具有剩余電流保護功能斷路器測試臺

王文廣，吳健，邱書明，暢振堂，程少煒

（天津電氣科學(xué)研究院有限公司，天津 300180）

具有剩余電流保護功能斷路器測試臺

王文廣，吳健，邱書明，暢振堂，程少煒

（天津電氣科學(xué)研究院有限公司，天津 300180）

簡要介紹剩余電流保護功能斷路器測試臺的系統(tǒng)組成，依據(jù)GB14048.2—2008《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器》試驗標準進行設(shè)計，采用調(diào)壓器與變壓器結(jié)合使用產(chǎn)生不同等級電壓，使用電流傳感器進行采樣。實驗臺具有低損耗，精度高，適用范圍大等優(yōu)點，可用于不同等級具有剩余電流保護功能的斷路器的檢測試驗。

剩余電流；斷路器；試驗臺

具有剩余電流保護功能的斷路器（簡稱CBR）能夠?qū)υO(shè)備過載、短路及電擊起到雙重保護的作用，而且還能夠間接的對設(shè)備結(jié)緣及操作人員接觸進行保護。實驗臺主要依據(jù)國標GB14048.2—2008《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器》，通過采用調(diào)壓器、變壓器、接觸器、電壓電流傳感器、美國NI公司的PCI數(shù)據(jù)采集卡及自行研發(fā)設(shè)計的選相開關(guān)控制器設(shè)計試驗臺等元器件設(shè)計完成。試驗臺可完成額定負載電流6～800 A，漏電實驗電流6 mA～1 250 A范圍內(nèi)的試驗，電流控制精度為±2%，電流測量精度為±0.5%，電壓控制精度為±2%，電壓測量精度為±0.5%，時間控制精度為±10 ms，時間測量精度為±1 ms，連續(xù)運行時間可達4 h。

1 測試臺總體方案

1.1按控制功能分類

系統(tǒng)由電源、輔助電源部分、測量部分及控制部分組成。

電源部分包括保護框架斷路器、接觸器、單相調(diào)壓器、單相變壓器、抽頭變壓器等。

測量部分包括工控機、PCI采集模塊、電流傳感器、電壓互感器等。

控制部分包括PLC主機、數(shù)字輸入和輸出、端子、繼電器、保護開關(guān)等。

1.2 按試驗功能分類

系統(tǒng)由電源回路、負載回路、漏電回路組成。

1）電源回路。本系統(tǒng)采用并聯(lián)回路方式進行，即采用變壓器背包的形式進行，變壓器的變比為380 V/50 V和380 V/80 V，所需要的220 V和380 V電壓直接從電源側(cè)引入即可。采用回路進線與變壓器串聯(lián)輸出電壓的方式，可以很好地保證輸出電壓范圍跨度較大的問題，節(jié)省調(diào)壓器及變壓器的容量，節(jié)省成本。同時，利用調(diào)壓器與變壓器配合的方式，可以實現(xiàn)電壓范圍85%～110%的無極調(diào)節(jié)范圍，保證試驗?zāi)軌蚍舷嚓P(guān)實驗的要求。

2）負載回路。由于負載電流最大可至800A，如果以全電壓全電流長期通電，利用電阻吸收能量，則所需電功率太大，造成能源的浪費。而剩余電流斷路器的工作電壓在其額定電壓附近，如果對其施加的電壓小于工作電壓，則斷路器無法產(chǎn)生保護動作。本系統(tǒng)借助調(diào)壓器和變壓器，利用被試件上下口電壓差來調(diào)節(jié)負載電流，并在負載電流變壓器和被試件下口之間，增加3套1比1的隔離變壓器，使得被試件的上口可以調(diào)節(jié)為任意電壓，而負載電流由壓差短路電流得來，所需功率很小。這樣既滿足了試驗要求，又實現(xiàn)了最大程度的節(jié)能。

電源和負載回路如圖1所示。

圖1 電源回路、負載回路Fig.1 Power circuit and load circuit

3）漏電回路。漏電調(diào)節(jié)范圍極寬，可從2 mA至1 250 A。其中2 mA至2 A為無級調(diào)節(jié)（系統(tǒng)最小測量精度可達0.2%），通過可調(diào)電阻實現(xiàn)；2 A至1 250 A為有級調(diào)節(jié)，分辨率為1 A，通過電阻柜切換電阻實現(xiàn)。漏電電流的接通和關(guān)斷主要通過我公司自主研發(fā)的選相開關(guān)控制器實現(xiàn)。選相開關(guān)控制器主要完成對單相電壓進行精確的角度及周期控制，可以完成試驗通電角度的調(diào)整，觸發(fā)角度控制精度為±1°，同時有多種功能轉(zhuǎn)換。

漏電回路單線圖如圖2所示。

圖2 漏電回路Fig.2 Leakage circuit

針對“疊加平滑直流6 mA”試驗，在漏電回路中并聯(lián)了1套變壓器+整流橋，通過接觸器切換，實現(xiàn)不同相極和方向的通電控制。

2 測試臺功能

測試臺試驗標準如下。

1）GB14048.2—2008《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器》［1］。

2）GB16916.1—2003《家用和類似用途的不帶過電流保護的剩余電流動作斷路器（RCCB）第1部分：一般規(guī)則》［2］。

3）GB16917.1—2003《家用和類似用途的帶過電流保護的剩余電流動作斷路器（RCBO）第1部分：一般規(guī)則》［3］。

4）GB/Z 6829—2008《剩余電流動作保護電器的一般要求》［4］。

試驗臺可完成實驗。

2.1 剩余電流穩(wěn)定上升試驗

該試驗依照GB14048.2—2008B.8.2.4.1進行。

用于測試可以調(diào)節(jié)延時的CBR，根據(jù)試驗標準在最小整定下進行試驗，可設(shè)定試驗次數(shù)、試驗相電壓、試驗剩余電流起止值。實驗過程系統(tǒng)將從起始電流開始對所選剩余電流測試相加穩(wěn)態(tài)上升的剩余電流，如圖3所示，Δt=30 s內(nèi)到達剩余電流終止值。被試件在剩余電流上升過程中，如出現(xiàn)脫扣，系統(tǒng)將自動記錄脫扣時剩余電流；如被試件在剩余電流上升過程中未脫扣，系統(tǒng)將在電流終止值保持10 s后，自動終止本次試驗，并將終止剩余電流記錄為脫扣剩余電流，然后開始下一次試驗。系統(tǒng)還可在實驗過程中，根據(jù)實際情況強行終止實驗。

圖3 剩余電流穩(wěn)定上升Fig.3 Stable rise of residual current

2.2 閉合剩余電流動作試驗

該試驗依照GB14048.2—2008 B.8.2.4.2進行。

計量溯源性是測量不確定度的主要來源[4]。測量不確定直接反映出測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量[5]。因此，實驗室可以結(jié)合特定測量設(shè)備歷年校準結(jié)果給出的不確定度來評估該校準機構(gòu)的技術(shù)能力。建議實驗室應(yīng)及時關(guān)注校準規(guī)范/規(guī)程的發(fā)布與實施，動態(tài)管理和評價合格校準機構(gòu)資質(zhì)與能力。

用于測試CBR閉合剩余電流動作正確性，系統(tǒng)可設(shè)置試驗次數(shù)，試驗相電壓、試驗剩余電流值。試驗進行前系統(tǒng)將自動調(diào)整電壓和剩余電流到設(shè)定值，然后分斷被試件，確認開始試驗后，在30 s內(nèi)閉合被試件進行試驗。如果被試件閉合后脫扣，系統(tǒng)自動記錄剩余電流波形，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)；如果被試件閉合后未脫扣，則系統(tǒng)將保持剩余電流40 s后，自動停止本次測量，系統(tǒng)將記錄剩余電流設(shè)定值。

2.3 突然出現(xiàn)剩余電流試驗

該試驗依照GB14048.2—2008 B.8.2.4.3，B.8.2.4.3進行。

用于測量CBR突然出現(xiàn)剩余電流試驗和延時型CBR的動作時間，系統(tǒng)可設(shè)置試驗次數(shù)、試驗相電壓、試驗剩余電流、電流持續(xù)時間。試驗進行前系統(tǒng)將自動調(diào)整電壓和剩余電流到設(shè)定值，然后分斷被試件，確認開始試驗，被試件閉合后，系統(tǒng)將對被試件所選剩余電流測試極突然施加試驗剩余電流，最大保持時間為電流持續(xù)時間的設(shè)定值。如果被試件閉合后脫扣，系統(tǒng)自動記錄剩余電流波形，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.4 剩余脈動直流連續(xù)上升試驗

該試驗依照GB14048.2—2008B.8.7.2.1進行。根據(jù)試驗標準，如圖4所示。

圖4 試驗數(shù)據(jù)設(shè)置Fig.4 Test data set

如圖4設(shè)置試驗相電壓、試驗剩余電流上限值。系統(tǒng)將從最小剩余電流開始，對所選剩余電流測試相依次施加穩(wěn)定上升的脈動直流剩余電流，直至電流上限值。脈動直流電流分別為正反向0°，90°，135°，每個狀態(tài)做2次測量，共12次測量。如果被試件在此期間內(nèi)脫扣，則系統(tǒng)自動記錄脫扣時的剩余電流，再開始下次測量。如果被試件在此期間未脫扣，則系統(tǒng)在剩余電流終止值保持十余s后，自動停止本次測量，脫扣剩余電流記錄為剩余電流上限值。

2.5 突然出現(xiàn)剩余脈動直流試驗

根據(jù)試驗標準，可設(shè)置試驗相電壓、試驗剩余電流、電流持續(xù)時間。統(tǒng)將對被試件所選剩余電流測試極依次突然施加正反向的脈動直流剩余電流，最大保持時間為電流持續(xù)時間的設(shè)定值，每個方向做2次測量，共4次測量。如果被試件脫扣，則系統(tǒng)自動記錄剩余電流波形，開始下一次測量。

2.6 疊加平滑直流6 mA試驗

該試驗依照GB14048.2—2008B.8.8.7.2.4進行。

用于驗證該試驗下CBR動作的正確性。根據(jù)試驗標準，設(shè)置好試驗相電壓、剩余電流上限值。系統(tǒng)從最小剩余電流開始，對所選剩余電流測試極依次施加穩(wěn)定上升的正反向脈動直流剩余電流，直至電流上限值。試驗電流疊加了與脈動直流同向的6 mA平滑直流電流。每個狀態(tài)做2次測量，共4次測量。如果被試件在此期間內(nèi)脫扣，則系統(tǒng)自動記錄剩余電流有效值曲線，彈出“數(shù)據(jù)查詢與報表”畫面，開始下一次測量。如果被試件在此期間未脫扣，則系統(tǒng)在剩余電流終止值保持十余s后，自動停止本次測量。

2.7 確定電源電壓極限值試驗

該試驗依照GB14048.2—2008 B.8.8.1進行。

用于試驗CBR電源電壓極限值。由于本系統(tǒng)電壓只能分段連續(xù)調(diào)節(jié)，電壓的下降只能分段進行，分別為350～300V，300V～供電相電壓，供電相電壓～170V，170～136 V，136～70 V，70～0 V。每次調(diào)節(jié)開始前，系統(tǒng)自動將電壓調(diào)整至本段上限值，確認被試件閉合后，點擊“繼續(xù)”按鈕，系統(tǒng)自動下降電壓至本段下限值。如果被試件脫扣，則系統(tǒng)自動記錄脫扣時的電壓值，停止試驗；如果被試件在電壓降低至每段的下限值后未脫扣，則系統(tǒng)保持電壓3 s后，自動進入下一段調(diào)整。

2.8 三相系統(tǒng)一相斷電下的試驗

該試驗依照GB14048.2—2008 B.8.9.1進行。

用于試驗電源電壓故障時是否能夠斷開。如圖5所示。

圖5 電壓暫降Fig.5 Voltage sag

根據(jù)試驗標準，設(shè)置好試驗次數(shù)、試驗相電壓、試驗剩余電流、試驗中斷開的相、電流持續(xù)時間。實驗過程中系統(tǒng)將對被試件所選剩余電流測試極突然施加試驗剩余電流，最大保持時間為電流持續(xù)時間的設(shè)定值。如果被試件脫扣，則系統(tǒng)自動記錄剩余電流波形，彈出“數(shù)據(jù)查詢與報表”畫面，開始下一次測量。

2.9 被試件給電壓

本實驗可為被試件提供0～350V之間的相電壓。

2.10 回路阻抗測定

當進行50 A以上大電流漏電試驗時，由于此時剩余電流控制用的電阻很小，系統(tǒng)回路阻抗已經(jīng)不能忽略不計。而不同的被試件、不同的線纜、不同的環(huán)境條件，回路阻抗不盡相同，無法預(yù)測。因此，推薦在進行大電流漏電試驗之前，預(yù)先測定回路阻抗。

3 結(jié)論

具有剩余電流保護功能的斷路器質(zhì)量，尤其是剩余電流的動作特性，直接關(guān)系到人身觸電保護的安全性［5］及設(shè)備的穩(wěn)定性。本實驗臺根據(jù)相關(guān)國家試驗標準，進行了特定的人機界面設(shè)定，使試驗臺操作使用更簡單；測量部分使用精度等級為0.01 mA～40 A的多組互感器，保證剩余電流測量的精度；控制部分采用自行研發(fā)的選相開關(guān)控制器，能夠精確控制剩余電流的大小及時間。目前，該實驗臺已在國家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心投入使用，并通過實驗室相關(guān)資質(zhì)認定評審。

［1］GB14048.2—2008《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器》［S］.

［2］GB16916.1—2003《家用和類似用途的不帶過電流保護的剩余電流動作斷路器（RCCB）第1部分：一般規(guī)則》［S］.

［3］GB16917.1—2003《家用和類似用途的帶過電流保護的剩余電流動作斷路器（RCBO）第1部分：一般規(guī)則》［S］.

［4］GB/Z 6829—2008《剩余電流動作保護電器的一般要求》［S］.

［5］李文蘋.基于單片機控制的剩余電流動作保護器動作特性檢測裝置的研究［D］.天津：河北工業(yè)大學(xué)，2011.

修改稿日期：2016-06-15

Circuit Breaker Test Bench with Residual Current Protection

WANG Wenguang，WU Jian，QIU Shuming，CHANG Zhentang，CHENG Shaowei
（Tianjin Research Institute of Electric Science Co.，Ltd.，Tianjin 300180，China）

Briefly introduced the system composition of residual current circuit-breakers testing bench.The test bench was designed according to GB14048.2-2008，electric voltage regulator and transformer were combined for the device to generate different voltage，sampling was performed using current sensor.The test bench has the advantages of low-loss，high accuracy and wide application range.It can be widely used in the test of residual current circuitbreakers.

residual current；circuit breaker；test rig

TM561

B

10.19457/j.1001-2095.20161114

王文廣（1987-），本科，助理工程師，Email：852810792@qq.com.

2015-11-14