CN109725253B - 一种控制与保护开关电器的热记忆试验测试装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电器测试技术领域，特别公开了一种控制与保护开关电器的热记忆试验测试装置及应用。该装置包括保护开关电器，其特征在于：所述控制与保护开关电器、断路器Ⅰ与恒流源Ⅰ串联形成热平衡回路，控制与保护开挂电器、断路器Ⅱ、电流累时器与恒流源Ⅱ串联形成脱扣回路；断路器Ⅰ和断路器Ⅱ并联连接电源，且断路器Ⅰ和断路器Ⅱ并联连接双延时时间继电器，电源与双延时时间继电器的工作线圈连接；双延时时间继电器连接运算放大器，运算放大器连接热电偶，热电偶粘贴在控制与保护开关电器上。本发明集成智能化控完成控制与保护开关电器热记忆试验，减少了手动操作带来的不确定性，首次准确掌握了热记忆试验各阶段电流导通、终端时间。

Description

一种控制与保护开关电器的热记忆试验测试装置及应用

技术领域

本发明涉及电器测试技术领域，特别涉及一种控制与保护开关电器的热记忆试验测试装置及应用。

背景技术

控制与保护开关电器广泛应用在低压配电终端领域，为电路提供保护和控制功能，也可实现附加功能，如隔离功能。该类产品国家标准：GB14048.9《低压开关设备和控制设备 第6-2部分：多功能电器（设备） 控制与保护开关电器（设备）（CPS）》，目前现行有效的国家标准版本是GB/T14048.9-2008。在该标准8.2.1.5.1.2条款中规定了热记忆试验，该试验涉及热平衡、中断电流以及脱扣验证三个阶段。

控制与保护开关电器需要进行热记忆试验的目的，是为了验证控制与保护开关电器在发生过载情况下的产品性能。热记忆试验时模拟双金属片的热效应特性，将线路发热能量进行累加计算，避免在未达到长延时过载脱扣的情况下反复的过载引起导体发热。控制与保护开关电器上的智能控制器断电再上电，积累热效应全部清除。热记忆试验具有测试参数多、阶段衔接复杂等特点，试验人员需要组合不同的测试设备，来完场对上述三个阶段的测试验证。在上述三个阶段的测试验证过程中，不同阶段涉及不同设备的衔接，试验人员手动操作完成难以控制，且不同阶段试验对应电流导通、中断时间精度要求高难以掌握。

针对上述问题，需要设计一种控制与保护开关电器热记忆试验测试装置，实现机械智能切换操作代替试验人员手动操作，同时又可以准确掌握控制与保护开关电器每阶段试验电流导通、中断时间，以及精确测量脱扣时间，是解决此技术问题的一种方法。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种测试精确、自动化程度高的控制与保护开关电器的热记忆试验测试装置及应用。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种控制与保护开关电器的热记忆试验测试装置，包括并联连接断路器Ⅰ和断路器Ⅱ的控制与保护开关电器，其特征在于：所述控制与保护开关电器、断路器Ⅰ与恒流源Ⅰ串联形成热平衡回路，控制与保护开关电器、断路器Ⅱ、电流累时器与恒流源Ⅱ串联形成脱扣回路；断路器Ⅰ的欠压电磁线圈进线端和断路器Ⅱ的闭合电磁线圈进线端并联连接电源，且断路器Ⅰ的欠压电磁线圈出线端连接双延时时间继电器的常闭触点进线端，断路器Ⅱ的闭合电磁线圈出线端连接双延时时间继电器的常开触点进线端，双延时时间继电器的常闭触点出线端和常开触点出线端分别连接电源的两端，电源与双延时时间继电器的工作线圈经导线连接；双延时时间继电器的触发信号端子经导线连接运算放大器的输出端子，运算放大器的输入端子经导线连接热电偶的输出端子，热电偶的检测端粘贴在控制与保护开关电器的接线端子上。

本发明实现热平衡回路和脱扣回路的构建，通过双延时施加继电器分别控制断路器Ⅰ欠压线圈、断路器Ⅱ闭合线圈动作实现切换，针对性的应用于控制与保护开关电器的热记忆试验，使得该试验既可以替代试验人员手动操作，又可以准确掌握控制与保护开关电器每阶段电流导通、中断时间，首次克服了现有技术对控制与保护开关电器热记忆试验装置的研究难题。

本发明的更优技术方案为：

所述断路器Ⅰ为具欠压电磁线圈断路器，当断路器Ⅰ的欠压电磁线圈断电时，处于闭合状态的断路器Ⅰ自动分段；当给断路器的欠压电磁线圈提供工作电源时，可以手段闭合断路器Ⅰ；断路器Ⅱ为具闭合电磁线圈断路器，当断路器Ⅱ的闭合电磁线圈得电时，处于断开状态的断路器Ⅱ自动闭合，断路器Ⅱ具有短路耐受和短路分断能力，不具备自动重合闸功能；断路器Ⅰ和断路器Ⅱ的工作电源电压均为交流380V。

所述恒流源Ⅰ和恒流源Ⅱ均为交流恒流源，交流恒流源是为低压电器用户专门设计制造，其输出电流是恒定的，输出波形为纯正旋波，可作为检测过电流实验仪器，满足控制与保护开关电器热记忆试验对电流稳定度的要求。

电流累时器具有记录电流累计运动时间功能，控制与保护开关电器运行时必有电流通过，导线上加装电流互感器，将二次线圈中感应电压经整流后控制大功率MOS管无触点电子开关。当导线中有电流通过时，无触点电子开关导通触发电流累时器开始计时；断电时到西安中无电流通过，无触点电子开关截止电子累时器停止计时，根据电流累时器可知控制与保护开关电器精确的脱扣时间，电流累时器的精度为1ms。

所述电源为交流三相四线制交流电源，任意两根火线组合提供交流280V，任意一根火线与零线组合提供交流220V，能满足双延时时间继电器、断路器的欠压、闭合电磁线圈工作电压要求。

所述双延时时间继电器为电压触发型时间继电器；双延时时间继电器具有两个延时比较器，分别设定后，第一个开始工作，达到设定值后输出控制信号的同时触发第二个延时比较器，第二个达到设定值后输出控制信号；当双延时时间继电器的触发信号端子接收1-5V的电压时，双延时时间继电器开始计时；当计时达到双延时时间继电器设定时间时，双延时时间继电器的常闭触点变为常开触点，常开触点变为常闭触点；双延时时间继电器具有断电计时自动清零功能；双延时时间继电器的工作电压为交流220V或380V；双延时时间继电器的精度为1ms。

所述运算放大器上设置有一个信号输出端口和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元；当运算放大器的两个高阻抗输入端子接收10至50毫伏的电压时，运算放大器可输出5伏左右的电压。

所述热电偶为普通K型热电偶，其测量温度范围为-40～333℃，测量允差为±2.5℃，热电偶的检测端粘贴在控制与保护开关电器的接线端子上，二次侧输出电压为0-50毫伏。

本发明所涉及的元器件均通过商购获得，所有元器件的构造是本领域技术人员熟知的。

上述的控制与保护开关电器热记忆试验测试装置的应用，根据时间顺序可分为热平衡、中断电流、脱扣验证三个阶段，包括以下步骤：

首先通过规定截面积的导线将恒流源I、断路器I及控制与保护开关电器连接构成热平衡回路，设定控制与保护开关电器热记忆试验所需要的热平衡电流值Ie；然后用导线将恒流源Ⅱ、断路器Ⅱ、电流累时器及控制与保护开关电器连接构成脱扣回路，设定控制与保护开关电器热记忆试验所需要的脱扣电流值7.2Ie。控制与保护开关电器的出线端连接在一起，将热电偶的检测端粘贴在控制与保护开关电器的接线端子上。

第一步，热平衡测试，依次包括1A、1B、1C、1D四部分内容：

1A：试验人员接通电源，断路器I欠压电磁线圈得电，手动闭合断路器I，热平衡回路导通，控制与保护开关电器开始通电；

1B：启动恒流源I，恒流源I调节输出之前设定好的热平衡电流值Ie，控制与保护开关电器接通热平衡电流Ie，若干时间达到热平衡；

1C：粘贴在控制与保护开关电器接线端子上的热电偶输出电压信号，经运算放大器输出5伏左右的电压；运算放大器的输出电压通过导线连接输入双延时时间继电器的触发信号端子，作为双延时时间继电器开始计时的触发信号；

1D：双延时时间继电器接收到触发信号，启动一个延时比较器开始计时并进行逻辑判断，当双延时时间继电器记录时间t达到设定时间T1时，双延时时间继电器的常闭触点转换为常开触点，断路器I自动断开，热平衡阶段结束。

第二步，中断电流测试，包括2A、2B两部分内容：

2A：双延时时间继电器在1D阶段达到设定时间T1后，断路器I自动断开，热平衡回路电流中断，此时脱扣回路尚未接通，控制与保护开关电器主回路处于断电状态。双延时时间继电器达到设定时间T1的同时触发第二个延时比较器；

2B：当双延时时间继电器记录时间t达到设定时间T2时，设定时间T2即为中断电流时间（不同类型的控制与保护开关电器T2不同，根据实际产品需要调整），双延时时间继电器的常开触点转换为常闭触点，断路器Ⅱ因闭合电磁线圈的工作电源线路得电自动闭合构成脱扣回路，控制与保护开关电器主回路重新得电，中断电流阶段结束。

第三步，脱扣验证测试，包括3A、3B、3C三部分内容：

3A：启动恒流源Ⅱ，恒流源Ⅱ调节输出之前设定好的脱扣电流值7.2Ie；

3B：在2B阶段，断路器Ⅱ因闭合电磁线圈得电自动闭合构成脱扣回路，控制与保护开关电器主回路通过脱扣电流；

3C：脱扣电流通过串联在脱扣回路的电流累时器，触发电流累时器开始计时。当控制与保护开关电器自动脱扣之后，脱扣回路断开，通过电流累时器可得到精确的脱扣时间，脱扣时间应≤0.25T2。脱扣阶段结束。

试验人员关闭电源，整个控制与保护开关电器热记忆试验结束。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）首创性的设计了一种控制与保护开关电器热记忆试验测试庄子，集成智能化控制代替试验人员手动操作完成控制与保护开关电器热记忆试验，减少了手动操作带来的不确定性；

（2）首次准确掌握了控制与保护开关电器热记忆试验各阶段电流导通、终端时间，完全满足相关国家标准和国际标准的精确要求；

（3）通过双延时时间继电器将所需多个测试设备的性能集成化，三个阶段的测试无缝衔接。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作流程图；

图3为本发明的应用原理图。

图中，1恒流源Ⅰ，2断路器Ⅰ，3控制与保护开关电器，4恒流源Ⅱ，5断路器Ⅱ，6热电偶，7双延时时间继电器，8电源，9运算放大器，10电流累时器。

具体实施方式

下面参照附图对本发明做进一步的解释。

图1所示本实施例结构示意图，该恒流源I1、断路器I2、控制与保护开关电器3、恒流源Ⅱ4、断路器Ⅱ5、热电偶6、双延时时间继电器7、电源8、运算放大器9、电流累时器10；

上述器件的连接方式是：用导线将恒流源I1与断路器I2进线端连接；用导线将断路器I2出线端与控制与保护开关电器3输入端连接，同时控制与保护开关电器3出线端用铜排短接；用导线将恒流源Ⅱ4与断路器Ⅱ5进线端连接；用导线将断路器Ⅱ5出线端与控制与保护开关电器3输入端连接；用导线将热电偶6输出侧与运算放大器9输入端子连接；用导线将运算放大器9输入端子与双延时时间继电器7触发信号端子连接；用导线将电源8的一端与断路器I2的欠压电磁线圈进线端连接，断路器I2的欠压电磁线圈出线端与双延时时间继电器7的常闭触点进线端连接，双延时时间继电器7的常闭触点出线端与电源8的另一端连接；用导线将电源8的一端与断路器Ⅱ5的闭合电磁线圈进线端连接，断路器Ⅱ5的闭合电磁线圈出线端与双延时时间继电器7的常开触点进线端连接，双延时时间继电器7的常开触点出线端与电源8的另一端连接；用导线将电源8与双延时时间继电器7的工作线圈连接。

具体说明本发明的工作原理：断路器I2的欠压线圈通过导线将电源8和双延时时间继电器7的常闭触点连接，断路器I2可以手动闭合；电源8同时作为双延时时间继电器7和控制与保护开关电器3的工作电源，在热记忆试验之前为双延时时间继电器7和控制与保护开关电器3提供电源；控制与保护开关电器3接通电流之后开始升温，粘贴在其接线端子上的热电偶6输出0至50毫伏的电压；热电偶6的输出电压通过导线连接运算放大器9输入端子，运算放大器9输出端子5V左右电压并输入双延时时间继电器7的触发信号端子，作为双延时时间继电器7开始计时的触发信号；双延时时间继电器7接收到触发信号开始自动计时并进行逻辑判断，当双延时时间继电器7记录时间t达到设定时间T1时，双延时时间继电器7的常闭触点转换为常开触点，断路器I2自动分断，热平衡阶段结束，中断电流阶段开始。

双延时时间继电器7在输出控制信号的同时触发第二个延时比较器，当双延时时间继电器7记录时间t达到设定时间T2时，双延时时间继电器7的常开触点转换为常闭触点，断路器Ⅱ5自动闭合，脱扣验证阶段开始，中断电流阶段结束。

电流累时器10开始计时；当控制与保护开关电器3自动分断之后，电流累时器10停止计时并记录脱扣时间；热记忆试验结束，试验人员关闭电源8。

图2所示本实施例工作流程图：

（1）电源8→双延时时间继电器7的常开触点→断路器I2欠压电磁线圈→手动闭合断路器I2构成热平衡回路；电源8→控制与保护开关电器3→控制与保护开关电器3达到热平衡→热电偶6输出电压经运算放大器9→双延时时间继电器7开始计时；

（2）电源8→双延时时间继电器7→双延时时间继电器7开始计时→逻辑判断→t=T1→双延时时间继电器7的常闭触点断开→断路器I2欠压电磁线圈断电自动断开热平衡回路；

（3）t=T2→双延时时间继电器7的常开触点闭合→断路器Ⅱ5闭合电磁线圈得电自动闭合构成脱扣回路→电流累时器10开始计时，记录脱扣时间→试验结束。

具体的说明是：电源8分为三路提供工作电源，第一路用导线将电源8的一端与断路器I2的欠压线圈进线端连接，断路器I2的欠压电磁线圈出线端与双延时时间继电器7的常闭触点进线端连接，双延时时间继电器7的常闭触点出线端与电源8的另一端连接，此时可以将断路器I2手动闭合；第二路用导线将电源8的一端与断路器Ⅱ5的闭合电磁线圈进线端连接，断路器Ⅱ5的闭合电磁线圈出线端与双延时时间继电器7的常开触点进线端连接，双延时时间继电器7的常开触点出线端与电源8的另一端连接；第三路用导线将电源8与双延时时间继电器7工作线圈连接，双延时时间继电器7开始计时工作，并进行逻辑判断；逻辑判断当t=T1时，双延时时间继电器7的常闭触点断开，断路器I2自动分断，热平衡阶段结束，中断电流阶段开始；逻辑判断当t=T2时，双延时时间继电器7的常开触点闭合，断路器Ⅱ5的闭合电磁线圈的工作电源线路得电自动闭合构成脱扣回路，脱扣验证阶段开始，中断电流阶段结束。同时电流累时器10开始计时并记录脱扣时间，试验结束。

图3所示本实施例的应用原理图：首先用导线将恒流源I1，断路器I2，控制与保护开关电器3连接起来，并将控制与保护开关电器3出线端连接在一起，调节出热平衡阶段需要的电流值；然后用导线将恒流源Ⅱ4，断路器Ⅱ5，电流累时器10，控制与保护开关电器3连接起来，调节出脱扣阶段需要的电流值；完成上述连接，按照图2所述工作流程图进行工作。

Claims (6)

1.一种控制与保护开关电器的热记忆试验测试装置，包括并联连接断路器Ⅰ（2）和断路器Ⅱ（5）的控制与保护开关电器（3），其特征在于：所述控制与保护开关电器（3）、断路器Ⅰ（2）与恒流源Ⅰ（1）串联形成热平衡回路，控制与保护开关电器（3）、断路器Ⅱ（5）、电流累时器（10）与恒流源Ⅱ（4）串联形成脱扣回路；断路器Ⅰ（2）的欠压电磁线圈进线端和断路器Ⅱ（5）的闭合电磁线圈进线端并联连接电源（8），且断路器Ⅰ（2）的欠压电磁线圈出线端连接双延时时间继电器（7）的常闭触点进线端，断路器Ⅱ（4）的闭合电磁线圈出线端连接双延时时间继电器（7）的常开触点进线端，双延时时间继电器（7）的常闭触点出线端和常开触点出线端分别连接电源（8）的两端，电源（8）与双延时时间继电器（7）的工作线圈经导线连接；双延时时间继电器（7）的触发信号端子经导线连接运算放大器（9）的输出端子，运算放大器（9）的输入端子经导线连接热电偶（6）的输出端子，热电偶（6）的检测端粘贴在控制与保护开关电器（3）的接线端子上；

所述断路器Ⅰ（2）为具欠压电磁线圈断路器，断路器Ⅱ（5）为具闭合电磁线圈断路器，断路器Ⅰ（2）和断路器Ⅱ（5）的工作电源电压均为交流380V；

所述恒流源Ⅰ（1）和恒流源Ⅱ（4）均为交流恒流源。

2.根据权利要求1所述的控制与保护开关电器的热记忆试验测试装置，其特征在于：所述电源（8）为交流三相四线制交流电源。

3.根据权利要求1所述的控制与保护开关电器的热记忆试验测试装置，其特征在于：所述双延时时间继电器（7）为电压触发型时间继电器，其工作电压为交流220V或380V，精度为1ms。

4.根据权利要求1所述的控制与保护开关电器的热记忆试验测试装置，其特征在于：所述运算放大器（9）上设置有一个信号输出端口和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元。

5.根据权利要求1所述的控制与保护开关电器的热记忆试验测试装置，其特征在于：所述热电偶（6）为普通K型热电偶，其测量温度范围为-40～333℃，测量允差为±2.5℃，热电偶（6）的检测端二次侧输出电压为0-50毫伏。

6.根据权利要求1所述的控制与保护开关电器的热记忆试验测试装置的应用，其特征在于：通过导线将恒流源Ⅰ、断路器Ⅰ及控制与保护开关电器连接构成热平衡回路，设定热记忆试验所需要的热平衡电流值为Ie；然后用导线将恒流源Ⅱ、电流累时器、断路器Ⅱ及控制与保护开关电器连接构成脱扣回路，设定热记忆试验所需要的脱扣电流值为7.2Ie；控制与保护开关电器的出线端连接在一起，将热电偶的检测端粘贴在控制与保护开关电器的接线端子上；根据时间顺序依次进行热平衡测试、中断电流测试和脱扣验证测试：（1）试验人员接通电源，断路器Ⅰ欠压电磁线圈得电，手动闭合断路器Ⅰ，热平衡回路导通，控制与保护开关电器开始通电；启动恒流源Ⅰ，恒流源Ⅰ调节输出设定好的热平衡电流值Ie，控制与保护开关电器接通热平衡电流Ie，若干时间达到热平衡；热电偶输出电压信号，经运算放大器输出电压；运算放大器的输出电压连接双延时时间继电器的触发信号端子作为触发信号；双延时时间继电器收到触发信号，启动一个延时比较器开始计时并进行逻辑判断，当双延时时间继电器记录时间t达到设定时间T1时，双延时时间继电器的常闭触点转换为常开触点，断路器Ⅰ自动断开，热平衡测试阶段结束；（2）双延时时间继电器在热平衡测试阶段达到设定时间T1的同时触发第二个延时比较器；当双延时时间继电器记录时间t达到设定时间T2时，设定时间T2即为中断电流时间，双延时时间继电器的常开触点转换为常闭触点，断路器Ⅱ因闭合电磁线圈的工作电源线路得电自动闭合构成脱扣回路，控制与保护开关电器主回路重新得电，中断电流测试阶段结束；（3）启动恒流源Ⅱ，恒流源Ⅱ调节输出之前设定好的脱扣电流值7.2Ie，在中断电流测试阶段脱扣回路构成，控制与保护开关电器主回路通过脱扣电流，脱扣电流通过串联在脱扣回路的电流累时器，触发电流累时器开始计时，当控制与保护开关电器自动脱扣之后，脱扣回路断开，通过电流累时器得到精确的脱扣时间，脱扣时间≤0.25T2，脱扣验证测试阶段结束；试验人员关闭电源，整个控制与保护开关电器热记忆试验结束。