CN108333502B - 一种测量小型断路器动作温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种测量小型断路器动作温度的方法，通过建立双金属片的热平衡关系，将小型断路器置于冷态模式下，获取此时的双金属片的温升关系式，将小型断路器置于基准环境温度30℃下，对小型断路器通标准试验电流，获取此时的动作温升，将小型断路器置于环境温度为θ_环时，对小型断路器通等效试验电流，获取此时的温升，接着获取脱扣等效时间t与动作温度θ_d的线性关系，待测试小型断路器至少两次置于不同温度下重复获取每次的温升，并由线性关系获得小型断路器的临界动作温度θ_d。本发明的有益效果是，间接测量小型断路器的动作温度，方法简便可行、快速准确。

Description

一种测量小型断路器动作温度的方法

技术领域

本发明涉及一种测量小型断路器动作温度的方法。

背景技术

小型断路器的动作温度是指小型断路器通电时，由于双金属片的发热弯曲推动脱扣机构动作时的温度，作为小型断路器过载保护特性等效校验中的一个关键参数，其测量的准确性起着至关重要的作用。

合格的小型断路器的动作温度应在约定脱扣电流温升曲线的上升区间，产品的动作温度是在生产中通过等效校验来调整的，一个不合格的产品调试成合格品，调的就是动作温度。目前动作温度仍然需要借助传感器来进行测量，常用的传感器有热电偶和红外热像仪。热电偶直接与双金属片接触进行测量，虽然结果比较准确，但由于需要与双金属片直接接触，改变了小型断路器内部的温度场，而且当双金属片温度升高时，热电偶的固定问题很难解决；红外热像仪因为是非接触式测量，不会改变小型断路器的封闭环境，但存在热滞后问题，传感器感受的温度从一个值变化到另一个值时，传感器的输出要经过一段时间才能对应于另一值的输出值。不管采用哪种传感器，只要对动作温度进行测量，都会受到周围环境波动的影响，测量结果存在误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量小型断路器动作温度的方法，间接测量小型断路器的动作温度，简单有效。

一种测量小型断路器动作温度的方法，该方法包括如下步骤：步骤一：建立双金属片的热平衡关系：Pdt＝cmdτ+K_TAdt；式中：Pdt—在dt时间内双金属总的发热量cmdτ—双金属片的蓄热量；c—比热容；m—双金属片的质量；dτ—dt时间内升的变化值；K_TAdt—在dt时间内双金属片总的散热量；K_T—综合散热系数；A—散热表面积；τ—温升；步骤二：将小型断路器置于冷态模式下，获取此时的双金属片的温升关系式：τ＝τ_w(1-e^-t/T)；式中：t—通电时间；T—双金属片的热时间常数；τ_w—稳定温升；步骤三：将小型断路器置于基准环境温度30℃下，对小型断路器通标准试验电流I_标，获取此时的动作温升：

式中，R为双金属片的阻值；步骤四：将小型断路器置于环境温度为θ_环时，对小型断路器通等效试验电流I_等，获取此时的温升

步骤五：根据步骤三和步骤四，获取脱扣等效时间t与动作温度θ_d的线性关系：

步骤六：待测试小型断路器至少两次置于不同温度下重复步骤四，并获取每次的温升，并由步骤五中的线性关系便可获得小型断路器的临界动作温度θ_d。

所述步骤二所述的冷态模式为当t＝0，τ＝0时。

所述步骤四的温升要当小型断路器动作时双金属片的表面温升达到稳定状态时获取。

所述步骤四中的等效试验电流I_等为3至4倍额定电流。

所述步骤六中，重复步骤五时对待测试断路器通的等效试验电流I_等相同。

本发明具有的有益效果，间接测量小型断路器的动作温度，方法简便可行、快速准确。

附图说明

图1为本发明热双金属片的温升曲线。

图2为本发明小型断路器过载保护特性等效校验原理图。

1-跳扣

2-动作时间t₁′时热双金属片的位置

3-临界动作温升时热双金属片的位置

4-动作时间t₂′时热双金属片的位置

5-调节螺钉

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中及实施例，对本发明进一步详细说明。

小型断路器的过载保护特性是指在过载的情况下，双金属片发热弯曲，当热量积累到某一个极限值时，触发脱扣机构使动静触头分开的过程。根据GB10963.1-2005《电气附件—家用或类似场所用过电流保护器第一部分：用于交流的断路器》国家标准规定，63A及以下的小型断路器在标准环境温度下，从冷态开始通约定不脱扣电流，要求在小于约定时间内不脱扣；约定时间结束后，立即将电流升至约定脱扣电流，在小于约定时间内脱扣。

小型断路器热双金属的位移△f：

式中：

K—热双金属的比弯曲；

θ-θ₀—温升；

θ₀—环境温度；

L—热双金属的长度；

δ—热双金属的厚度。

从热双金属位移公式中可以看出，由于热双金属片的长度、厚度、比弯曲都是常量，则热双金属片的位移与温升成线性关系，因此企业设定临界动作温升τ_d，其值为约定不脱扣电流1.13In的动作温升与约定脱扣电流1.45In动作温升的平均值，即：

式中：τ_d—热双金属片的临界动作温升；

τ_1.13—1.13In下热双金属片的动作温升；

τ_1.45—1.45In下热双金属片的动作温升。

企业设定的临界动作电流值为：

则企业的内控标准应为：1.3In电流下1h内不脱扣，紧接着通以1.3In+Δ(小于1.45In)1h内脱扣。

在大批量的工业生产中，为减小校验时间，提高生产效率，生产企业通常利用提高电流倍数来等效模拟，GB 10963.1-2005里规定的等效试验为从冷态开始，对小型断路器通2.55In，断开时间应大于1s或小于60s(In≤32A)，通常企业内部规定的等效试验的脱扣时间范围比标准严格。其脱扣原理是：断路器通过规定的电流，使双金属片受热弯曲，以推动脱扣机构，使断路器在规定的时间内脱扣。生产调试时，操作工人将产品放入自动调节装置，采用气动夹具将断路器夹紧通电，利用PLC对断路器的脱扣电流和脱扣时间进行自动控制，通过步进电机带动调节螺丝刀来调节断路器双金属片下的调节螺钉，以改变双金属片与脱扣机构之间的距离，从而来改变断路器的脱扣时间。调试时螺钉不与双金属片直接接触，避免内应力的产生。等效校验时的等效时间范围通过国家标准进行确定，热双金属片的温升曲线如图1所示。从冷态开始，小型断路器通约定不脱扣电流的温升曲线如图1中的曲线I所示，立即通入约定脱扣电流的温升曲线如图1中的曲线II所示，小型断路器通等效试验电流I_等效时双金属片的温升曲线如图1中的曲线III所示。

根据国家标准并结合热双金属片的温升曲线可知，当小型断路器的动作时间在t₁和t₂之间时，对应到通等效试验电流时小型断路器的动作时间在t₁′和t₂′之间。小型断路器过载保护特性等效校验的简化原理图如图2所示。图2中1是跳扣，2是动作时间t₁′时热双金属片的位置，3是临界动作温升时热双金属片的位置，4是动作时间t₂′时热双金属片的位置，5是调节螺钉。

生产调试时，先用2.55In进行全数校验，等效校验的脱扣时间必须在t₁′和t₂′之间，若小型断路器的脱扣时间不在这个内控值的范围内，则通过调节断路器双金属片下的调节螺钉，以改变双金属片与脱扣机构之间的距离，从而来改变断路器的脱扣时间。校验完之后用国家标准进行抽样校验，以此有效控制小型断路器过载保护特性。

如图1所示，当小型断路器的动作时间在t₁和t₂之间时，双金属片的动作温升必须位于τ_a和τ_b之间，即动作时间与动作温度存在一一对应的关系，两者关系的推导如下所示：

63A及以下的小型断路器通常采用直热式结构的双金属片，假设双金属片的受热是均匀的，那么直接均匀加热的双金属片所产生的热量等于双金属片温度升高所吸收的热量和表面散失热量的和，其热平衡方程为

Pdt＝cmdτ+K_TAdt

式中：

Pdt—在dt时间内双金属总的发热量；

cmdτ—双金属片的蓄热量；

c—比热容；

m—双金属片的质量；

dτ—dt时间内温升的变化值；

K_TAdt—在dt时间内双金属片总的散热量；

K_T—综合散热系数；

A—散热表面积；

τ—温升；

从冷态开始，即t＝0，τ＝0，可得双金属片的温升表达式：

τ＝τ_w(1-e^-t/T)

式中：

t—通电时间；

T—双金属片的热时间常数；

τ_w—稳定温升；

其中

设双金属片的动作温升为τ_d，则有τ_d＝θ_d-θ₀

式中：

θ_d—双金属片的实际动作温度；

θ₀—周围环境温度；

在基准环境温度30℃下对小型断路器通标准试验电流I_标，当小型断路器动作时双金属片的表面温升已达到稳定状态，即

在环境温度为θ_环时对小型断路器通等效试验电流I_等，由于通电电流大、时间短，基本可以忽略元件的散热问题，曲线近似是一条斜线，即此时双金属片总的发热量等于双金属片的蓄热量。

则

由于双金属片最终弯曲位置只与温度有关，只要脱扣器整定点不变，双金属片受热弯曲最终使脱扣器脱扣的位置也不变，则双金属片的动作温度θ_d也应该不变。就有如下关系成立：

式中：t—脱扣等效时间；

—温度补偿系数；

本实施例根据脱扣等效时间t与动作温度θ_d的线性关系，可以求得小型断路器的临界动作温度，具体方法如下：

1.取额定电流63A以下的小型断路器一只作为样品，放入恒温箱中，模拟小型断路器处于基准环境温度时的情况，采用最大温度允许误差5℃，即将样品加热至35℃。

2.对样品通高倍等效试验电流I_等(取3～4倍额定电流)，测量样品的脱扣时间，记为t_35℃。

3.将同一样品再次放入恒温箱中，冷却至-5℃，对样品通同样的等效试验电流I_等，测量样品的脱扣时间，记为t_-5℃。

则存在如下关系：

因此只要测出两次脱扣时间，由线性关系便可以求得小型断路器的临界动作温度θ_d。这种方法测量小型断路器的动作温度，不要对温度进行直接测量，具有简便高效操作性强的优点。

Claims (5)

1.一种测量小型断路器动作温度的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：建立双金属片的热平衡关系：Pdt＝cmdτ+K_TAdt；

式中：Pdt-在dt时间内双金属片总的发热量；cmdτ-双金属片的蓄热量；c-比热容；m-双金属片的质量；dτ-dt时间内温升的变化值；K_TAdt-在dt时间内双金属片总的散热量；K_T-综合散热系数；A-散热表面积；τ-温升；

步骤二：将小型断路器置于冷态模式下，获取此时的双金属片的温升关系式：τ＝τ_w(1-e^-t/T)；

式中：t-通电时间；T-双金属片的热时间常数；τ_w-稳定温升；

步骤三：将小型断路器置于基准环境温度30℃下，对小型断路器通标准试验电流I_标，获取此时的动作温升：

式中，R为双金属片的阻值；

步骤四：将小型断路器置于环境温度为θ_环时，对小型断路器通等效试验电流I_等，获取此时的温升

步骤五：根据步骤三和步骤四，获取脱扣等效时间t与动作温度θ_d的线性关系：

式中，

-温度补偿系数；

步骤六：待测试小型断路器至少两次置于不同温度下重复步骤四，并获取每次的温升，并由步骤五中的线性关系便可获得小型断路器的临界动作温度θ_d。

2.根据权利要求1所述的一种测量小型断路器动作温度的方法，其特征在于，所述步骤二所述的冷态模式为当t＝0，τ＝0时。

3.根据权利要求1所述的一种测量小型断路器动作温度的方法，其特征在于，所述步骤四的温升要当小型断路器动作时双金属片的表面温升达到稳定状态时获取。

4.根据权利要求1所述的一种测量小型断路器动作温度的方法，其特征在于，所述步骤四中的等效试验电流I_等为3至4倍额定电流。

5.根据权利要求1所述的一种测量小型断路器动作温度的方法，其特征在于，步骤六中，重复步骤五时对待测试断路器通的等效试验电流I_等相同。

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