流，而不是前后连接导线和其它设备的短时耐受电流？回答：这就是临时导线W的重要用途。我们来回想一下测小阻值电阻的阻值时，我们使用单臂电桥或双臂电桥，为什么呢？如果用普通万用表去测量小阻值电阻，因为测量仪表表棒的接触电阻阻值都大于被测电阻的阻值，所以测量出来的具体数值就不可能是被测电阻阻

17、值的准确值。双臂电桥利用一些较为特殊的方法消除了接触电阻，同时还要在测试前做一些必要的校准操作。我们看到在短时耐受电流型式试验的W线以和前期的调整过程其实就相当于双臂电桥测量前的校准工作。正是有了这些测量预备，所以型式试验的测量值确实就是被测元器件的实际值问题2：如果被测试的是低压开关柜的主母线，那么应当如何设计试验电路？以上描述的试验步骤还能继续使用吗？回答：因为测量过程断路器必须处于闭合状态，所以无论被测对象是主母线，或者是分支母线，或者是ATSE，测量电路都是一致的，区别只在于其预定设定值不一样而已问题3：此试验步骤符合使用类别为B的断路器。对于使用类别为A的断路器，以和限流型断路器，如

18、何进行此项测试？回答：使用类别A的断路器不具有短路短延时参数，所以短时耐受电流对于A类断路器意义不大。特别是限流型断路器，其脱扣时间只有短短的5毫秒不到，还有必要去执行短时耐受电流的测试吗？问题4：当测试时，需要关断断路器的各项保护吗？回答：是的，必须关断这些保护。例如我们在做短时耐受电流的测试时，其时间长度是1秒，若断路器的瞬时脱扣还在，则断路器的保护动作会是的试验无法进行下去。关于断路器短路接通和分断型式试验的若干问题：问题1：如何从波形图中看出短路电流的交流分量和直流分量？回答：我们看一眼波形图：我们看最上边的一张图：其中第一个周波明显比后边的周波高一截。我们将A1-A2/22得到的差值

19、，就是直流分量。直流分量叠加在交流分量上形成的最高值就是冲击短路电流峰值。直流分量是会衰减的，从波形图看出此直流分量衰减得很快。这说明试验站的变压器其负载几乎为零，只是为试验供电而已。为什么呢？因为直流分量衰减的时间常熟等于L/R，这里的L是变压器和导线的电抗，R是变压器和导线的电阻，时间常数短恰好说明了其供电的单一性。问题二：如何从波形图中识别断路器的短路接通能力Icm、断路器的极限短路分断能力Icu、断路器的运行短路分断能力Ics和断路器的分断能力Icn这四个参量？回答：这些值其实就反映在每次测试时的波形图中。例如我们要测Icm，于是按照断路器的参数取短路电流值，记录下此时的波形，波形就能

20、反映出具体的Icm参数。所以，对于每次的O和C，我们都要仔细去看它的波形，由此分析出断路器的具体参数和性能问题三：什么叫做断路器的使用类别A和使用类别B？它们在型式试验中做试验时有什么区别？回答：这个问题有网友们自己分析吧，我就不说了。问题四：断路器的运行短路分断能力有两个CO，而极限短路分断能力只有一个CO，这两者有何种区别？对使用者来说其意义是什么？回答：两个CO与一个CO的区别很大，前者相当于对断路器进行两次考验，而后者只有一次；其次，前者试验时所用的模拟短路电流较小，后者较大，故Ics用于表达断路器执行短路分断后能够重复使用的技术参数，而后者则用于只能执行一次性分断操作的技术参数问题：

21、既然短时耐受电流实际上反映的是开关设备或者断路器在短路电流冲击下的发热，那么它与开关柜或者断路器在运行时的发热有何不同？回答：这个差别是本质性质的。低压开关柜在正常运行时流过额定运行电流，电流流过导体时就会产生热效应，例如各种电器、导线和电缆、铜排、仪表等等都会发热。其次，电流能产生磁场，在低压开关柜中磁场往往以涡流的形式作用在开关柜的钢质骨架上，由此也会引起发热。低压开关柜中规定元器件的最高使用温度为55度，而金属部分则为60度。这里的金属部分包括裸铜主母线，如果主母线镀锡，则温升容许值可达65度，镀银则温升容许值可达70度。具体可参见IEC60439.1或者GB7251.1。低压开关柜的散

22、热与环境温度、海拔高度、防护等级、元件排列密度和散热方式等都有关系，是一个很综合的参量，需要我们的工程师们在设计之初就要认真对待。另外，当变压器产生出冲击短路电流Ipk时，如果刚刚好短路前电流过零，那么这个时候岂不是就没有直流分量了吗？因为发热作用是有时间性的，能否认为Ipk是想象中的最大值，计算发热时要用它的综合值来考虑？这个观念是错误的。某相在短路瞬间过零，但是其它两相却没有过零，短路电流将由其它两相中的大者决定。其次，Ipk是短路电流的峰值，它对低压电器和低压开关柜的冲击是以电动力来体现的，低压电器和低压开关柜抵御Ipk的能力被称为动稳定性。短路电流到达稳态后，其值就等于周期分量。短路电

23、流周期分量的有效值就是产生热量的原因，如果时间长达1秒，则此电流就成为某开关电器或者低压开关柜某导电部件的短时耐受电流。请PHY112358认清楚冲击短路电流峰值Ipk和短路电流周期分量IK的区别，以和低压开关柜中动稳定性和热稳定性的区别。我们仔细说说断路器的Ics、Icu、Icm、Icw、Icn的定义和他们的意义，我们有点搞不清楚回答：断路器的壳体电流是In，它是某断路器壳体所能流过的最大运行电流；每一种断路器壳体都有不同的过载保护规格，它的整定值就是I1。对于热磁断路器来说，I1的范围在0.7I.05In之间；如果此断路器具备短路短延时功能，则短延时的电流是I2，I2的范围在110In之间

24、；当线路中出现了很大的短路电流，此时断路器的瞬时脱扣将起作用。与瞬时脱扣对应的电流是I3；以上这些电流都与断路器作为主动元件有关，也就是断路器能通过脱扣来切断这些电流。这些电流按从小到大的次序排列为：I1InI2I3对于长达1秒钟的短路电流热冲击，断路器能够承受的电流值是Icw，即短时耐受电流；如果断路器切断了短路电流后，其所有的结构件仍然正常，并且能够再次合闸使用。与此对应的电流被称为断路器额定运行短路分断能力Ics；如果断路器切断了短路电流后，其结构件发生了永久性的损坏，并且不能再使用了，必须予以更换。与此对应的电流被称为断路器的额定极限短路分断能力Icu；如果在线路已经发生短路的条件下，

25、或者断路器作为隔离开关使用时，将断路器再次合闸，并且断路器能够承受此电流的冲击。与此对应的电流被称为断路器的短路接通能力Icm。我们把这一系列电流参数从小到大排列起来就是：I1InI2I3IcwIcsIcuicm其中按照IEC60947.2的规定，Icm=2.2Icu。试验3：接触器过载耐受能力试验这个试验与电动机起动有关。当电动机起动时会有一个冲击电流，我们来看下图，此图摘自ABB的T开关样本：当电动机起动时，电动机的转子还未旋转，此时的电动机电流为最大，其值就是图中（黄色线）的Ip，Ip一般为电动机额定电流的814倍。对于接触器来说，按照IEC60947.4，接触器的一次触头应该能承受10

26、倍的额定电流，此电流就是为了克服电动机起动冲击电流而设置的。我们来看下图：我们先看上图：图中QP是保护开关；KMC是控制接触器；TV是自耦变压器；T是调节电流的变压器；KM是被测接触器；W是整定临时连接线；SA是电流传感器；TA是电流互感器；PA是电流表。再看下图：FU是熔断器；SBT是启动按钮；SBP是停止按钮；KMS是启动接触器；TV是自耦变压器；TC是控制变压器；PV是电压表；S1是手动开关；KM是被测接触器；S是测量和试验控制按钮；KMC是测量和试验的控制接触器；S2是手动开关，S2打开Wie 测量，闭合为试验；KT为时间继电器。整个试验过程简单描述如下：被测接触器KM的触头置于断开位

27、置，S2处于测量位置，接上连接线W后，闭合保护开关，再按下按钮S使得KMC闭合。调节自耦变压器TV，使得试验电流等于被测试接触器预期的最大过载电流时，放开控制按钮S。试验时先撤除W临时线，接着按下S，通电时间一般为10秒再打开S。在S按下时同时启动示波器拍摄记录预期测量电流。最有意思的是波形分析。在测量临时线时，光线示波器记录为20mm/s，而测试时则调整为100mm/s，两者正好相差5倍波长。我们开右图波形，波长较短的是校准电流，而波长较长的是试验电流。这样处理后，很容易看出两者的曲线。比较后者曲线相对于前者曲线的高度，我们就可以判断出接触器所承受的过载电流值了。试验结果的判定：（1）经过数

28、次试验后，取最小比值作为结论值，此值必须大于接触器的给定值（2）试验后接触器触头不得熔焊，结缘部件也不得破坏，弹性部件性能不变（3）测试后必须满足接触器的产品标准要求（4）测试后接触器的一次回路必须能满足标准工频耐压的后续试验满足上述四条则接触器合格，否则为不合格产品问题1：低压开关柜的型式试验是包括开关柜柜体结构和元器件分开做的吗？是不是一次回路的元件才做型式试验，而二次回路的元器件就不用做型式试验？回答：型式试验是对某种低压电器和部件的功能能力做测试，虽然我们看到的都是一次系统，但二次控制系统也并不能脱离试验而独立。所以，除了纯机械方面的试验，例如机械寿命试验等等，型式试验是对包括一次和二

29、次系统同时做测试的。问题2：从接触器的过载能力型式试验看，接触器不但要能够执行一般的电动机正常运行的合分操作，还要执行类似正反转等操作，由于电动机起动电流可达6倍起动电流，而正反转时电动机电流是有可能达到8倍以上的，所以接触器的过载能力型式试验以10倍为限，是这样吗？回答：其实这个试验是针对AC3做的，即电动机直接起动电路。问题3：试验电路中调节电流的变压器是做什么用的？是产生较大的电流吗？回答：确实是。不知道你注意到没有？这个试验中的一次系统是与电压无关的。又因为接触器需要流过很大的电流，所以用变流变压器来升流试验4：接触器与执行短路保护的低压开关电器之间的协调配合试验我们看下图：图中，若引

30、至电机的电缆发生了短路，于是短路电流就流过主电路，包括断路器QF、接触器KM和热继电器HR，或者熔断器FU、接触器KM和热继电器HR。短路电路中的断路器和熔断器是能够主动切断短路电流的，而接触器和热继电器则不能，它们只能承受短路电流的冲击。因此，把断路器和熔断器等能够主动切断短路电流的元件称为主动元件，而把隔离开关、接触器、热继电器等只能承受短路电流的元件称为被动元件。我们看下图：此图是熔断器与热继电器在时间-电流特性曲线上的交接电流我们知道，对于电动机主回路而言，三种主电路元件的功能是不一样的。对于断路器或者熔断器，它们的用途就是执行短路保护；接触器的任务就是分断电路，所以接触器的最大过载能

31、力在AC3时是10倍；热继电器的任务是对电动机过载执行保护，热继电器的辅助触点将驱动接触器执行分断操作。我们来设想一下，当电动机的进线端短路时，熔断器的熔芯应该要熔断。又因为此时加载在接触器线圈两端的电压几乎为零，所以接触器就会释放。如果接触器的释放时间小于熔断器的熔断时间，或者接触器的释放时间小于断路器的分断时间，则接触器将承担起分断短路电流的任务。接触器的分断能力很低，本来不该由接触器执行的操作现在却由接触器担任，所以接触器有可能出现严重损坏。因此，一定要杜绝让接触器执行短路分断任务。在这里需要注意的是：虽然由主动元件去分断短路电流，但是在分断期间，接触器一定要能够承受短路电流的冲击。这种关系其实也是过电流保护的选择性。对于短路电路中的被动元件，要与短路电路中的主动元件之间实现协调配合。这种协调配合关系的试验被称为SCPD，其意义是验证被动元件在规定的使用和性能条件下与某主动元件的SCPD动作期间，承受预期短路电流的冲击而不损坏，而且也不能出现事故扩大化。对于热继电器来说，SCPD试验是验证其时间-电流特性曲线与主动元件的时间-电流特性曲线的交点上的选择性保护性能和相应的协调配合类型。我们来看上图中的交点，此点是热继电器和熔断器两条时间-电流特性曲线的重合点，此点的电流被称为交接电流Ico。当电流小于Ico时，热继电器会产生动作；当电流大于Ico时，应当是熔断器动