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)

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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，在使用過程中只能起到控制三相電源通、斷及用電負(fù)載過流時(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，起到過流保護(hù)作用。

1.3 過壓保護(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，過壓保護(hù)器上有相應(yīng)的過壓保護(hù)指示燈，在工作過程中，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(如過流，欠流，過電壓)，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

則

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242V時(shí)，三相數(shù)字顯示斷路器中的過壓保護(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“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。

[1] 魏素珍.電工線路[J].北京：中國(guó)電力出版社，2009

[2] 齊占偉.空氣斷路器[J].電氣控制設(shè)備故障檢修，2007(7)

[3] 馬恒儒.無線電電子學(xué)計(jì)量[J].北京：原子能出版社，2002

[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