CN103630747B - 用于测量电路断路器的开关触头的电阻的方法和设备 - Google Patents

用于测量电路断路器的开关触头的电阻的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于测量电路断路器（11）的开关触头（16）的电阻的方法。在该方法中，当断路器（11）的两侧接地并且开关触头（16）闭合时，确定断路器（11）两端的第一电阻值。此外，当断路器（11）的两侧接地并且开关触头（16）打开时，确定断路器（11）两端的第二电阻值。然后基于第一电阻值和第二电阻值来确定闭合开关触头（16）的电阻。

Description

用于测量电路断路器的开关触头的电阻的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于测量电源开关（所谓的断路器）的开关触头的电阻的方法和设备以及用于测量电路断路器的串联设置的开关触头的电阻的方法和设备。特别地，本发明涉及测量这种电路断路器的一个或多个闭合开关触头的过渡电阻或接触电阻。
背景技术
电源开关（也被称作高压开关、负载开关或断路器）在电力工程或能量技术领域中用于建立负载下的电连接或者断开这种连接。断路器的额定电压可以在几伏特到数十万伏特范围内变化。在短路的情况下，开关的负载电流能够达到数万安培。因此，为了断路器的可靠运行，例如在修正过程中测试电路断路器的串联的一个或多个开关触头的过渡电阻。
用于中压设备的断路器通常仅具有一个开关触头，该开关触头可以是打开的或闭合的。高压或超高压系统中的断路器可以包括多个串联的开关触头，所谓的断流器单元。在这种多个断流器单元的串联中，通常将大小在数皮法范围内的电容器与单独的断流器单元并行设置，从而在单独的断流器单元上均匀地分配电压。通常同时打开或者闭合断路器一个相中的多个断流器单元。
在闭合开关触头处的电阻测量（也被称为微欧姆测量）为断路器用于评估断路器的质量或磨损状况的标准过程。
通过例如在闭合的开关触头上外加100安培的大直流来进行微欧姆测量。为了这个目的，经由夹紧在断路器的两侧的电流钳向远离断路器的导体提供电流。还在附加钳的辅助下在断路器两侧抽取电压。通常靠近断路器的开关触头安装电压钳，使用该配置来进行4线测量。这防止使用将会篡改测量结果的测量法来测量电流钳处的电压降。可以根据外加的电流和测量的电压来确定闭合开关触头的电阻，其中，该电阻包括从电压钳到开关触头的导体的电阻。可替选地，可以使用所谓的开尔文钳代替单独的电流钳和电压钳。在开尔文钳中，相应的钳的两个钳口关于彼此电绝缘，并且经由两个钳口中的一个钳口来提供电流，而经由两个钳口中的另一个钳口来提供电压。这种开尔文爪的优势存在于在断路器的每侧将仅夹紧一个钳。
如上所述，对于微欧姆测量而言，可以使用电流源和电压表，因而可以在不同的开关触头处成功地进行电压测量。也可以使用多个电压表，经由几个触头在公共电流源的辅助下外加电流，并且使用多个电压表确定多个电压值。
因为在电力工程安装中在许多地方例如在变电站中可能出现危险的高压，所以在微欧姆测量期间将断路器接地是有必要的。断路器可以例如在两侧与剩余的能量网络断开并且可以在一侧接地。然后，当开关触头闭合时或当多个开关触头闭合时，可以精确地进行微欧姆测量。通常必须在断路器处进行需要至少暂时打开开关触头的进一步测量触头例如打开开关所花费的时间的测量。对于这种测量而言，将开关两侧接地是可取的，以避免使进行测量的人员处于危险。因此，对于微欧姆测量而言，在测量期间将移除两个接地中的一个接地，然而这是难以处理的，或者在两侧接地的情况中，微欧姆测量由于并行接地环路而变得不精确。
为了能够在断路器处有效地进行微欧姆测量，断路器的两侧可以接地，并且使用DC直流钳或分流器，从电流源流过接地设备的电流的一部分可以被确定并且可以用于校正测量的电阻。该方法是非常精确但是不利的，因为需要借助于电流钳或分流器的附加测量。
发明内容
因此，本发明的目的是在避免进行电阻测量的人员暴露于危险的情况下使电路断路器的一个或多个开关触头的有效的电阻测量或微欧姆测量成为可能
根据本发明的一个实施例，通过根据权利要求1的用于测量电路断路器的开关触头的电阻的方法、根据权利要求6的用于测量电路断路器的开关触头的电阻的设备、根据权利要求8的用于测量电路断路器的开关触头的电阻的测试环境、根据权利要求10的用于测量断路器的串联设置的开关触头的电阻的方法以及根据权利要求19的用于测量断路器的串联设置的开关触头的电阻的设备来实现该目的。从属权利要求限定了本发明的优选或有益的实施例。
根据本发明，提供一种用于测量电路断路器的开关触头的电阻的方法。在该方法中，当断路器的两侧接地并且开关触头闭合时确定断路器两端的第一电阻值。此外，当断路器的两侧接地并且开关触头打开时确定断路器两端的第二电阻值。然后根据第一电阻值和第二电阻值来确定闭合开关触头的电阻。可以例如通过用于将大地或地面与对应的导体连接的两个接地装置或接地设置来实现两侧接地。可替选地，可以在仅一次连接到地面并且具有多个可用于接地的端子的一个接地装置的辅助下实现接地。当开关触头闭合时，第一电阻值与闭合开关触头和该接地端的并联电路的电阻对应。第二电阻值与接地电阻对应。例如，可以通过下面的等式来确定闭合开关触头的电阻Rswitch：
Rswitch=（R2xR1）/（R2-R1）
R1是第一电阻值，并且R2是第二电阻值。可以非常精确地进行该测量，因为在两个测量之间不必改变接线。
根据本发明的一个实施例，通过在两侧接地的断路器中外加直流并且通过测量断路器两端的电压来确定第一电阻值和第二电阻值。因此，传统的微欧姆测量装置可以用于测量第一电阻值和第二电阻值。
断路器可以包括三相开关。触头向每一相分配至少一个开关触头。三相开关可以包括公共开关驱动或三个单独的开关驱动。在一些三相开关的情况中，还可以能够单独地切换单一的相，例如，在误差仅出现在一个相中因而仅必须断开该一个相的情况中。上述的方法可以单独地应用于每个相，并且因此还适合于多相断路器。可以在两个相或更多个相中同时执行该方法，因此使多相开关或断路器的有效测试成为可能。根据又一个实施例，断路器可以包括超高压开关、高压开关或中压开关。因为所述方法是独立于断路器的即将被切换的电压，所以该方法可以例如用于具有1kV-45kV范围的额定电压的中压开关、用于额定电压范围为45kV-150kV的高压开关或者用于额定电压范围超过150kV的超高压开关。
根据本发明的又一个实施例，提供一种用于测量电路断路器的开关触头的电阻的设备。该设备包括用于控制电路断路器选择性地打开或闭合断路器的开关触头的控制单元。此外，该设备包括可以与控制单元和断路器耦合的电阻测量装置。电阻测量装置能够在断路器的两侧接地并且开关触头打开时确定断路器两端的第一电阻值。此外，电阻测量装置能够在断路器的两侧接地并且开关触头打开时确定断路器两端的第二电阻值。电阻测量装置基于第一电阻值和第二电阻值来确定闭合开关触头的电阻。特别是当电阻测量装置与用于打开并且闭合断路器的开关触头的控制单元耦合时，可以以全自动化的方式进行电阻测量。例如，在电阻测量装置已经连接到电路断路器并且断路器的两侧已经接地之后，首先可以自动地闭合断路器的开关触头，然后可以测量第一电阻值，并且此后在已经自动地打开开关触头之后可以测量第二电阻值。最后，电阻测量装置可以根据以上等式确定开关触头的电阻并且输出该电阻。
此外，该设备可以被配置为实施该方法和该方法的上述对应的实施例，并且因此，还包括上述的优点。
根据本发明的又一个实施例，提供一种用于测量电路断路器的开关触头的电阻的测试环境。测试环境包括断路器、第一接地装置、第二接地装置和电阻测量装置。第一接地装置可以与断路器的第一侧耦合以使断路器的第一侧接地。第二接地装置可以与断路器的第二侧耦合以使该侧接地。电阻测量装置可以与断路器的两侧耦合，因而可以在断路器的两侧接地并且开关触头闭合时借助于电阻测量装置来确定断路器两端的第一电阻值，然而可以在断路器的两侧接地并且开关触头打开时确定断路器两端的第二电阻值。此外，可以基于第一电阻值和第二电阻值在电阻测量装置的辅助下确定闭合开关触头的电阻。
根据本发明的另一个实施例，提供一种用于测量电路断路器的开关触头的电阻的方法。断路器的开关触头串联设置。在该方法中，经过串联设置的开关触头中的第一开关触头在第一方向中馈送或外加第一测量电流。此外，经过串联设置的开关触头中的第二开关触头在第二方向中馈送或外加第二测量电流。触头第一测量电流的第一方向和第二测量电流的第二方向关于开关触头的串联彼此相反。该串联的两侧接地，即当串联的两侧接地时提供第一测量电流和第二测量电流。在第一开关触头和第二开关触头闭合时基于第一测量电流来确定第一开关触头的电阻值。换言之，在开关触头的串联中在相反的方向中馈送第一测量电流和第二测量电流。在两个开关触头的情况中，可以例如借助于对应的电流源，从开关触头之间的点向断路器的两端处的点提供测量电流。如果第一测量电流和第二测量电流均为例如100安培，因此一个100安培的电流在第一方向从两个开关触头之间的中间点流经第一开关触头，并且另一个100安培的电流在相反的方向从该点流经第二开关触头。在对称条件即如果两个闭合的开关触头具有近似或完全相同的电阻的情况中，则在两个开关触头处出现基本上相同的电压降，在闭合的第一开关触头处的电压降具有与闭合的第二开关触头两端的电压降相反的方向。因此，出于安全原因，基本上没有电流流经连接到断路器两侧的接地端，因而在接地处基本上不存在电压降。因此，接地不影响第一开关触头的电阻值的测量。
根据本发明的一个实施例，可以在第一开关触头和第二开关触头闭合时基于第二测量电流来确定第二开关触头的电阻值。因为基本上没有电压施加于接地环路，所以基本上没有电流流过接地端，还可以高精度地确定第二开关触头的电阻。
如果断路器包括超过两个串联设置的开关触头，则触头可以在确定第一开关触头和第二开关触头的电阻值期间闭合附加的开关触头。由于基本上没有电流流经接地环路，所以在断路器例如具有四个开关触头并且当前仅如上所述测量该开关触头中的两个开关触头的情况中，可以闭合所有四个开关触头而不影响测量。在该情况中，断路器的两侧可以接地。因此，可以在断路器的传统的工作模式中切换断路器，即所有开关触头可以打开或者所有开关触头可以闭合。
根据又一个实施例，通过测量第一开关触头两端的第一电压和第二开关触头两端的第二电压来确定第一开关触头和第二开关触头的电阻值。然后，可以基于第一测量电流和第一电压来确定第一开关触头的电阻。因此，传统的电阻测量装置可以用于执行上述的方法。
根据另一个实施例，调整第一测量电流和第二测量电流，因而第一开关触头两端的电压降等于第二开关触头两端的电压降。由此，可以建立上述的对称性，即可以确保在接地环路的两端不出现电压降，因而没有电流流经接地环路。由此，还可以高精度地确定第一开关触头和第二开关触头的电阻。
优选地，在断路器的开关触头的串联中，彼此相邻地设置第一开关触头和第二开关触头。
根据又一个实施例，断路器包括多个开关触头对。相应的开关触头对包括上文定义的彼此相邻地设置的第一开关触头和第二开关触头。在断路器的多对相邻的第一开关触头和第二开关触头处同时执行上述用于测量相应的第一开关触头和第二开关触头的电阻的方法。由于特别是在上述对称条件的情况中第一开关触头和第二开关触头中的电流方向不同，所以每对开关触头两端的总电压为0。因此，开关触头对在同时测量期间不互相影响。此外，在多对相邻的开关触头处的同时测量期间接地环路两端的电压也为0，因而测量不受断路器的接地影响。此外，借助于断路器的两侧接地，可以保护进行电阻测量的人员免受意外的高压。
如上所述，断路器可以包括例如超高压开关、高压开关或中压开关。
最后，根据本发明的另一个实施例，提供一种用于测量电路断路器的开关触头的电阻的设备。该设备包括用于经过串联设置的开关触头中的第一开关触头在第一方向中馈送第一测量电流的第一装置。此外，该设备包括用于经过串联设置的开关触头中的第二开关触头在第二方向中馈送第二测量电流的装置。第一测量电流的第一方向和第二测量电流的第二方向关于所述开关触头的串联彼此相反。当该串联的两侧接地时馈送或者提供第一测量电流和第二测量电流。该设备还包括与第一馈送装置和第二馈送装置耦合并且与断路器耦合的处理单元。该处理单元被配置为在第一开关触头和第二开关触头闭合时基于第一测量电流来确定第一开关触头的电阻值。该处理单元可以例如确定第一开关触头两端的电压降，并且可以基于第一测量电流和第一开关触头两端的电压降来确定闭合的第一开关触头的电阻值。由于第一测量电流和第二测量电流在相反的方向中流经断路器的开关触头的串联，如果第一开关触头和第二开关触头的电阻基本上相同并且适当地选择测量电流，则第一开关触头两侧的电压降的绝对数量和第二开关触头两侧的电压降的绝对数量相同。然而，电压的方向是彼此相反的，因而没有电压出现在由串联的两侧接地形成的接地环路的两端，并且因此没有电流流经接地环路。由此，电阻测量不受接地环路影响。
附图说明
在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。
图1示出根据本发明的一个实施例的测试环境，该测试环境包括两侧接地的断路器和用于测量断路器的开关触头的电阻的设备。
图2到图4示出根据本发明的其他实施例的具有用于测量电路断路器的开关触头的电阻的设备的测试配置。
具体实施方式
图1示出具有断路器或电源开关11的测试环境10，其中该断路器或电源开关11选择性地连接或者断开第一高压线12和第二高压线13。测试环境10还包括与断路器11的第一侧耦合的第一接地装置或接地设置14以及与断路器11的第二侧耦合的第二接地装置或接地设置15。断路器11两侧的接地确保没有危险的高压出现在断路器11的两端。测试环境10还包括经由四个连接24-27与断路器11的两侧耦合的微欧姆测量设备17。断路器11包括电路开关触头16，其中，可以由控制驱动器19和机械耦合18选择性地打开或闭合该电路开关触头16以建立线路12和线路13之间的连接或者中断该连接触头。可以例如经由控制线路28控制控制驱动器19以打开或者闭合开关触头16。此外，还可以由操作员手动地控制或者致动控制驱动器19以选择性地打开或者闭合开关触头16。
设备17包括电阻测量装置，该电阻测量装置包括例如电流源23和电压表22。电流源23经由连接24和25提供并且外加流经断路器11以及两个接地装置14、15的电流I，并且电压表22经由连接26、27检测断路器11两端的电压降V。该设备17还包括处理单元20，该处理单元基于由电流源23外加的电流I以及由电压表22测量的电压V来确定或者计算断路器11两端的电阻。此外，处理单元20与设备17的控制单元21耦合，控制单元21经由连接28控制断路器11的控制驱动器19。因此，处理单元20能够选择性地打开或闭合开关触头16。在下文中，将描述设备17的功能和操作。
首先，借助于接地装置14和15将断路器11的两侧接地。然后，如图1所示，将电阻测量装置22连接到断路器11，因而可以测量断路器11两端的电阻。此后，一个接一个地确定两个电阻值。当开关触头16闭合时确定一个电阻值R1，并且当开关触头16打开时确定一个电阻值R2。电阻R1因此与开关触头16的电阻与经由接地装置14和15的接地环路的电阻的并联电路的电阻对应，然而电阻R2仅与经由接地装置14和15的接地环路的电阻对应。可以使用上述的等式从这两个电阻值计算闭合开关触头16的电阻。这由处理单元20完成。此外，处理单元20可以经由控制单元21选择性地打开并且闭合开关触头16，因而处理单元20可以在开关触头打开以及当开关触头闭合时一个接一个地分别进行两个电阻测量，并且此后根据该两个电阻测量来计算闭合开关触头16的电阻。用于进行两个电阻测量的顺序是任意的。可替选地，如果没有提供经由控制单元21和连接28的自动控制，则处理单元20可以通过对应的显示器来指导操作者手动地或者借助于对应的激励装置打开或闭合开关触头16。由于在整个测量期间接地断路器11的两侧，可以确保没有危险的高压出现在断路器11上。
图2示出具有两个开关触头56和57的断路器51的又一个测试环境50。开关触头56和57串联设置。断路器51可以包括与开关触头56和57一起串联设置的附加开关触头。通常由致动器（未示出）同时选择性地打开或者闭合开关触头56和57以及附加开关触头（如果有的话）。断路器51与高压线路52和53耦合，可以借助于开关触头56、57选择性地连接或者断开该高压线路。测试环境50还包括两个接地装置或接地设置54和55，该两个接地装置或接地设置54和55将高压线52和53分别与大地或地面连接。此外，测试环境50包括用于测试开关触头56和57的电阻的设备58。该设备58包括第一电阻测量装置和第二电阻测量装置，其中，该第一电阻测量装置包括电压表60和电流源61，该第二电阻测量装置包括电压表66和电流表67。第一电阻测量装置60、61经过连接62-65与第一开关触头56连接，因而在开关触头56闭合时可以经由开关触头65外加电流源61的电流I1。电压表60经过连接64和65与开关触头56连接，因而可以测量开关触头56两端的电压降U1。类似于第一电阻测量装置60、61，第二电阻测量装置66、67经过连接68-71与开关触头57耦合以外加流经闭合开关触头57的电流I2并且测量开关触头57两端的电压降U2。处理单元59分别与电阻测量装置60、61和66、67连接。在下文中将描述该设备58的操作原理和功能。
首先，连接到断路器51的两端的高压线路52、53经由接地装置54、55与大地或地面连接。然后，设备连接到如上文所述的开关触头56和57。此后，开关触头闭合。由电流源61将电流I1外加在高压线路52上。因此，电流I1部分地作为经过闭合开关触头56从左到右流动的电流IS1并且部分地作为经过接地装置54向大地或地面流动的电流IE1。电流源67将电流I2外加在高压线路53上。电流I2部分地作为经过闭合开关触头57从左到右流动的电流IS2并且部分地作为经过接地装置55向大地或地面流动的电流IE2。由于开关触头56的过渡电阻，电压降U1出现在开关触头56的两端。同样地，由于开关触头57的过渡电阻，电压降U2出现在开关触头57的两端。由于在相反的方向提供电流IS1和IS2，电压降U1和U2同样地具有相反的方向。如果开关触头56和57的过渡电阻基本上相同，并且此外，电流I1和I2具有基本上相同的数量，则电压降U1和U2也具有相同数量。因此，接地环路两端的电压降UE为0，因而电流IE1和IE2也均为0。在该情况中，经过开关触头56的电流IS1对应于电流I1，因而可以根据电流I1和由电压表60测量的电压U1来单独地确定开关触头56的过渡电阻。同样地，可以基于在该情况中与电流IS2相对应的电流I2和由电压表66测量的电压U2来单独地确定闭合开关触头57的过渡电阻。因为开关触头56和57通常具有相同的配置并且受到相似的压力和磨损，所以他们通常在闭合条件中具有相同的过渡电阻，因而可以实现上述需求，并且对于所谓的对称性的情况而言，过渡电阻的简单而精确的确定是可能的。处理单元59可以基于由电阻测量装置60、61和66、67提供的信息来确定并且输出对应的电阻值。在开关触头56和57的过渡电阻不相同的情况下，处理装置59可以调整电流I1和I2，使得电压降U1和U2基本上具有相同的数量。由此，甚至在该非对称的情况中，实现接地环路两端的电压UE基本上为0，因而可以分别基于电流I1和I2并且分别基于电压降U1和U2来确定单独的开关触头56和57的过渡电阻。
图3示出又一个测试环境50，该测试环境50基本上与图2的测试环境50对应并且此外包括分别与开关触头56和57并列设置的两个附加的开关72和73。这允许即使开关触头56和57打开也可以驱动电流经过由接地装置54和55实现的接地环路以能够确定接地环路的电阻。接地环路的电阻可用于校正当开关触头56、57闭合时所确定的电阻值。换言之，借助于开关72、73，可以使用图3所示的配置执行上文结合图1所述方法。例如，开关73可以闭合，同时开关72可以打开。然后，可以使用上文结合图1所述的电阻测量装置60、61来执行开关触头56的微欧姆测量。如果开关72闭合并且开关73打开，则可以使用上文结合图1所述的电阻测量装置66、67来在开关触头57处执行微欧姆测量。
图4示出测试环境50，该测试环境基本上与图2的测试环境对应。此外，图4的测试环境50包括第三接地装置74，该第三接地装置74将开关触头56和开关触头57之间的点与大地或地面耦合。在该配置中，在上文结合图1所述的电阻测量装置60、61的辅助下进行开关触头56的微欧姆测量。此外，可以在上文结合图1所述的电阻测量装置66、67的辅助下进行开关触头57的微欧姆测量。可以同时进行在开关触头56和57处的微欧姆测量。可以借助于该附加的接地74来确保在开关触头56和57之间也不出现高压。

Claims (9)

1.一种用于测量电路断路器的开关触头的电阻的方法，包括以下步骤：
当所述断路器(11)的两侧接地并且所述开关触头(16)闭合时，确定所述断路器(11)两端的第一电阻值，所述第一电阻值与闭合的所述开关触头(16)和接地端的并联电路的电阻对应；
当所述断路器(11)的两侧接地并且所述开关触头(16)打开时，确定所述断路器(11)两端的第二电阻值，所述第二电阻值与接地电阻对应；以及
基于所述第一电阻值和所述第二电阻值来确定所述开关触头(16)的电阻。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电阻值和所述第二电阻值的所述确定分别包括：
在两侧接地的所述断路器(11)中外加直流；以及
测量所述断路器(11)两端的电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述断路器(11)包括三相开关，每个相被分配给开关触头。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，对于所述断路器的多个开关触头同时执行所述方法。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述断路器(11)包括超高压开关、高压开关和中压开关中的一个。
6.一种用于测量电路断路器的开关触头的电阻的设备，包括：
控制单元(21)，所述控制单元(21)用于控制所述电路断路器(11)选择性地打开或闭合所述断路器(11)的所述开关触头(16)；以及
电阻测量装置(20，22，23)，所述电阻测量装置(20，22，23)被配置为耦合到所述控制单元(21)并且被配置为当所述断路器(11)的两侧接地并且所述开关触头(16)闭合时确定所述断路器(11)两端的第一电阻值，所述第一电阻值与闭合的所述开关触头(16)和接地端的并联电路的电阻对应，当所述断路器(11)的两侧接地并且所述开关触头(16)打开时确定所述断路器(11)两端的第二电阻值，所述第二电阻值与接地电阻对应，并且基于所述第一电阻值和所述第二电阻值来确定所述开关触头(16)的电阻。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述设备(17)被配置为执行根据权利要求1-5中的任一项所述的方法。
8.一种用于测量电路断路器的开关触头的电阻的测试环境，包括：
所述断路器(11)，
第一接地装置(14)，所述第一接地装置(14)被配置为与所述断路器(11)耦合以用于使所述断路器(11)的第一侧接地；
第二接地装置(15)，所述第二接地装置(15)被配置为与所述断路器(11)耦合以用于使所述断路器(11)的第二侧接地；以及
电阻测量装置(20，22，23)，所述电阻测量装置(20，22，23)被配置为与所述断路器(11)耦合并且被配置为当所述断路器(11)的两侧接地并且所述开关触头(16)闭合时确定所述断路器(11)两端的第一电阻值，所述第一电阻值与闭合的所述开关触头(16)和接地端的并联电路的电阻对应，当所述断路器(11)的两侧接地并且所述开关触头(16)打开时确定所述断路器(11)两端的第二电阻值，所述第二电阻值与接地电阻对应，并且基于所述第一电阻值和所述第二电阻值来确定所述开关触头(16)的电阻。
9.根据权利要求8所述的测试环境，还包括根据权利要求6所述的设备(17)。
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