一種便攜式低壓空開綜合測試儀的研制及應(yīng)用

李陽 馮忠奎 李國成 劉廣 于洋

摘要：詳細介紹了便攜式低壓空開綜合測試儀的結(jié)構(gòu)、原理和使用方法。通過實際測試，驗證了綜合測試儀對低壓空開漏電、過流、短路3種測試的有效性和安全性。通過重復(fù)短路測試，確定了碳棒更換短路試驗的次數(shù)閾值。該測試儀對提升入網(wǎng)空開合格率具有重要意義。

關(guān)鍵詞：低壓空氣開關(guān);綜合測試;短路測試;新型工裝

0 引言

漏電和短路是電氣設(shè)備發(fā)生火災(zāi)的主要原因。目前對漏電和短路的防控手段主要是使用帶漏保功能的空氣開關(guān)。據(jù)統(tǒng)計，發(fā)生故障后空氣開關(guān)不動作的占比達25.1%，不動作原因主要是空氣開關(guān)漏保功能障礙、過載和短路時無法脫扣或脫扣超時。因此，空氣開關(guān)投運前對其開展短路、漏電等試驗尤為必要。但由于短路試驗時會產(chǎn)生火花，供電企業(yè)在驗收空開時，并不開展短路試驗，導(dǎo)致不合格的空開入網(wǎng)運行，給后期運維帶來困難。因此，研制一種具備短路測試功能、操作安全的低壓空開綜合測試儀具有重要意義。

目前，業(yè)內(nèi)缺乏集漏電、過流、短路測試功能于一體的低壓空氣開關(guān)綜合測試儀，因此，開展空開入網(wǎng)試驗時，必須攜帶漏電、過流、短路試驗3套設(shè)備，且現(xiàn)有短路測試儀操作過程存在危險，影響了低壓空氣開關(guān)短路試驗的正常開展。針對上述問題，本文開展新型便攜式低壓空開綜合測試儀研究，測試儀針對目前主流的63 A戶表空開研制，一臺儀器可以實現(xiàn)漏電、過流、短路3個測試，儀器封裝在外置鋁合金外殼中，具備良好的防爆性，測試過程采用遙控方式，避免短路測試時就近操作發(fā)生人員觸電危險，具備良好的安全性。

1 測試儀結(jié)構(gòu)與原理

1.1? ? 測試儀結(jié)構(gòu)

該綜合測試儀集漏電、過流、短路測試功能于一體，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，測試過程采用遙控方式，遙控電源采用直流12 V供電，遙控開關(guān)如圖2所示。

1.2? ? 漏電測試原理

如圖1所示，為了測試漏電電流超過30 mA、0.1 s時空開必須可靠跳閘，在火線與大地之間串聯(lián)一個6.3 kΩ電阻，圖2所示的電源遙控AC220 V開關(guān)合閘，接地電流（漏電流）是35 mA。若開關(guān)質(zhì)量合格，在0.1 s內(nèi)應(yīng)該可靠跳閘，其動作時間由通電計時器A記錄下來。

為了測試漏電電流小于15 mA時空開必須可靠不跳閘，在火線與大地之間串聯(lián)一個22 kΩ電阻，遙控AC220 V開關(guān)合閘，接地電流（漏電流）是10 mA。若開關(guān)質(zhì)量合格，應(yīng)該可靠不跳閘，若其誤動作，則動作時間由通電計時器A記錄下來。

1.3? ? 過流測試原理

如圖1所示，為了測試1.13倍額定電流在1 h內(nèi)空開不動作，在火線和零線之間串聯(lián)一個3.090 Ω電阻，并串聯(lián)一個95 A的交流接觸器，遙控AC220 V開關(guān)為交流接觸器的線路回路通斷220 V交流電，該測試需要持續(xù)3 600 s以上（通電計時器B記錄）。若開關(guān)質(zhì)量合格，3 600 s內(nèi)空開應(yīng)該不跳閘。

為了測試1.45倍額定電流在1 h內(nèi)空開必須動作，在火線和零線之間串聯(lián)一個2.408 Ω電阻，并串聯(lián)一個95 A的交流接觸器，遙控AC220 V開關(guān)為交流接觸器的線路回路通斷220 V交流電，該測試需要持續(xù)3 600 s。若開關(guān)質(zhì)量合格，3 600 s內(nèi)空開應(yīng)該跳閘。

1.4? ? 短路測試原理

短路測試儀工裝原理圖如圖3所示，12 V的電磁鐵放在箱體外側(cè)，伸縮棒的端部在箱體內(nèi)部，端部安裝一根套在環(huán)氧管內(nèi)的直徑10 mm碳棒，端部呈V型，電磁鐵不通電時，碳棒與V型槽間距8 mm，通電時向前伸出12 mm，為了緩沖撞擊力，在V型槽后部加裝導(dǎo)電彈簧。碳棒使用2.5 mm2軟銅線連接火線;鎢鋼槽使用2.5 mm2軟銅線連接零線。短路測試儀器工裝結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，各元件封裝在外置鋁合金外殼的箱體中，所有的開關(guān)、電阻等元件都安裝在環(huán)氧樹脂面板上，接線在箱體內(nèi)部，打開箱體即可更換碳棒、擦拭短路電弧燒蝕的碳粉。

短路模擬過程：電磁鐵提供動力，驅(qū)動接著火線的V型碳棒撞擊接著零線的V型鎢鋼，實現(xiàn)短路。短路瞬間，碳棒與鎢鋼的接觸面呈VV型，因VV型接觸面積大，不會產(chǎn)生尖端放電，最大程度避免電弧燒蝕碳棒和鎢鋼。

2 儀器操作方法

儀器操作步驟如下：

（1）儀器接地;（2）給AC220 V穩(wěn)壓源接電源;（3）檢查RTO保險和刀閘應(yīng)在合閘位置;（4）合上95 A單相空開;（5）合上63 A被測空開;（6）漏電測試，分2次遙控;（7）過流測試，分2次遙控;（8）短路測試，遙控1次;（9）拆除AC220 V電源線，拆除63 A被試空開，拆除接地線，試驗結(jié)束。

3 試驗驗證

3.1? ? 有效性和安全性驗證

選取200只帶漏保功能的63 A空開，其中用于漏電和過流測試的空開各50只，用于短路測試的空開100只，驗證綜合測試儀的有效性和安全性。

試驗中發(fā)現(xiàn)漏保功能缺失的空開有5只，過流功能缺失的空開有2只，過流延遲動作的空開有2只，短路功能缺失的空開有1只，短路脫扣延遲導(dǎo)致越級跳閘的空開有3只，驗證了測試儀應(yīng)用于漏電、過流、短路測試的可靠性。經(jīng)200次試驗后，測試儀外殼完好無損，未發(fā)生人身傷亡事故，證明了測試儀具有良好的安全性。

3.2? ? 碳棒更換短路試驗次數(shù)閾值的確定

短路測試時，電火花瞬間溫度達3 300 ℃，存在燒蝕碳棒的可能，因此須測試致使碳棒燒蝕的短路試驗次數(shù)。本文以63 A低壓空開為例，對5套綜合測試儀重復(fù)開展短路試驗，以因碳棒燒蝕嚴(yán)重致使短路試驗無法繼續(xù)的次數(shù)為閾值，得到的閾值如表1所示，可知試驗次數(shù)都在1 200次以上，因此碳棒具有很好的耐用性，保守考慮，建議將碳棒更換的試驗次數(shù)閾值定為1 000，試驗到1 000次后，更換碳棒。

4 結(jié)語

本文研究的便攜式低壓空開綜合測試儀在空氣開關(guān)保護測試領(lǐng)域?qū)儆谑讋?chuàng)，具有以下創(chuàng)新點：（1）可以實現(xiàn)漏電、過流、短路一體化測試;（2）全部測試采用遙控方式，操作安全，使用方便;（3）開發(fā)的短路測試新型工裝價格低廉，方便更換部件;（4）增加了一級和二級保護，避免短路試驗時易造成試驗電源跳閘。通過實際應(yīng)用，驗證了本產(chǎn)品的性能，具備良好的應(yīng)用前景和推廣價值。

[參考文獻]

[1] 曾金龍.新形勢下電氣火災(zāi)現(xiàn)狀及防治對策[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2018，31（5）：65-67.

[2] 張學(xué)楷.低壓線路常見電氣火災(zāi)原因分析認定及預(yù)防措施研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2005.

[3] 羅云慶，何泰健.供電線路中電弧性短路檢測技術(shù)探討[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2018，37（11）：1557-1559.

[4] 史立輝，冀輝，賈麗紅.對一起漏電引發(fā)火災(zāi)的原因認定[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2015，34（7）：977-979.