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        三相數(shù)字顯示斷路器的研制

        2015-06-09 22:39:30李忠文郭新平姜晶榮
        計(jì)量技術(shù) 2015年4期

        李忠文 童 棣 郭新平 姜晶榮 袁 超

        (江西洪都計(jì)量測(cè)試所,南昌 330024)

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        三相數(shù)字顯示斷路器的研制

        李忠文 童 棣 郭新平 姜晶榮 袁 超

        (江西洪都計(jì)量測(cè)試所,南昌 330024)

        本文介紹了一種三相數(shù)字顯示斷路器,該多功能三相數(shù)字顯示斷路器為解決現(xiàn)常用DZ型三相空氣斷路器功能單一,在用電安全防護(hù)時(shí)存在的可靠性、準(zhǔn)確性及防護(hù)功能的不足而設(shè)計(jì)。

        三電流組合表;過(guò)流保護(hù);缺相保護(hù);三相數(shù)字顯示斷路器

        0 引言

        現(xiàn)供電線路中使用的三相空氣斷路器如DZ型等,在使用過(guò)程中只能起到控制三相電源通、斷及用電負(fù)載過(guò)流時(shí)的保護(hù)作用,保護(hù)功能單一,而且因其構(gòu)造為機(jī)械式,使用一段時(shí)間后內(nèi)部鐵質(zhì)構(gòu)件易發(fā)生生銹卡滯或緊固件松動(dòng),影響用電負(fù)載過(guò)流保護(hù)的準(zhǔn)確性,嚴(yán)重時(shí)因斷電保護(hù)功能的失效、造成供電線路受損;有誘發(fā)電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

        我們采用三電流組合表等實(shí)時(shí)測(cè)量、比對(duì)與自動(dòng)控制的方法,設(shè)計(jì)制作了一種三相數(shù)字顯示斷路器,增加了三相耗電電流實(shí)時(shí)數(shù)顯、過(guò)壓保護(hù)、缺相保護(hù)和報(bào)警指示等功能,經(jīng)幾年使用證明:該三相數(shù)字顯示斷路器三相電流示值誤差與設(shè)定點(diǎn)誤差便于工作現(xiàn)場(chǎng)的周期測(cè)試,且顯示與控制精度能達(dá)到1.0級(jí)以上。取得了用電安全防護(hù)功能更全面、更可靠,進(jìn)一步提高用電安全的目的。

        1 工作原理

        1.1 組成

        三相數(shù)字顯示斷路器由電流指示控制電路和過(guò)壓保護(hù)電路組成,如圖1和圖2所示;它包括電流互感器1、交流接觸器2、用電負(fù)載3、SB1旋鈕開關(guān)4、可編程三電流組合表5、SB2啟動(dòng)按鈕6、電源變壓器7。

        圖1 電流指示控制電路

        圖2 過(guò)壓保護(hù)電路

        1.2 電流指示控制電路

        如圖1所示,電流互感器LA、LB、LC感應(yīng)供電線路中三相交流電流,并按照600A/5A的比例輸入到三數(shù)顯電流組合表中進(jìn)行每相電流的實(shí)時(shí)測(cè)量與顯示;同時(shí)與組合表中各相電流設(shè)定值進(jìn)行實(shí)時(shí)比較。當(dāng)用電線路中電流值大于設(shè)定值下限又小于設(shè)定值上限時(shí),三電流組合表K4、K5控制輸出端閉合,三相供電電源正常輸出。反之,輸出三相交流電源中有單相或以上相電流值超出三電流組合表設(shè)定值上、下限范圍時(shí),三電流組合表控制輸出端K4、K5及時(shí)斷路,繼電器K控制端失電,其控制觸點(diǎn)KA斷路,導(dǎo)致接觸器KM控制線圈失電,接觸器主觸頭KM斷開用電負(fù)載電源,KM輔助觸頭斷開變壓器T電源自鎖;同時(shí)用相對(duì)應(yīng)報(bào)警指示燈告知斷電原因,起到過(guò)流保護(hù)作用。

        1.3 過(guò)壓保護(hù)電路

        如圖2所示,當(dāng)輸入A相電源電壓低于220×1.1=242V時(shí),過(guò)壓保護(hù)器中的E點(diǎn)電位高于F點(diǎn)電位,運(yùn)算放大器LM741第6腳輸出高電平,三極管BG1飽和導(dǎo)通,繼電器控制觸點(diǎn)KA閉合,接觸器KM主觸頭吸合,用電負(fù)載可得電。反之,當(dāng)A相電壓高于242V時(shí),過(guò)壓保護(hù)器中的E點(diǎn)電位低于F點(diǎn)電位,運(yùn)算放大器LM741的第6腳輸出低電平,三極管BG1截止,繼電器控制觸點(diǎn)KA斷路,接觸器KM控制線圈失電,迅速切斷用電負(fù)載電源,起到過(guò)壓保護(hù)作用。

        1.4 可實(shí)現(xiàn)的功能

        1.4.1 缺相保護(hù)功能

        如圖2所示,當(dāng)A相電壓為0V時(shí),過(guò)壓保護(hù)電路中繼電器K控制線圈失電,控制觸點(diǎn)KA切斷接觸器KM控制線圈電源,接觸器觸頭斷路,切斷對(duì)負(fù)載的供電。同樣當(dāng)缺B或C相電源時(shí),接觸器KM控制線圈失電,用電負(fù)載斷電。對(duì)必須要三相電源同時(shí)供電工作的用電器具或設(shè)備,例如含有三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載起到缺相保護(hù)作用。

        1.4.2 用相應(yīng)報(bào)警指示燈指示斷電原因

        因三電流組合表具有各相電流上、下限報(bào)警指示功能,過(guò)壓保護(hù)器上有相應(yīng)的過(guò)壓保護(hù)指示燈,在工作過(guò)程中,如三相數(shù)字顯示斷路器切斷電源輸出,均能點(diǎn)亮相對(duì)應(yīng)的報(bào)警指示燈,告知是某相電源出現(xiàn)何種故障(如過(guò)流,欠流,過(guò)電壓),便于維修人員查找和排除用電系統(tǒng)故障。

        1.4.3 方便操作

        旋鈕開關(guān)SB1和啟動(dòng)按鈕開關(guān)SB2控制三電流組合表和過(guò)壓保護(hù)器的電源,繼電器控制觸點(diǎn)KA控制著接觸器KM控制線圈電源的通斷。所以,旋鈕開關(guān)SB1和啟動(dòng)按鈕開關(guān)SB2可起到遠(yuǎn)距離控制用電負(fù)載電源的接通與斷開作用。

        2 測(cè)試結(jié)果

        參照J(rèn)JG 35—1996交流數(shù)字電流表檢定規(guī)程,用XF型交流多功能校準(zhǔn)儀對(duì)三相數(shù)字顯示斷路器使用范圍內(nèi)的示值誤差及設(shè)定點(diǎn)誤差現(xiàn)場(chǎng)周期測(cè)試,檢測(cè)結(jié)果如表1(指示部分)和表2(控制部分)所示。通過(guò)表1和表2中的檢測(cè)結(jié)果可知,三相數(shù)字顯示斷路器指示基本誤差和設(shè)定點(diǎn)誤差均能滿足1.0級(jí)準(zhǔn)確度要求。

        表1 三相數(shù)字顯示斷路器電流示值誤差 (單位:A)

        表2 三相數(shù)字顯示斷路器電流、電壓設(shè)定點(diǎn)誤差

        3 使用范例

        使用三相數(shù)字顯示斷路器給一座輸入功率75kW大型工業(yè)電阻爐(三角形接法)做用電安全保護(hù)(如圖3所示),因?yàn)椋?/p>

        P=1.732×I線×U線

        I線=P/(1.732×U線)

        =75/(1.732×380)=114A

        圖3 三相數(shù)顯斷路器使用時(shí)示意圖

        考慮到用電負(fù)載的離散性,使用時(shí)將三相數(shù)字顯示斷路器電流輸出值上限IH1、IH2IH3分別設(shè)置在140A,電流輸出值下限IL1、IL2、IL3均設(shè)為0A;同時(shí)考慮到大型工業(yè)電阻爐周圍存在著較強(qiáng)的干擾信號(hào),將三電流組合表數(shù)字濾波Filt參數(shù)設(shè)置在3~5之間;三塊固態(tài)繼電器SSR1~SSR3的額定電流為200A,通過(guò)開關(guān)SB1和SB2控制工業(yè)電阻爐電源的通、斷。在正常工作時(shí),三相數(shù)字顯示斷路器上能分別顯示三相負(fù)載的耗電電流值(便于實(shí)時(shí)了解電爐工作是否處于正常狀態(tài)),工作中如遇易損件例如:B相加熱器高溫時(shí)出現(xiàn)對(duì)地漏電或局部短路故障。三電流組合表上B相顯示電流值超過(guò)設(shè)定值140A,三相數(shù)字顯示斷路器迅速切斷工業(yè)電阻爐電源并自鎖保護(hù);同時(shí)點(diǎn)亮B相上限報(bào)警指示燈。因?yàn)楣虘B(tài)繼電器的額定電流200A大于三相數(shù)顯斷路器的設(shè)定電流140A,所以,可避免固態(tài)繼電器因負(fù)載漏電故障造成損壞。

        同理當(dāng)A相相電壓超過(guò)242V時(shí),三相數(shù)字顯示斷路器中的過(guò)壓保護(hù)器動(dòng)作,切斷三相交流電源輸出,達(dá)到避免固態(tài)繼電器和用電負(fù)載等因輸入電壓過(guò)高而損壞的目的。

        4 結(jié)論

        三相數(shù)字顯示斷路器可實(shí)時(shí)數(shù)字化顯示三相電源中每相負(fù)載的耗電電流(精度1.0%FS);便于操作人員查看供電線路中電流值,并可根據(jù)用電負(fù)載耗電電流的限值,在交流1.2~600A范圍內(nèi),通過(guò)“三相數(shù)字顯示斷路器”分別設(shè)定每相工作電流輸出限值(各相間的限制值可設(shè)置為不相同),工作時(shí)線路中有單相或以上相電流值超過(guò)所設(shè)定電流限值時(shí),按用戶使用要求不同持續(xù)0.1~30.0s(調(diào)節(jié)三電流組合表中dt參數(shù)設(shè)置控制動(dòng)作的靈敏度)斷開三相交流供電電源輸出;對(duì)用電負(fù)載及供電線路進(jìn)行可靠的保護(hù)。擁有了數(shù)字化的較全面用電安全防護(hù)功能,是現(xiàn)空氣斷路器的升級(jí)產(chǎn)品。

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        [4] 趙文鋒,顧世紅.JJG35-1999交流數(shù)字電流表檢定規(guī)程[M].中國(guó)航天工業(yè)總公司,1999

        10.3969/j.issn.1000-0771.2015.4.09

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