成套設備中低壓開關器件載流能力試驗

夏 欣 榮

[西門子(中國)有限公司, 北京　100102]

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成套設備中低壓開關器件載流能力試驗

夏 欣 榮

[西門子(中國)有限公司, 北京100102]

摘要：闡述了低壓成套設備溫升試驗的必要性,介紹了斷路器3VA集成在已經(jīng)過試驗驗證的低壓成套設備中所需采取的溫升試驗的過程、方法以及推導演算公式。試驗結果表明,柜體的防護等級以及相鄰回路對試驗回路的載流能力影響很大,同時在試驗過程中的演算推導能縮短試驗時間,從而降低試驗成本。

關鍵詞：低壓成套設備; 溫升試驗; 額定分散系數(shù); 檢測點

0引言

塑殼斷路器是較常見的低壓開關器件,依據(jù)國家標準GB 14048.2—2012進行設計研發(fā),并通過相應的溫升、短路等型式試驗,得到額定電流、分斷能力等參數(shù)。另外,試驗時的工況與實際工況有很大的不同,因此必須將其安裝在成套設備中,依據(jù)GB 7251.1—2013再次進行驗證試驗,獲得其實際電氣參數(shù)。本文對成套設備中低壓開關器件的實際載流能力進行分析和探究。

1成套設備溫升試驗的必要性

低壓開關器件驗證試驗往往是在空曠的環(huán)境中進行的,低壓開關器件產(chǎn)生的熱量通過對流、輻射及傳導獲得了良好的釋放。在實際成套設備中,開關器件的工況及散熱條件要比驗證試驗時工況條件惡劣得多。低壓開關器件試驗驗證工況如圖1所示。

圖1　低壓開關器件試驗驗證工況

(1) 成套設備有一定的防護等級,熱輻射被設備外殼反射疊加。

(2) 設備外殼只在其內部空氣溫度上升比室外高時才能散熱。

(3) 成套設備中不同功能單元隔室間散熱。

(4) 鐵制部件的渦流損耗。

低壓成套設備的溫升試驗對再次驗證器件的實際載流能力非常必要,不僅針對于全新的成套設備的研發(fā)設計,對更新或替換了主電路器件的已經(jīng)試驗驗證過的成套設備,同樣需要進行相應的試驗,從而獲得新器件的實際電流出力值,在GB 7251.1—2013中有相應的規(guī)定。

2試驗方案及成套設備樣機的準備

SIVACON 8PT是一款通過完全型式試驗的低壓成套設備,其標準化、模塊化的設計為試驗方案及樣機的準備帶來了很多的便利。試驗樣機如圖2所示。

圖2　試驗樣機

2.1樣機柜體

(1) SIVACON柜體結構、水平母線及垂直母線系統(tǒng)的溫升試驗已經(jīng)得到驗證,只需將已驗證過的電流數(shù)據(jù)作為試驗電流值。

(2) 考慮到防護等級對溫升會帶來很大的影響,準備2個方案的柜體,即通風型(IP40)和非通風型(IP54)。

2.2典型回路(功能單元隔室)

(1) 塑殼斷路器3VA2具有5個殼架電流等級,試驗為不同的殼架電流設計方案準備了5個相應的抽出式單元。

(2) 加熱器單元模擬產(chǎn)生相鄰回路功能單元隔室的熱輻射。低壓成套設備出線回路形式靈活多變且排列組合復雜,但其最大電流總和不可能大于柜體垂直母線的額定電流,因此采用2組加熱器模擬單元模擬相鄰于被試驗回路的功能單元產(chǎn)生的熱功耗,加熱器功率按系統(tǒng)垂直母線的額定電流來計算。

3試驗檢測點的布置及試驗過程

3.1試驗檢測點的預埋

在進行溫升試驗前,要將所有的溫度檢測點按照圖3和表1在成套設備及待試驗的回路中進行預埋。

圖3　溫升檢測點的布置

序號描述溫升極限值/K備注a1主母線與垂母線搭接處95L1-L3a2抽出式單元插頭與垂直母線搭接處70L1-L3a3斷路器進線端子70L1-L3a4斷路器出線端子70L1-L3a5抽出式單元插頭與回路出線端子連接處70L1-L3a6連接外部絕緣電纜的端子70L1-L3a7開關柜側板40—a8開關柜后門(封)板(50cm頂板下)40—a9抽出式單元前蓋板金屬面板30—a10抽出式單元操作手柄25—a11環(huán)境溫度—柜前1m,高度1.1ma12環(huán)境溫度—柜后1m,高度1.1ma13抽屜二次線儀表板30—a14抽屜內空氣溫度——a15橫向接線隔室空氣溫度——a16橫向接線隔室面板溫度30—a17電纜隔室空氣溫度——

3.2試驗過程

(1) 試驗裝置與樣機的連接。電流發(fā)生器連接至樣機連接點I,模擬負載電阻連接至試驗回路出線連接點O,模擬負載電阻連接至垂直母線分流連接點V。

(2) 試驗回路初始電流的設置。精確的初始值推斷會大大縮短試驗的時間,降低試驗費用。初始值設定需要考慮以下因素:① 斷路器的殼架電流與其額定電流的對應關系;② 成套設備原有斷路器的降容情況;③ 試驗室的環(huán)境溫度。(3) 試驗通電、斷路器合閘。起動電流發(fā)生器,調整模擬負載電阻,確保試驗回路的饋出電流等于推斷的試驗初始電流值In0,水平母線上的電流等于垂直母線的額定電流In;垂直母線的電流分量Iv等于垂直母線額定電路In-In0。

(4) 電流的演算及修正。通過試驗電流In0且達到熱平衡后(一般需要4～5 h),找出溫升最高的檢測點,該點便是試驗回路通電載流后限制實際載流能力的最薄弱環(huán)節(jié)。將該點的溫升值T與國家標準要求的相應的溫升極限值T0相比較。

為了獲得成套設備額定分散系數(shù),還必須分別合閘2組加熱器單元來模擬相鄰回路產(chǎn)生的熱量對試驗回路的影響,從而獲得試驗回路位于柜體不同位置時的實際載流能力;同樣試驗過程還需要在通風柜型和非通風柜型中進行,獲得該試驗回路在不同的防護等級下的實際載流能力,故每個設計方案要進行6次溫升試驗才能獲得實際應用載流能力。各檢測點溫升曲線如圖4所示。

圖4　各檢測點溫升曲線

4試驗數(shù)據(jù)整理、分析

實際應用中并不是在35 ℃環(huán)境溫度下,為了更好地指導實際設計、應用,可以通過公式推導演算出試驗回路在實際應用環(huán)境溫度下的最大承載電流值In[x℃],演算時要注意T0必須是試驗中的最薄弱檢測點對應的極限值,環(huán)境溫度建議控制在20～40 ℃。

在整理試驗所得數(shù)據(jù)后,再次驗證了柜體的防護等級(通風/非通風)以及相鄰回路對試驗回路的載流能力影響很大。同時還發(fā)現(xiàn)對于同一試驗回路,在成套設備防護等級發(fā)生改變或在成套設備內安裝位置發(fā)生改變時,溫升薄弱點也會出現(xiàn)漂移。

例如在通風柜中,試驗回路裝在成套設備的底部時,斷路器電流流入的L2相端子的溫升最高。對于非通風柜型,尤其是試驗回路安裝在頂部時,同樣的回路溫升最高點卻變成了L3相端子?？梢?由于試驗回路受到安裝在其下方的回路的熱輻射,再加上非通風柜型的密閉性,熱空氣上升后集聚在設備的頂部,而造成橫向安裝斷路器的L3相的溫升反而高于L2相。

5結語

本文對成套設備中低壓開關器件的實際載流能力進行分析,確保該低壓開關器件在實際應用過程中安全、可靠地運行。同時在試驗過程中的演算推導非常重要,試驗結合演算推導能大大地縮短試驗時間,從而降低試驗成本。

參考文獻

[1]低壓成套開關設備和控制設備 第1部分:總則:GB 7251.1—2013[S].

[2]低壓成套開關設備和控制設備第2部分:成套電力開關和控制設備:GB 7251.12—2013[S].

[3]Low-voltage switchgear and controlgear assemblies-Part 1:General rules:IEC 61439-1:2011[S].[4]Low-voltage switchgear and controlgear assemblies-Part 2:Power switchgear & controlgear assemblies:IEC 61439-2:2011[S].

Current-carrying Capability Test of Switch Device in Low Voltage Switchgear and Controlgear Assemblies

XIAXinrong

[Siemens(China) Co., Ltd., Beijing 100102, China]

Abstract：This paper described the necessity of temperature rise test for low voltage switchgear and controlgear assemblies.The process,method and calculation formulas of temperature rise test were introduced when the 3VA circuit breaker was integrated into the low voltage switchgear and controlgear assemblies which have been validated already.The test results show that protection level of cabinet and adjacent circuit have a large impact on the current-carrying capability of test circuit.The calculation and derivation can shorten the test time that reduces the test cost.

Key words:low voltage switchgear and controlgear assemblies; test of temperature rise; rated dispersion coefficient; test point

收稿日期：2016-02-25

DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.04.016

中圖分類號：TM 561

文獻標志碼：A

文章編號：1674-8417(2016)04-0060-04