斷路器電弧電壓特性試驗裝置及試驗方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及斷路器電弧電壓特性試驗裝置及試驗方法。包括主電流源，用以提供分斷過程中所需的試驗電流；輔助電流源，用于斷路器觸頭分斷時的引弧；輔助電壓測試電路，實現(xiàn)電弧電壓精確可靠的測量；主電流源、輔助電流源和輔助電壓測試電路之間通過并聯(lián)方式連接；輔助電壓測試電路和輔助電流源并聯(lián)在被測試斷路器兩端。試驗包括電壓波形整定試驗和電弧電壓特性試驗兩個步驟，電弧電壓特性試驗結(jié)果與電壓波形整定試驗結(jié)果之差為實際電弧電壓特性；電壓波形整定試驗和電弧電壓特性試驗中電容C的充電電壓保持一致；電壓波形通過低壓探頭測量。本發(fā)明能夠降低對試驗回路的要求，采用簡單的測量設(shè)備即可實現(xiàn)大電流分斷時電弧電壓精確可靠的測量。
【專利說明】斷路器電弧電壓特性試驗裝置及試驗方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電學領(lǐng)域，尤其是涉及斷路器電弧電壓特性試驗裝置及試驗方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 斷路器是保護電力系統(tǒng)安全運行的核心設(shè)備，而斷路器分斷過程中的電弧特性是 影響斷路器分斷性能的重要因素。為了研究短路大電流分斷過程中的電弧電壓特性，一般 將預(yù)充電電容對電感放電產(chǎn)生的振蕩電流作為試驗所需的電流源。為了提高試驗電流值， 電容上的預(yù)充電電壓一般會高達數(shù)千伏，并且當電流過零后，會有極高的反向電壓加在斷 路器兩端。因此會給電壓測量設(shè)備帶來重大的安全隱患，影響測量的可靠性。
[0003] 在傳統(tǒng)的試驗方法中，為了解決電壓測量問題，通過并聯(lián)在斷路器兩端的分壓器 引出電壓信號，并經(jīng)過復雜的限壓電路限壓后再進入示波器。另外為了克服斷路器分斷時 較長的機械延時，實現(xiàn)大電流下的電弧特性試驗，電路中需要龐大的電容和電感。這一方面 增加了試驗回路的復雜程度，另一方面會因所選的分壓器電壓等級較高而使測得的電弧電 壓精度很差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)需要通過并聯(lián)在斷路器兩端的分壓器引出電壓信號， 并經(jīng)過復雜的限壓電路限壓后再進入示波器；并且需要龐大的電容和電感，一方面增加了 試驗回路的復雜程度，另一方面會因所選的分壓器電壓等級較高而使測得的電弧電壓精度 很差的技術(shù)問題；提供了一種主電流源采用較小的電容和電感，即可實現(xiàn)大電流時的電弧 電壓特性試驗；從而降低了對試驗回路的要求，簡化了試驗回路的結(jié)構(gòu)，使得試驗回路容易 實現(xiàn)；并能顯著提高電弧電壓的測量精度的一種斷路器電弧電壓特性試驗裝置及試驗方 法。
[0005] 本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的： 一種斷路器電弧電壓特性試驗裝置，包括： 一主電流源：用以提供分斷過程中所需的試驗電流； 一輔助電流源：用于觸頭分斷時引弧，便于調(diào)整主電流投入時刻； 一輔助電壓測試電路；用于試驗過程中保護低壓測量設(shè)備免受過電壓損壞，實現(xiàn)電弧 電壓精確可靠的測量； 所述主電流源、輔助電流源、和輔助電壓測試電路之間通過并聯(lián)方式連接；輔助電壓測 試電路和輔助電流源并聯(lián)在被測試斷路器兩端。
[0006] 作為優(yōu)選，所述主電流源包括依次串聯(lián)的電容C、二極管D、真空觸發(fā)開關(guān)S和電感 L ;真空觸發(fā)開關(guān)S開通時，電容C通過電感L放電產(chǎn)生脈沖大電流。
[0007] 作為優(yōu)選，所述輔助電流源采用低壓恒流電源EPS ;所述低壓恒流電源EPS并聯(lián)在 被測試斷路器兩端。
[0008] 作為優(yōu)選，所述輔助電壓測試電路包括并聯(lián)的二極管D1和低壓真空間隙TVS ;所 述二極管D1和低壓真空間隙TVS并聯(lián)在被測試斷路器兩端。
[0009] -種斷路器電弧電壓特性試驗方法，其特征在于，包括以下兩個試驗過程，分別是 電壓波形整定試驗和電弧電壓特性試驗： 所述電壓波形整定試驗包括以下步驟： 步驟A1、試驗開始前，將電容C充電至所需電壓，真空觸發(fā)開關(guān)S處于斷開狀態(tài)，輔助恒 流源EPS處于斷開狀態(tài)，被試斷路器VB處于閉合狀態(tài)； 步驟A2、試驗開始時，先開通輔助恒流源EPS，然后開通真空觸發(fā)開關(guān)S，此后電容C將 通過電感L放電，產(chǎn)生的脈沖放電電流通過被試斷路器VB，VB兩端將會因線路阻抗的存在 而產(chǎn)生電壓； 步驟A3、以被試斷路器VB中的脈沖電流信號為觸發(fā)源，捕捉試驗過程中的電壓電流信 號， 所述電弧電壓特性試驗過程如下： 步驟B1、試驗開始前，各元器件的初始狀態(tài)同電壓波形整定試驗中的初始狀態(tài)； 步驟B2、試驗開始時，先開通輔助恒流源EPS，被試斷路器VB中將流過穩(wěn)定的電流，然 后發(fā)出VB的分斷信號，斷路器在經(jīng)過其固有分斷延時Atl后，動靜觸頭開始有效分離，觸頭 之間開始建立微小的電弧電壓； 步驟B3、此后再經(jīng)過一段延時Δ t2,使觸頭間開距到達試驗所需值，開通真空觸發(fā)開關(guān) S，預(yù)先充電的電容C將通過電感L放電，產(chǎn)生的脈沖放電電流通過被試斷路器VB，觸頭之間 將會建立相應(yīng)的電弧電壓； Δ t2是根據(jù)試驗所需的觸頭開距所決定的，試驗所需開距不同，相應(yīng)Δ t2不同。
[0010] 步驟M、以被試斷路器VB中的脈沖電流信號為觸發(fā)源，捕捉試驗過程中的電壓電 流號， 在上述的一種斷路器電弧電壓特性試驗方法，所述電壓波形整定試驗和電弧電壓特性 試驗中電容C的充電電壓保持一致，所述電壓波形通過低壓探頭測量，所述電壓波形整定 試驗和電弧電壓特性試驗結(jié)果之差為實際電弧電壓特性。
[0011] 因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：1、主電流源采用較小的電容和電感，即可實現(xiàn)大電流 時的電弧電壓特性試驗；2、降低了對試驗回路的要求，簡化了試驗回路的結(jié)構(gòu)，使得試驗 回路容易實現(xiàn)；3、電弧電壓直接通過示波器低壓探頭進行測量，能顯著提高電弧電壓的測 量精度；4、輔助恒流源的引入，可按需要在不同的觸頭開距位置投入主電流源電流進行試 驗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 附圖1為本發(fā)明的試驗回路； 附圖2為本發(fā)明的電壓波形整定試驗波形； 附圖3為本發(fā)明的電弧電壓特性試驗波形。

【具體實施方式】
[0013] 下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。
[0014] 實施例： 一、首先介紹本發(fā)明涉及的試驗電路： 參見圖1，本發(fā)明的斷路器電弧電壓特性試驗方法，試驗回路包括主電流源1、輔助電 流源2、被試斷路器3和輔助電壓測試電路4 ;其中主電流源、輔助電流源、被試斷路器和輔 助電壓測試電路之間通過并聯(lián)方式連接；被試斷路器負極接地。
[0015] 主電流源用以提供分斷過程中所需的試驗電流，作為示例，主電流源由電容C、二 極管D、真空觸發(fā)開關(guān)S和電感L串聯(lián)構(gòu)成，真空觸發(fā)開關(guān)S開通時，電容C通過電感L放電 產(chǎn)生脈沖大電流； 輔助電流源，用于觸頭分斷時引弧，便于調(diào)整主電流投入時刻，作為示例，輔助電流源 電路采用低壓恒流電源EPS; 輔助電壓測試電路，用于試驗過程中在斷路器兩端出現(xiàn)高電壓時對低壓測量設(shè)備的保 護，作為示例，輔助電壓測試電路由二極管D1和低壓真空間隙TVS并聯(lián)構(gòu)成，試驗過程中較 大的反向電壓通過D1或TVS導通，因此被試斷路器兩端不會有高壓存在，電壓信號可直接 通過低壓探頭引出。
[0016] 二、以下介紹本發(fā)明斷路器電弧電壓特性試驗方法的試驗步驟： 由于在實際試驗回路中，電壓測量位置總會包含一段載流主回路，因此所測的電壓信 號中就包括這段線路阻抗所占的電壓分量，并且由于電流及其變化率較大，導致該電壓分 量一般較實際電弧電壓大很多，因此應(yīng)該將這部分電壓分量從所測電壓中去掉。為此，每 次試驗分兩步進行：第一步在保持被試斷路器閉合的條件下進行線路阻抗電壓波形整定試 驗，第二步再進行分斷時的電弧電壓特性試驗。
[0017] 上述兩步試驗過程中，電容C上的預(yù)充電電壓及輔助電流源EPS電流保持一致，示 波器的波形起始位置及時基相同，則實際電弧電壓等于兩步試驗所測電壓的差值。
[0018] (一）電壓波形整定試驗過程如下： 試驗開始前，根據(jù)試驗電流需要，將電容C按圖示方向充至工作電壓，真空觸發(fā)開關(guān)S 處于斷開狀態(tài)，輔助恒流源EPS處于斷開狀態(tài)，被試斷路器VB處于閉合狀態(tài)； 試驗開始時，先開通輔助恒流源EPS，然后開通觸發(fā)開關(guān)S，此后電容C將通過電感L放 電，產(chǎn)生的脈沖放電電流通過被試斷路器VB，VB兩端將會因線路阻抗的存在而產(chǎn)生電壓； 以被試斷路器VB中的脈沖電流信號為觸發(fā)源，捕捉試驗過程中的電壓電流信號； 試驗電壓電流示意波形如圖2所示，其中t0為輔助恒流源接通時刻，tl為主電流源接 通時刻。
[0019] (二）電弧電壓特性試驗過程如下： 試驗開始前，各元器件的初始狀態(tài)同電壓波形整定試驗中的初始狀態(tài)； 試驗開始時，先開通輔助恒流源EPS，被試斷路器VB中將流過穩(wěn)定的電流，然后發(fā)出VB 的分斷信號，在經(jīng)過一段固有的分斷延時Δ tl后，斷路器的動靜觸頭開始有效分離，觸頭之 間開始建立微小的電弧電壓； 此后再經(jīng)過一段延時Δ t2,觸頭間開距到達試驗所需值，開通真空觸發(fā)開關(guān)S，預(yù)先充 電的電容C將通過電感L放電，產(chǎn)生的脈沖放電電流通過被試斷路器VB，觸頭之間將會建立 相應(yīng)的電弧電壓； 以被試斷路器VB中的脈沖電流信號為觸發(fā)源，捕捉試驗過程中的電壓電流信號； 試驗電壓電流示意波形如圖3所示，其中在t0時刻接通輔助恒流源，在tl時刻發(fā)出被 試斷路器分斷信號，在t2時刻觸頭開始有效分離，由于恒流源電流很小，觸頭間只建立起 微小的電弧電壓，在t3時刻斷路器達到所需的開距，此時投入主電流源，在大電流條件下， 觸頭間開始建立明顯的電弧電壓。
[0020] 這里對輔助電壓測試電路的作用進行說明，在脈沖放電電流下降到零時，二極管D 進入反向恢復過程，此時被試斷路器VB兩端會產(chǎn)生較高的反向電壓，然而此反向電壓不是 電弧電壓特性試驗所關(guān)心的，但是它卻會損壞低壓測量設(shè)備。VB兩端反并聯(lián)的二極管D1和 低壓真空間隙TVS能為此反向電壓提供通路，使VB兩端的電壓仍然處于測量設(shè)備的安全范 圍以內(nèi)，因此可以使用示波器的低壓探頭直接將電壓信號引入到示波器進行記錄。而在傳 統(tǒng)的試驗回路中，采用高壓分壓器或高壓探頭來進行電壓測量，由于電弧電壓較小，導致所 測的電弧電壓精度很低。
[0021] 另外，對于傳統(tǒng)的機械式斷路器，由于分斷過程中的機械延時時間一般較長，導致 其分散性也比較大。當主電流源電路采用較小的電容和電感時，產(chǎn)生的試驗電流持續(xù)時間 較短，試驗時很難準確地控制主電流在需要的觸頭開距位置投入。輔助電流源的引入，使得 在主電流投入前，觸頭之間一直有電弧存在，被試斷路器仍然處于電氣接通狀態(tài)。因此可按 試驗需要，方便地控制主電流的投入時刻，而不會造成試驗失敗。
[0022] 而對于近年來新興的電動斥力開關(guān)，因其分斷速度極快，機械延時時間分散性也 非常小。因此在進行這類斷路器的電弧電壓特性試驗時，輔助電流源不是必須的，試驗時根 據(jù)實際情況取舍。
[0023] 本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替 代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種斷路器電弧電壓特性試驗裝置，其特征在于，包括 一主電流源：用以提供分斷過程中所需的試驗電流； 一輔助電流源：用于觸頭分斷時引弧，便于調(diào)整主電流投入時刻； 一輔助電壓測試電路；用于試驗過程中保護低壓測量設(shè)備免受過電壓損壞，實現(xiàn)電弧 電壓精確可靠的測量； 所述主電流源、輔助電流源、和輔助電壓測試電路之間通過并聯(lián)方式連接；輔助電壓測 試電路和輔助電流源并聯(lián)在被測試斷路器兩端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斷路器電弧電壓特性試驗裝置，其特征在于，所述主電 流源包括依次串聯(lián)的電容C、二極管D、真空觸發(fā)開關(guān)S和電感L ;真空觸發(fā)開關(guān)S開通時， 電容C通過電感L放電產(chǎn)生脈沖大電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斷路器電弧電壓特性試驗裝置，其特征在于，所述輔助 電流源采用低壓恒流電源EPS ;所述低壓恒流電源EPS并聯(lián)在被測試斷路器兩端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斷路器電弧電壓特性試驗裝置，其特征在于，所述輔助 電壓測試電路包括并聯(lián)的二極管D1和低壓真空間隙TVS ;所述二極管D1和低壓真空間隙 TVS并聯(lián)在被測試斷路器兩端。
5. -種斷路器電弧電壓特性試驗方法，其特征在于，包括以下兩個實驗過程，分別是電 壓波形整定試驗和電弧電壓特性試驗： 所述電壓波形整定試驗包括以下步驟： 步驟A1、試驗開始前，將電容C充電至所需電壓，真空觸發(fā)開關(guān)S處于斷開狀態(tài)，輔助恒 流源EPS處于斷開狀態(tài)，被試斷路器VB處于閉合狀態(tài)； 步驟A2、試驗開始時，先開通輔助恒流源EPS，然后開通真空觸發(fā)開關(guān)S，此后電容C將 通過電感L放電，產(chǎn)生的脈沖放電電流通過被試斷路器VB，VB兩端將會因線路阻抗的存在 而產(chǎn)生電壓； 步驟A3、以被試斷路器VB中的脈沖電流信號為觸發(fā)源，捕捉試驗過程中的電壓電流信 號， 所述電弧電壓特性試驗過程如下： 步驟B1、試驗開始前，各元器件的初始狀態(tài)同電壓波形整定試驗中的初始狀態(tài)； 步驟B2、試驗開始時，先開通輔助恒流源EPS，被試斷路器VB中將流過穩(wěn)定的電流，然 后發(fā)出VB的分斷信號，斷路器在經(jīng)過其固有分斷延時Atl后，動靜觸頭開始有效分離，觸頭 之間開始建立微小的電弧電壓； 步驟B3、此后再經(jīng)過一段延時Δ t2,使觸頭間開距到達試驗所需值，開通真空觸發(fā)開關(guān) S，預(yù)先充電的電容C將通過電感L放電，產(chǎn)生的脈沖放電電流通過被試斷路器VB，觸頭之間 將會建立相應(yīng)的電弧電壓； 步驟M、以被試斷路器VB中的脈沖電流信號為觸發(fā)源，捕捉試驗過程中的電壓電流信 號，然后描繪試驗電壓電流示意波形圖。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種斷路器電弧電壓特性試驗方法，其特征在于，所述電壓 波形整定試驗和電弧電壓特性試驗中電容C的充電電壓保持一致，所述電壓波形通過低壓 探頭測量，所述電壓波形整定試驗和電弧電壓特性試驗結(jié)果之差為實際電弧電壓特性。
【文檔編號】G01R19/00GK104062579SQ201410277671
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】李錫群, 任志剛, 彭振東, 姜楠, 朱紅橋 申請人:中國船舶重工集團公司第七一二研究所