CN107145181B - 一种用于大功率电气火灾实验的主电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大功率电气火灾实验的主电路，由进线汇流电路、电源切换电路、负载切换电路、出线配电电路依次连接而成。进线汇流电路由两路进线分支和一路出线分支组成，实现进线汇流功能，以及过流、缺相等保护；电源切换电路可实现三相交流、三进单出可程式(或变频)、三进单出直流电源的选择和切换；负载切换电路实现实验负载的加载、卸载，以及串联、并联连接的功能；出线配电电路实现对样品制取装置的出线配电，以及提供过流保护的功能。本发明主电路的功率大、工况多样、测控精确、控制操作安全方便，可应用在大型电气火灾实验系统上。

Description

一种用于大功率电气火灾实验的主电路

技术领域

本发明涉及电气火灾实验系统的技术领域，尤其是一种用于大功率电气火灾实验的主电路。

背景技术

火灾在各种灾种中发生频率最高，具有很强的破坏性，造成的社会影响也最大。2015中国消防年鉴显示，2014年全国接报火灾39.5万起，死亡人数1815人，直接经济损失达47亿元，其电气火灾占30％，是重特大火灾的主要类别。2009-2015年到广东省某物证鉴定所接受委托的物证鉴定案件从63起增长到225起，这说明一方面电气火灾物证鉴定技术在火灾调查中的有硬性需求，另一方面也说明电气火灾形势越来越复杂，需要相关物证鉴定技术的支持。

电气短路火灾主要是由各种因素引发短路，导体在短路电流与电弧的电热作用下引发的火灾。研究表明，电弧等离子体的主要参数，例如电子温度、离子温度、电子密度、离子密度等，对熔痕形成的热力、动力过程有重要影响。短路点附近的金属导体在断开电路前存在局部高温熔化和喷溅现象。这个过程的高温作用会引起附近可燃物燃烧，之后融化的金属凝固结晶形成熔痕。因此，短路熔痕的形成过程受到多种物理场的耦合作用，例如应力场、温度场、流场、电磁场、浓度场等。

在电气火灾物证鉴定工作中，导线熔痕的性质判断占了很大的比重。使用一定的技术手段判定熔痕样品的性质，即熔痕样品是属于一次短路(火前短路)还是二次短路(火后短路)熔痕，而一次短路熔痕所在位置往往是引发火灾的起火点。

为了研究熔痕的性质，给物证鉴定提供技术支持，需要搭建实验系统或装置，精确控制实验条件制取熔痕进行特征分析。目前电气火灾实验系统与装置的成果主要包括演示体验、样品制取装置或箱体，用于电气火灾的短路、过载、接触不良、电弧故障、电缆燃烧等方面的模拟。

演示体验装置或箱体主要有电气火灾短路、过载等情景再现模拟装置与箱体，主要用于教学、科普性质的演示体验。这一类装置或箱体的特征是结构相对简单，电学参数、环境参数等控制不精确，仅起到演示体验作用，一般不用于熔痕样品制取分析。

样品制取装置主要有：1)“直流电源用电线路电气火灾危险性装置”，用于直流电路路的熔痕样品制取，为直流电路的火灾物证的提取、鉴定和判断技术提供支持；2)“短路模拟装置或箱体”，主要用于模拟一次、二次短路在交流、直流条件下的短路熔痕样品制取；3)“故障电弧模拟装置”，用于故障电弧作用下的熔痕制取与电弧特性研究；4)“电缆燃烧模拟装置”，用于电缆燃烧时的气体释放等参数的实验模拟分析。目前上述四种类型的装置与箱体，主要侧重于初步实现环境参数的控制，而对电学参数、接触方式等影响熔痕特征的参数控制缺乏精确度，也没有构建成大功率、工况多样、测控精确、控制操作安全方便的集成化大型电气火灾实验系统。

火灾物证鉴定的准确性来自精确控制参数的实验数据，而制取熔痕样品并分析其特征，必将提高电气火灾调查技术以及促进熔痕物证鉴定理论的发展。在各种不同的实验条件下，最大限度地模拟火场的电学、环境参数，获取精确控制参数的实验数据进行分析，需要研制一个大功率、工况多样、测控精确、能模拟火场环境、操作安全方便的大型电气火灾实验系统。

针对目前的技术现状，以及对大型电气火灾实验系统的电路进行研究的基础上，本发明提供了一种用于大功率电气火灾实验的主电路，可应用在大型电气火灾实验系统上进行电学参数的调节与控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于大功率电气火灾实验的主电路，以达到实验系统上能够进行大功率电气火灾实验，以及实验过程中的进线汇流、电源切换、负载切换、出线配电之目的。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种用于大功率电气火灾实验的主电路，包括：

进线汇流电路，用于实现进线汇流、过流保护、缺相保护，以及利用行程开关实现主配电屏门开启时断电保护的功能；

电源切换电路，用于实现三相交流、三进单出可程式或变频、三进单出直流电源的选择和切换，以及实现各种电源输出端之间的隔离防干扰、电源分支过流保护、使电源进入实验准备状态、从三相交流电源中接出一相作单相交流实验电源的功能；

负载切换电路，用于实现实验负载的加载、卸载，以及串联、并联连接的功能；

出线配电电路，用于实现对电气火灾实验用的样品制取装置的出线配电，以及提供过流保护的功能；

其中，所述进线汇流电路、电源切换电路、负载切换电路、出线配电电路依次连接，在进行电气火灾实验时，配电房市电输入至进线汇流电路，进线汇流电路输出至电源切换电路，电源切换电路输出至负载切换电路，负载切换电路输出至出线配电电路，出线配电电路再输出至样品制取装置；所述主电路能实现300KAV的大功率电气火灾实验，实验电压为0～700V，短时最大实验电流达1200A。

所述进线汇流电路由两路进线分支和一路出线分支组成，该两路进线分支为两路150KVA容量的线路，把该两路150KVA容量的线路经一路出线分支汇流后输出至电源切换电路；所述进线汇流电路包括三个熔断式隔离开关QD0、QD2、QD3，三个断路器QF0、QF7、QF8，两个交流接触器KM85、KM86，一个中间继电器KA300，两个行程开关SK1、SK2，一个相序保护器XJ3－G，八个进线接线端子LA10、LA20、LA30、NA10、LB10、LB20、LB30、NB10，四根汇流母排BS1、BS2、BS3、BSN；

其中一路进线分支的三条火线和一条零线由接线端子LA10、LA20、LA30、NA10接入至熔断式隔离开关QD2输入端，熔断式隔离开关QD2的输出端连接断路器QF7的输入端，断路器QF7的输出端将三条火线连接交流接触器KM85的输入端并且将零线连接至零线汇流母排BSN，交流接触器KM85输出端将三条火线分别连接至火线汇流母排BS1、BS2、BS3；另一路进线分支的三条火线和一条零线由接线端子LB10、LB20、LB30、NB10接入至熔断式隔离开关QD3输入端，熔断式隔离开关QD3的输出端连接断路器QF8的输入端，断路器QF8的输出端将三条火线连接交流接触器KM86的输入端并且将零线连接至零线汇流母排BSN，KM86输出端将三条火线分别连接至火线汇流母排BS1、BS2、BS3；汇流母排BS1、BS2、BS3、BSN连接熔断式隔离开关QD0输入端，熔断式隔离开关QD0输出端连接断路器QF0输入端，断路器QF0的输出端引出三根线L1、L2、L3接至电源切换电路的输入端；

熔断式隔离开关QD2的输出端的三根火线即A、B、C三相分别连接相序保护器XJ3－G的接线端子1、2、3；断路器QF8输出端的第三根火线即C相连接相序保护器XJ3－G的接线端子6；行程开关SK1的常开触点、行程开关SK2的常开触点、断路器QF7的常开辅助触点、断路器QF8的常开辅助触点串联后的一端连接相序保护器XJ3－G的接线端子5，另一端接至PLC的接线端子XJ6；交流接触器KM85的线圈与中间继电器KA300的一个常开触点串联后的一端连接断路器QF8的出线端的零线，另一端接至PLC的接线端子XJ6；交流接触器KM86的线圈与中间继电器KA300的另一个常开触点串联后的一端连接断路器QF8的出线端的零线，另一端接至PLC的接线端子XJ6；中间继电器KA300的线圈一端连接PLC的接线端子XJ6，另一端连接断路器QF8的出线端的零线。

所述电源切换电路包括断路器QF1、QF2、QF3，交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM84，三相交流、单相可程式或变频、直流电源，接线端子U、V、W；根据实验工况需要，选择三相交流、单相可程式或变频、直流电源之一进行多种电源参数条件下的电气火灾实验；

其中，所述进线汇流电路的断路器QF0输出端引出的三根火线L1、L2、L3分别接至接线端子U、V、W备用；断路器QF1、QF2、QF3的输入端分别连接至进线汇流电路的断路器QF0；断路器QF1的输出端连接交流接触器KM1的输入端，交流接触器KM1的输出端连接三相交流电源的输入端；交流接触器KM84与交流接触器KM4的A相触点并联后的一端连接三相交流电源的A相输出端，另一端连接交流接触器KM5、KM6的火线输出端，并且引出线路A1连接至负载切换电路的输入端；交流接触器KM4的B、C相输入端连接三相交流电源的B、C相输出端；三相交流电源的中性线输出端N分别与交流接触器KM5、KM6的零线输出端连接后分两路，一路接地，另一路N连接至负载切换电路的输入端；断路器QF2的输出端连接交流接触器KM2的输入端，KM2的输出端连接三进单出可程式交流电源或变频电源的输入端；三进单出可程式交流电源或变频电源的输出端的一根火线、一根零线分别连接交流接触器KM5的火线、零线输入端；断路器QF3的输出端连接交流接触器KM3的输入端，交流接触器KM3的输出端连接直流电源的输入端；直流电源输出端的正极、负极分别连接交流接触器KM6的火线、零线输入端。

所述负载切换电路包括第一可调电抗器绕组、第二可调电抗器绕组、第三可调电抗器绕组，可调电阻器RA、RB、RC，可调电容器CA、CB、CC，交流接触器KM7、KM8、KM9、KM10、KM11、KM12、KM13、KM14、KM15、KM16、KM17、KM18、KM76、KM207、KM208、KMRA、KMRB、KMRC、KMCA、KMCB、KMCC；在进行电气火灾实验的过程中根据工况的不同，利用负载切换电路加载、卸载、调节相应的负载，并且把负载组合成串联、并联形式，以达到调节实验电流的大小，以及调节实验电压、电流之间的相位角的目的；

其中，交流接触器KMRA、KMRB、KMRC分别是电阻柜中A、B、C三相的交流接触器，其功能是实现电阻的加载和卸载；可调电阻器RA、RB、RC分别是电阻柜中A、B、C三相的可调电阻器，能够在380V的电压下以1KW为精度逐级调节电阻的输出有功功率，A相可调范围为0～456KW，B、C相可调范围为0～165KW；交流接触器KMCA、KMCB、KMCC分别是电容柜中A、B、C三相的交流接触器，其功能是实现电容的加载和卸载；可调电容器CA、CB、CC分别是电容柜中A、B、C三相的可调电容器，能够在380V、50HZ的电压下以1KVar为精度逐级调节电容的无功功率，每相的可调范围为0～165KVar；交流接触器KM7、KM8、KM9分别是可调电抗器C、B、A三相绕组的加载、卸载控制交流接触器，可调电抗器的容量为300KVA，能够实现电流的平滑无级调节；

由电源切换电路中引出的A1线路分两支，一支连接第一可调电抗器绕组的输入端，另一支连接交流接触器KM12的输入端，交流接触器KM12的输出端连接交流接触器KM76的输入端、可调电容器CA的输出端；第一可调电抗器绕组的输出端连接交流接触器KM16、KM17的输入端；交流接触器KM16的输出端连接交流接触器KM9、KM18的输入端；交流接触器KM9的输出端连接交流接触器KMCA、KM15的输入端；交流接触器KMCA的输出端连接可调电容器CA的输入端；交流接触器KM15的输出端连接交流接触器KMRA、KM208的输入端；交流接触器KMRA的输出端连接可调电阻器RA的输入端，可调电阻器RA的输出端连接交流接触器KM76、KM207的输出端；交流接触器KM208的输出端连接KM207的输入端，并且分出一支线路A2连接至出线配电电路的输入端；由电源切换电路中引出的A2线路分两支，一支连接第二可调电抗器绕组的输入端，另一支连接交流接触器KM11的输入端、交流接触器KM18输出端；交流接触器KM11输出端连接可调电容器CB、可调电阻器RB的输出端；第二可调电抗器绕组的输出端连接交流接触器KM17的输出端、交流接触器KM8的输入端，交流接触器KM8的输出端连接交流接触器KMCB、KM14的输入端；交流接触器KMCB的输出端连接可调电容器CB的输入端；交流接触器KM14的输出端连接交流接触器KMRB的输入端，并且分出一支线路B2连接至出线配电电路的输入端；交流接触器KMRB的输出端连接可调电阻器RB的输入端；由电源切换电路中引出的A3线路分两支，一支连接第三可调电抗器绕组的输入端，另一支连接交流接触器KM10的输入端；交流接触器KM10输出端连接可调电容器CC、可调电阻器RC的输出端；第三可调电抗器绕组的输出端连接交流接触器KM7的输入端，交流接触器KM7的输出端连接交流接触器KMCC、KM13的输入端；交流接触器KMCC的输出端连接可调电容器CC的输入端；交流接触器KM13的输出端连接交流接触器KMRC的输入端，并且分出一支线路C2连接至出线配电电路的输入端；交流接触器KMRC的输出端连接可调电阻器RC的输入端；零线N的输出端连接至出线配电电路的输入端。

所述出线配电电路包括断路器QF6、交流接触器KM83，其功能是把负载的出线引至样品制取装置，以及提供换样断电、过流保护；所述样品制取装置有环境温度模拟试验箱、环境气氛模拟试验箱、接触距离与角度模拟装置和微动接触模拟装置；

其中，断路器QF6的输入端连接负载切换电路的输出端A2、B2、C2、N，其输出端连接交流接触器KM83的输入端；交流接触器KM83的输出端分四路：环境温度模拟试验箱连接交流接触器KM83输出端的A、B、C、N，环境气氛模拟试验箱连接交流接触器KM83输出端的A、B、C、N，接触距离与角度模拟装置连接交流接触器KM83输出端的A、N，微动接触模拟装置连接交流接触器KM83输出端的A、N。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明的主电路特点为：功率大、工况多样、测控精确、控制操作安全方便，可应用在大型电气火灾实验系统上。

2、电源种类多样，不同的电源之间可以灵活切换，能在多种电源参数作用下进行电气火灾实验；

3、具有阻性、容性、感性三种可调的大功率线性负载，电阻器与电容器可逐级调节，电抗器可平滑无级调节，并且三种线性负载可灵活组合成串、并联形式，可达到调节实验电压、电流之间的初始相位角的目的。

4、本发明是在总结电气火灾模拟实验的流程和系统特性的基础上提出的，操作方便，安全性高。

附图说明

图1为本发明的主电路实验架构图。

图2为本发明的进线汇流电路图。

图3为本发明的电源切换电路图。

图4为本发明的负载切换电路图。

图5为本发明的出线配电电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1至图5所示，本实施例所提供的用于大功率电气火灾实验的主电路，包括：

进线汇流电路，用于实现进线汇流、过流保护、缺相保护，以及利用行程开关实现主配电屏门开启时断电保护的功能；

电源切换电路，用于实现三相交流、三进单出可程式(或变频)、三进单出直流电源的选择和切换，以及实现各种电源输出端之间的隔离防干扰、电源分支过流保护、使电源进入实验准备状态、从三相交流电源中接出一相作单相交流实验电源等功能；

负载切换电路，用于实现实验负载的加载、卸载，以及串联、并联连接的功能；

出线配电电路，用于实现对电气火灾实验用的样品制取装置的出线配电，以及提供过流保护的功能；

其中，所述进线汇流电路、电源切换电路、负载切换电路、出线配电电路依次连接，在进行电气火灾实验时，配电房市电输入至进线汇流电路，进线汇流电路输出至电源切换电路，电源切换电路输出至负载切换电路，负载切换电路输出至出线配电电路，出线配电电路再输出至样品制取装置；所述主电路能实现300KAV的大功率电气火灾实验，实验电压为0～700V，短时最大实验电流达1200A。

所述进线汇流电路由两路进线分支和一路出线分支组成，该两路进线分支为两路150KVA容量的线路，把该两路150KVA容量的线路经一路出线分支汇流后输出至电源切换电路；所述进线汇流电路包括三个熔断式隔离开关QD0、QD2、QD3，三个断路器QF0、QF7、QF8，两个交流接触器KM85、KM86，一个中间继电器KA300，两个行程开关SK1、SK2，一个相序保护器XJ3－G，八个进线接线端子LA10、LA20、LA30、NA10、LB10、LB20、LB30、NB10，四根汇流母排BS1、BS2、BS3、BSN；

其中一路进线分支的三条火线和一条零线由接线端子LA10、LA20、LA30、NA10接入至熔断式隔离开关QD2输入端，熔断式隔离开关QD2的输出端连接断路器QF7的输入端，断路器QF7的输出端将三条火线连接交流接触器KM85的输入端并且将零线连接至零线汇流母排BSN，交流接触器KM85输出端将三条火线分别连接至火线汇流母排BS1、BS2、BS3；另一路进线分支的三条火线和一条零线由接线端子LB10、LB20、LB30、NB10接入至熔断式隔离开关QD3输入端，熔断式隔离开关QD3的输出端连接断路器QF8的输入端，断路器QF8的输出端将三条火线连接交流接触器KM86的输入端并且将零线连接至零线汇流母排BSN，KM86输出端将三条火线分别连接至火线汇流母排BS1、BS2、BS3；汇流母排BS1、BS2、BS3、BSN连接熔断式隔离开关QD0输入端，熔断式隔离开关QD0输出端连接断路器QF0输入端，断路器QF0的输出端引出三根线L1、L2、L3接至电源切换电路的输入端；

熔断式隔离开关QD2的输出端的三根火线即A、B、C三相分别连接相序保护器XJ3－G的接线端子1、2、3；断路器QF8输出端的第三根火线即C相连接相序保护器XJ3－G的接线端子6；行程开关SK1的常开触点、行程开关SK2的常开触点、断路器QF7的常开辅助触点、断路器QF8的常开辅助触点串联后的一端连接相序保护器XJ3－G的接线端子5，另一端接至PLC的接线端子XJ6；交流接触器KM85的线圈与中间继电器KA300的一个常开触点串联后的一端连接断路器QF8的出线端的零线，另一端接至PLC的接线端子XJ6；交流接触器KM86的线圈与中间继电器KA300的另一个常开触点串联后的一端连接断路器QF8的出线端的零线，另一端接至PLC的接线端子XJ6；中间继电器KA300的线圈一端连接PLC的接线端子XJ6，另一端连接断路器QF8的出线端的零线。

所述电源切换电路包括断路器QF1、QF2、QF3，交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM84，三相交流、单相可程式(或变频)、直流电源，接线端子U、V、W；可根据实验工况需要，选择三相交流、单相可程式(或变频)、直流电源之一进行多种电源参数条件下的电气火灾实验，电源的参数如下表1所示。

表1实验电源的参数

所述进线汇流电路的断路器QF0输出端引出的三根火线L1、L2、L3分别接至接线端子U、V、W备用；断路器QF1、QF2、QF3的输入端分别连接至进线汇流电路的断路器QF0；断路器QF1的输出端连接交流接触器KM1的输入端，交流接触器KM1的输出端连接三相交流电源的输入端；交流接触器KM84与交流接触器KM4的A相触点并联后的一端连接三相交流电源的A相输出端，另一端连接交流接触器KM5、KM6的火线输出端，并且引出线路A1连接至负载切换电路的输入端；交流接触器KM4的B、C相输入端连接三相交流电源的B、C相输出端；三相交流电源的中性线输出端N分别与交流接触器KM5、KM6的零线输出端连接后分两路，一路接地，另一路N连接至负载切换电路的输入端；断路器QF2的输出端连接交流接触器KM2的输入端，KM2的输出端连接三进单出可程式交流电源(或变频电源)的输入端；三进单出可程式交流电源(或变频电源)的输出端的一根火线、一根零线分别连接交流接触器KM5的火线、零线输入端；断路器QF3的输出端连接交流接触器KM3的输入端，交流接触器KM3的输出端连接直流电源的输入端；直流电源输出端的正极、负极分别连接交流接触器KM6的火线、零线输入端。

所述负载切换电路包括第一可调电抗器绕组、第二可调电抗器绕组、第三可调电抗器绕组，可调电阻器RA、RB、RC，可调电容器CA、CB、CC，交流接触器KM7、KM8、KM9、KM10、KM11、KM12、KM13、KM14、KM15、KM16、KM17、KM18、KM76、KM207、KM208、KMRA、KMRB、KMRC、KMCA、KMCB、KMCC；进行电气火灾实验的过程中根据工况的不同，利用负载切换电路加载、卸载、调节相应的负载，并且把负载组合成串联、并联形式，以达到调节实验电流的大小，以及调节实验电压、电流之间的相位角的目的，负载串并联组合形式如下表2所示。

表2负载串并联组合形式

交流接触器KMRA、KMRB、KMRC分别是电阻柜中A、B、C三相的交流接触器，其功能是实现电阻的加载和卸载；可调电阻器RA、RB、RC分别是电阻柜中A、B、C三相的可调电阻器，能够在380V的电压下以1KW为精度逐级调节电阻的输出有功功率，A相可调范围为0～456KW，B、C相可调范围为0～165KW；交流接触器KMCA、KMCB、KMCC分别是电容柜中A、B、C三相的交流接触器，其功能是实现电容的加载和卸载；可调电容器CA、CB、CC分别是电容柜中A、B、C三相的可调电容器，能够在380V、50HZ的电压下以1KVar为精度逐级调节电容的无功功率，每相的可调范围为0～165KVar；交流接触器KM7、KM8、KM9分别是可调电抗器C、B、A三相绕组的加载、卸载控制交流接触器，可调电抗器的容量为300KVA，能够实现电流的平滑无级调节。

由电源切换电路中引出的A1线路分两支，一支连接第一可调电抗器绕组的输入端，另一支连接交流接触器KM12的输入端，交流接触器KM12的输出端连接交流接触器KM76的输入端、可调电容器CA的输出端；第一可调电抗器绕组的输出端连接交流接触器KM16、KM17的输入端；交流接触器KM16的输出端连接交流接触器KM9、KM18的输入端；交流接触器KM9的输出端连接交流接触器KMCA、KM15的输入端；交流接触器KMCA的输出端连接可调电容器CA的输入端；交流接触器KM15的输出端连接交流接触器KMRA、KM208的输入端；交流接触器KMRA的输出端连接可调电阻器RA的输入端，可调电阻器RA的输出端连接交流接触器KM76、KM207的输出端；交流接触器KM208的输出端连接KM207的输入端，并且分出一支线路A2连接至出线配电电路的输入端；由电源切换电路中引出的A2线路分两支，一支连接第二可调电抗器绕组的输入端，另一支连接交流接触器KM11的输入端、交流接触器KM18输出端；交流接触器KM11输出端连接可调电容器CB、可调电阻器RB的输出端；第二可调电抗器绕组的输出端连接交流接触器KM17的输出端、交流接触器KM8的输入端，交流接触器KM8的输出端连接交流接触器KMCB、KM14的输入端；交流接触器KMCB的输出端连接可调电容器CB的输入端；交流接触器KM14的输出端连接交流接触器KMRB的输入端，并且分出一支线路B2连接至出线配电电路的输入端；交流接触器KMRB的输出端连接可调电阻器RB的输入端；由电源切换电路中引出的A3线路分两支，一支连接第三可调电抗器绕组的输入端，另一支连接交流接触器KM10的输入端；交流接触器KM10输出端连接可调电容器CC、可调电阻器RC的输出端；第三可调电抗器绕组的输出端连接交流接触器KM7的输入端，交流接触器KM7的输出端连接交流接触器KMCC、KM13的输入端；交流接触器KMCC的输出端连接可调电容器CC的输入端；交流接触器KM13的输出端连接交流接触器KMRC的输入端，并且分出一支线路C2连接至出线配电电路的输入端；交流接触器KMRC的输出端连接可调电阻器RC的输入端；零线N的输出端连接至出线配电电路的输入端。

所述出线配电电路包括断路器QF6、交流接触器KM83，其功能是把负载的出线引至样品制取装置，以及提供换样断电、过流保护；所述样品制取装置有环境温度模拟试验箱、环境气氛模拟试验箱、接触距离与角度模拟装置和微动接触模拟装置；

其中，断路器QF6的输入端连接负载切换电路的输出端A2、B2、C2、N，其输出端连接交流接触器KM83的输入端；交流接触器KM83的输出端分四路：环境温度模拟试验箱连接交流接触器KM83输出端的A、B、C、N，环境气氛模拟试验箱连接交流接触器KM83输出端的A、B、C、N，接触距离与角度模拟装置连接交流接触器KM83输出端的A、N，微动接触模拟装置连接交流接触器KM83输出端的A、N。

在进行电气火灾实验前，需先闭合图2至图5所有的隔离开关、行程开关、断路器，断开所有的交流接触器和中间继电器，然后再进行下列电气火灾实验，其中，在进行电气火灾实验时，主电路的继电器和交流接触器由上级的PC上位机、手动控制台、PLC控制器控制。

一、实验1

电压为三相交流380V、50HZ，负载为RLC并联条件下Y形连接线圈的过载实验：

实验人员将线圈接线端连接到图5的环境模拟试验箱的A、B、C接线端子上；按下PC上位机的人机界面的“汇流”按钮，图2的XJ6与XJ7导通，中间继电器KA300闭合，KM85、KM86的线圈通电闭合，将电输出至图3的电路。

按下PC上位机的人机界面的“三相电源准备”按钮，KM1闭合，三相交流电源通电；按下PC上位机的人机界面的“三相试验准备”按钮，KM4闭合，图4的KM16闭合，将电输出至图4电路；在PC上位机的人机界面调节电源的输出电压为380V。

按下PC上位机的人机界面的“三相RLC并联”按钮，图4的KM10～15、76、208闭合，完成负载的三相RLC并联连接动作；在PC上位机的人机界面上按下“绕组1”、“绕组2”、“绕组3”按钮接入可调电抗器并调节感抗值，以及按下各相对应的电阻、电容按钮设置电阻值、电容值，完成这一负载设置步骤后，KMRA、KMRB、KMRC、KMCA、KMCB、KMCC闭合，可将电输出至图5的电路。

实验人员确认操作无误与安全后，按下手动控制台上的“实验启停”按钮，KM83闭合，送电至环境温度模拟试验箱进行实验，并在PC上位机的人机界面上记录实验数据。

实验完成后再次按下手动控制台上的“实验启停”按钮，KM83与KM4同时断开，以确保安全，并使环境温度模拟试验箱中的Y形连接线圈样品断电；手动断开断路器QF6后，更换线圈样品进行下一步实验。

再次实验前，需要在闭合QF6后，再按下PC上位机的人机界面的“三相试验准备”按钮，使KM4闭合，之后按下手动控制台上的“实验启停”按钮完成对样品的送电；若结束实验，则按下手动控制台上的“停止按钮”，使主电路上的所有中间继电器和交流接触器复位，最后断电关机。

二、实验2

电压为单相交流220V、1000HZ，负载为RL串联条件下的导线一次短路实验：

实验人员将导线连接到图5的接触距离与角度模拟装置的A、N接线端子上；按下PC上位机的人机界面的“汇流”按钮，图2的XJ6与XJ7导通，中间继电器KA300闭合，KM85、KM86的线圈通电闭合，将电输出至图3的电路。

按下PC上位机的人机界面的“单相交流电源准备2”按钮，KM2闭合，变频电源通电；按下PC上位机的人机界面的“相交流试验准备2”按钮，KM5闭合，图4的KM16断开，KM17、KM18闭合，将电输出至图4电路；在PC上位机的人机界面调节电源的输出电压为220V、1000HZ。

按下PC上位机的人机界面的“单相RL串联”按钮，图4的KM15，KM207闭合，完成负载的单相RL串联连接动作；在PC上位机的人机界面上按下“绕组1”、“绕组2”按钮接入可调电抗器并调节感抗值，以及按下A相对应的电阻按钮设置电阻值，完成这一负载设置步骤后，KMRA闭合，可将电输出至图5的电路。

实验人员确认操作无误与安全后，按下手动控制台上的“实验启停”按钮，KM83闭合，送电至接触距离与角度模拟装置进行实验，并在PC上位机的人机界面上记录实验数据。

实验完成后再次按下手动控制台上的“实验启停”按钮，KM83与KM5同时断开，以确保安全，并使接触距离与角度模拟装置中的导线样品断电；手动断开断路器QF6后，更换导线样品进行下一步实验。

再次实验前，需要在闭合QF6后，再按下PC上位机的人机界面的“单相交流电源准备2”按钮，使KM5闭合，之后按下手动控制台上的“实验启停”按钮完成对样品的送电；若结束实验，则按下手动控制台上的“停止按钮”，使主电路上的所有中间继电器和交流接触器复位，最后断电关机。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于大功率电气火灾实验的主电路，其特征在于，包括：

进线汇流电路，用于实现进线汇流、过流保护、缺相保护，以及利用行程开关实现主配电屏门开启时断电保护的功能；

电源切换电路，用于实现三相交流、三进单出可程式或变频、三进单出直流电源的选择和切换，以及实现各种电源输出端之间的隔离防干扰、电源分支过流保护、使电源进入实验准备状态、从三相交流电源中接出一相作单相交流实验电源的功能；

负载切换电路，用于实现实验负载的加载、卸载，以及串联、并联连接的功能；

出线配电电路，用于实现对电气火灾实验用的样品制取装置的出线配电，以及提供过流保护的功能；

其中，所述进线汇流电路、电源切换电路、负载切换电路、出线配电电路依次连接，在进行电气火灾实验时，配电房市电输入至进线汇流电路，进线汇流电路输出至电源切换电路，电源切换电路输出至负载切换电路，负载切换电路输出至出线配电电路，出线配电电路再输出至样品制取装置；所述主电路能实现300KAV的大功率电气火灾实验，实验电压为0～700V，短时最大实验电流达1200A；

所述进线汇流电路由两路进线分支和一路出线分支组成，该两路进线分支为两路150KVA容量的线路，把该两路150KVA容量的线路经一路出线分支汇流后输出至电源切换电路；所述进线汇流电路包括三个熔断式隔离开关QD0、QD2、QD3，三个断路器QF0、QF7、QF8，两个交流接触器KM85、KM86，一个中间继电器KA300，两个行程开关SK1、SK2，一个相序保护器XJ3－G，八个进线接线端子LA10、LA20、LA30、NA10、LB10、LB20、LB30、NB10，四根汇流母排BS1、BS2、BS3、BSN；

其中一路进线分支的三条火线和一条零线由接线端子LA10、LA20、LA30、NA10接入至熔断式隔离开关QD2输入端，熔断式隔离开关QD2的输出端连接断路器QF7的输入端，断路器QF7的输出端将三条火线连接交流接触器KM85的输入端并且将零线连接至零线汇流母排BSN，交流接触器KM85输出端将三条火线分别连接至火线汇流母排BS1、BS2、BS3；另一路进线分支的三条火线和一条零线由接线端子LB10、LB20、LB30、NB10接入至熔断式隔离开关QD3输入端，熔断式隔离开关QD3的输出端连接断路器QF8的输入端，断路器QF8的输出端将三条火线连接交流接触器KM86的输入端并且将零线连接至零线汇流母排BSN，KM86输出端将三条火线分别连接至火线汇流母排BS1、BS2、BS3；汇流母排BS1、BS2、BS3、BSN连接熔断式隔离开关QD0输入端，熔断式隔离开关QD0输出端连接断路器QF0输入端，断路器QF0的输出端引出三根线L1、L2、L3接至电源切换电路的输入端；

熔断式隔离开关QD2的输出端的三根火线即A、B、C三相分别连接相序保护器XJ3－G的接线端子1、2、3；断路器QF8输出端的第三根火线即C相连接相序保护器XJ3－G的接线端子6；行程开关SK1的常开触点、行程开关SK2的常开触点、断路器QF7的常开辅助触点、断路器QF8的常开辅助触点串联后的一端连接相序保护器XJ3－G的接线端子5，另一端接至PLC的接线端子XJ6；交流接触器KM85的线圈与中间继电器KA300的一个常开触点串联后的一端连接断路器QF8的出线端的零线，另一端接至PLC的接线端子XJ6；交流接触器KM86的线圈与中间继电器KA300的另一个常开触点串联后的一端连接断路器QF8的出线端的零线，另一端接至PLC的接线端子XJ6；中间继电器KA300的线圈一端连接PLC的接线端子XJ6，另一端连接断路器QF8的出线端的零线。

2.根据权利要求1所述的一种用于大功率电气火灾实验的主电路，其特征在于：所述电源切换电路包括断路器QF1、QF2、QF3，交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM84，三相交流、单相可程式或变频、直流电源，接线端子U、V、W；根据实验工况需要，选择三相交流、单相可程式或变频、直流电源之一进行多种电源参数条件下的电气火灾实验；

其中，所述进线汇流电路的断路器QF0输出端引出的三根火线L1、L2、L3分别接至接线端子U、V、W备用；断路器QF1、QF2、QF3的输入端分别连接至进线汇流电路的断路器QF0；断路器QF1的输出端连接交流接触器KM1的输入端，交流接触器KM1的输出端连接三相交流电源的输入端；交流接触器KM84与交流接触器KM4的A相触点并联后的一端连接三相交流电源的A相输出端，另一端连接交流接触器KM5、KM6的火线输出端，并且引出线路A1连接至负载切换电路的输入端；交流接触器KM4的B、C相输入端连接三相交流电源的B、C相输出端；三相交流电源的中性线输出端N分别与交流接触器KM5、KM6的零线输出端连接后分两路，一路接地，另一路N连接至负载切换电路的输入端；断路器QF2的输出端连接交流接触器KM2的输入端，KM2的输出端连接三进单出可程式交流电源或变频电源的输入端；三进单出可程式交流电源或变频电源的输出端的一根火线、一根零线分别连接交流接触器KM5的火线、零线输入端；断路器QF3的输出端连接交流接触器KM3的输入端，交流接触器KM3的输出端连接直流电源的输入端；直流电源输出端的正极、负极分别连接交流接触器KM6的火线、零线输入端。

3.根据权利要求1所述的一种用于大功率电气火灾实验的主电路，其特征在于：所述负载切换电路包括第一可调电抗器绕组、第二可调电抗器绕组、第三可调电抗器绕组，可调电阻器RA、RB、RC，可调电容器CA、CB、CC，交流接触器KM7、KM8、KM9、KM10、KM11、KM12、KM13、KM14、KM15、KM16、KM17、KM18、KM76、KM207、KM208、KMRA、KMRB、KMRC、KMCA、KMCB、KMCC；在进行电气火灾实验的过程中根据工况的不同，利用负载切换电路加载、卸载、调节相应的负载，并且把负载组合成串联、并联形式，以达到调节实验电流的大小，以及调节实验电压、电流之间的相位角的目的；

其中，交流接触器KMRA、KMRB、KMRC分别是电阻柜中A、B、C三相的交流接触器，其功能是实现电阻的加载和卸载；可调电阻器RA、RB、RC分别是电阻柜中A、B、C三相的可调电阻器，能够在380V的电压下以1KW为精度逐级调节电阻的输出有功功率，A相可调范围为0～456KW，B、C相可调范围为0～165KW；交流接触器KMCA、KMCB、KMCC分别是电容柜中A、B、C三相的交流接触器，其功能是实现电容的加载和卸载；可调电容器CA、CB、CC分别是电容柜中A、B、C三相的可调电容器，能够在380V、50HZ的电压下以1KVar为精度逐级调节电容的无功功率，每相的可调范围为0～165KVar；交流接触器KM7、KM8、KM9分别是可调电抗器C、B、A三相绕组的加载、卸载控制交流接触器，可调电抗器的容量为300KVA，能够实现电流的平滑无级调节；

由电源切换电路中引出的A1线路分两支，一支连接第一可调电抗器绕组的输入端，另一支连接交流接触器KM12的输入端，交流接触器KM12的输出端连接交流接触器KM76的输入端、可调电容器CA的输出端；第一可调电抗器绕组的输出端连接交流接触器KM16、KM17的输入端；交流接触器KM16的输出端连接交流接触器KM9、KM18的输入端；交流接触器KM9的输出端连接交流接触器KMCA、KM15的输入端；交流接触器KMCA的输出端连接可调电容器CA的输入端；交流接触器KM15的输出端连接交流接触器KMRA、KM208的输入端；交流接触器KMRA的输出端连接可调电阻器RA的输入端，可调电阻器RA的输出端连接交流接触器KM76、KM207的输出端；交流接触器KM208的输出端连接KM207的输入端，并且分出一支线路A2连接至出线配电电路的输入端；由电源切换电路中引出的A2线路分两支，一支连接第二可调电抗器绕组的输入端，另一支连接交流接触器KM11的输入端、交流接触器KM18输出端；交流接触器KM11输出端连接可调电容器CB、可调电阻器RB的输出端；第二可调电抗器绕组的输出端连接交流接触器KM17的输出端、交流接触器KM8的输入端，交流接触器KM8的输出端连接交流接触器KMCB、KM14的输入端；交流接触器KMCB的输出端连接可调电容器CB的输入端；交流接触器KM14的输出端连接交流接触器KMRB的输入端，并且分出一支线路B2连接至出线配电电路的输入端；交流接触器KMRB的输出端连接可调电阻器RB的输入端；由电源切换电路中引出的A3线路分两支，一支连接第三可调电抗器绕组的输入端，另一支连接交流接触器KM10的输入端；交流接触器KM10输出端连接可调电容器CC、可调电阻器RC的输出端；第三可调电抗器绕组的输出端连接交流接触器KM7的输入端，交流接触器KM7的输出端连接交流接触器KMCC、KM13的输入端；交流接触器KMCC的输出端连接可调电容器CC的输入端；交流接触器KM13的输出端连接交流接触器KMRC的输入端，并且分出一支线路C2连接至出线配电电路的输入端；交流接触器KMRC的输出端连接可调电阻器RC的输入端；零线N的输出端连接至出线配电电路的输入端。

4.根据权利要求1所述的一种用于大功率电气火灾实验的主电路，其特征在于：所述出线配电电路包括断路器QF6、交流接触器KM83，其功能是把负载的出线引至样品制取装置，以及提供换样断电、过流保护；所述样品制取装置有环境温度模拟试验箱、环境气氛模拟试验箱、接触距离与角度模拟装置和微动接触模拟装置；

其中，断路器QF6的输入端连接负载切换电路的输出端A2、B2、C2、N，其输出端连接交流接触器KM83的输入端；交流接触器KM83的输出端分四路：环境温度模拟试验箱连接交流接触器KM83输出端的A、B、C、N，环境气氛模拟试验箱连接交流接触器KM83输出端的A、B、C、N，接触距离与角度模拟装置连接交流接触器KM83输出端的A、N，微动接触模拟装置连接交流接触器KM83输出端的A、N。