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1、2010-2011年第一學(xué)期 電氣工程專業(yè) 電氣信息學(xué)院 李 靖 2010. 11. 6 高 壓 電 器 第九章 高壓斷路器的試驗(yàn) 第一節(jié) 概 述 一、進(jìn)行高壓斷路器試驗(yàn)的意義： 由于迄今為止還 無法完全依靠設(shè)計 來 確定高壓斷路器的性能 ，因此，任 何一種斷路器產(chǎn)品的制造，其 性能都要經(jīng)過試驗(yàn)來校正 ，而且在 運(yùn)行 過程中 還需要 不斷地檢查 其各種工作特性，以 保證 高壓斷路器的 工作可靠性 。 二、高壓斷路器的試驗(yàn)項(xiàng)目： （ l） 機(jī)械性能試驗(yàn)： 有 機(jī)械操作試驗(yàn)，運(yùn)動特性試驗(yàn)，密封試驗(yàn)，防雨 試驗(yàn)，破冰試驗(yàn)，耐寒試驗(yàn)，耐地震試驗(yàn)，機(jī)械壽命試驗(yàn) 等。 （ 2） 截流性能試驗(yàn)： 有 長期發(fā)

2、熱試驗(yàn) ， 回路電阻測量 ， 短時耐受電流試 驗(yàn)，峰值耐受電流試驗(yàn) 等。 （ 3） 開斷與關(guān)合性能試驗(yàn)： 有 短路開斷與關(guān)合能力試驗(yàn)，失步開斷與關(guān) 合試驗(yàn)，小電流開斷與關(guān)合試驗(yàn)，空載長線開斷與關(guān)合試驗(yàn)，電容器組開合 試驗(yàn)，近區(qū)故障開斷試驗(yàn) 等。 （ 4） 絕緣性能試驗(yàn)： 有 工頻耐壓試驗(yàn)，沖擊耐壓試驗(yàn)，絕緣電阻測量， 泄漏電流試驗(yàn)，介質(zhì)損失角正切值測量 等。 （ 5） 特殊環(huán)境適應(yīng)試驗(yàn)： 包括 濕熱氣候條件試驗(yàn)，高原氣候條件試驗(yàn)， 污穢試驗(yàn) 等。 三、高壓斷路器試驗(yàn)分類： 分 三大類。 1 研究性試驗(yàn)： 是 設(shè)計制造前 產(chǎn)品必要進(jìn)行的試驗(yàn)，它用以 確定設(shè)汁 的依據(jù)和結(jié)構(gòu)參數(shù) ； 2 產(chǎn)品試驗(yàn)：

3、 包括 型式試驗(yàn)、參考性試驗(yàn)、試運(yùn)行試驗(yàn) 和 出廠試驗(yàn) 四 種 ，是產(chǎn)品在 設(shè)計、制造和生產(chǎn) 過程中進(jìn)行的 試驗(yàn) ， 也是高壓斷路器試驗(yàn)的 主要部分。詳述如下： （ l） 型式試驗(yàn) ： 目的 是對 某一斷路器的性能、質(zhì)量等 各方面進(jìn)行研究和 考核，并據(jù)此對設(shè)計 進(jìn)行 修改 和 重新加工 ，然后 再作考核 。 該 試驗(yàn)的項(xiàng)目 最 多，占所有試驗(yàn)項(xiàng)目的大部分。不同產(chǎn)品應(yīng)做的試驗(yàn)項(xiàng)目由 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 確定。 型式試驗(yàn) 是從 一種產(chǎn)品 中 抽樣 進(jìn)行的， 若 一種產(chǎn)品 的 重要零部件 經(jīng)過 修 改、代用 以及 重要的 工藝更改時 ，都要重新按有關(guān)型式試驗(yàn)進(jìn)行考核。 一種產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng) 若干年后 也要重新進(jìn)行型

4、式試驗(yàn)。 （ 2） 參考性試驗(yàn) ：指 型式試驗(yàn)以外 的 性能驗(yàn)證試驗(yàn) 。 由于使用環(huán)境和場合的不同 ， 有些斷路器 還要進(jìn)行諸如 耐寒、耐地震、 特殊環(huán)境適應(yīng)性 等）的試驗(yàn)。 （ 3） 試運(yùn)行試驗(yàn) ：指產(chǎn)品所需完成的 工業(yè)實(shí)際運(yùn)行 試驗(yàn)考核。 注意： 對一種 新產(chǎn)品 ， 原則上 都必須 滿足上述三種試驗(yàn)所規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng) 目 ，才能通過鑒定，定型后方可投入批量生產(chǎn)。 （ 4） 出廠試驗(yàn) ： 目的是為了 保證每一臺產(chǎn)品的可靠性 ，對每一臺產(chǎn)品都得進(jìn)行。 出廠試驗(yàn)項(xiàng)目 只是型式試驗(yàn)項(xiàng)目中的一部分 。具體項(xiàng)目由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。 3 預(yù)防性試驗(yàn)： 是指 斷路器 在 運(yùn)行過程 中所需 進(jìn)行的試驗(yàn) 。有關(guān)內(nèi)容參

5、 見 高電壓絕緣 。 第二節(jié) 斷路器開斷能力試驗(yàn) 一、試驗(yàn)?zāi)康呐c條件： 1目的： 研究和驗(yàn)證斷路器的開斷能力。 2. 主要試驗(yàn)條件 ： 電源電壓、恢復(fù)電壓的瞬態(tài)特性、開斷電流中的直流分量、 開斷的電流、功率因數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)操作順序。 （ 1） 電源電壓： 試驗(yàn)電源 采用 工頻 （ 50Hz） 或盡可能接近工頻的正弦波 交流電源 。外施電壓應(yīng)保證滿足 工頻恢復(fù)電壓 的規(guī)定要求，即 三相開斷試驗(yàn) 的 工頻恢復(fù)電壓 應(yīng) 不低于 其 最高工作線電壓的 90 ； 當(dāng) 三相斷路器 作 單相開斷試驗(yàn) 時， 還應(yīng) 考慮 首開相系數(shù)（ 1.5或 1.3） 。 如 首開相系數(shù)取 1.5時， 單相試驗(yàn)工頻恢復(fù)電壓 Uhf

6、應(yīng)不低于下式確定的 U1值： （ 2） 恢復(fù)電壓的瞬態(tài)特性： 有關(guān)數(shù)據(jù)可查 GB1984 80。 （ 3） 開斷電流中的直流分量：用百分比表示 。 對于一般 對稱開斷 的情 況， 直流分量不應(yīng)大于開斷電流中交流分量峰值的 20 ，見式（ 3-2）和圖 13- 1所示，即 : （ 4） 開斷電流： 交流用 周期分量有效值 表示，直流用 百分比 表示 。 斷路器規(guī)定：至少應(yīng)在 10、 30、 60和 100 四種額定開斷電流下 進(jìn)行試驗(yàn)。 （ 5） 功率因數(shù)： 試驗(yàn)回路的 短路功率因數(shù)不應(yīng)超過 0.15。 短路功率因數(shù)可從 回路常數(shù)計算、直流分量確定 和 通過控制發(fā)電機(jī)確定 等三種 方法中，選取最

7、適用的一種來確定。 （ 6） 標(biāo)準(zhǔn)操作順序： 手動 操作： 分 180s 合分 ； 一般自動 操作： 分 180s 合分 180s 合分 ； 具有自動重合閘的 操作： 分 合分 180s 合分 其中 為 自動重合閘的無電流間隔時間 ，通常取 0.3s或 0.5s。 二、開斷能力試驗(yàn)方法： 1、 試驗(yàn)原則 ： 等價性 。 理論上講，只要能滿足前面提到的試驗(yàn)條件和要求，就可基本保證與實(shí) 際運(yùn)行條件相符。但是，由于試驗(yàn)需要容量非常大的設(shè)備，實(shí)際上根本沒有 相應(yīng)的設(shè)備能真正滿足超高壓大容量斷路器的試驗(yàn)要求。因此需采用滿足 “ 等價性 ”的間接的、模擬的試驗(yàn)裝置和方法來進(jìn)行試驗(yàn)。 2 “ 等價性 ” 的

8、主要條件： 根據(jù)分析，試驗(yàn)中符合“等價性”的主要條件是： （ l） 開斷電流波形 應(yīng)與 實(shí)際短路電流的波形 基本一致，以保證燃弧過程 和電弧能量與實(shí)際基本相同； （ 2） 電流零點(diǎn)附近的電流、電壓波形應(yīng)與實(shí)際情況一致 ，以保證零點(diǎn) 附近的物理過程與實(shí)際相同； （ 3） 恢復(fù)電壓的大小、頻率和波形應(yīng)與實(shí)際情況基本一致 ，以保證電 壓恢復(fù)過程和過零后復(fù)燃過程與實(shí)際相同。 為此， 當(dāng) 一種新試驗(yàn)方法 提出時 ，需要進(jìn)行 等價性 論證，并要得到 開斷 情況 與實(shí)際 相一致 的驗(yàn)證。 3 試驗(yàn)方法 ：有整體試驗(yàn)、部分試驗(yàn)、分步試驗(yàn)和合成試驗(yàn)。 （ 1） 整體試驗(yàn)： 按照斷路器規(guī)定的 電壓和開斷電流 來進(jìn)

9、行 整體試驗(yàn) 。由 于試驗(yàn)需要提供斷路器的全部開斷容量，因此它 只適用于容量較小 的斷路器。 該試驗(yàn)只要參數(shù)和波形選擇得當(dāng)，這會出現(xiàn)最接近于實(shí)際的開斷情況。 （ 2） 部分試驗(yàn)： 由 斷路器 部分?jǐn)嗫?或 單元 的 開斷能力試驗(yàn) 推斷出整個斷 路器的 分 斷能力 。 這種方法對積木式結(jié)構(gòu)、串聯(lián)單元的高壓斷路器是適用的。 在積木式結(jié)構(gòu)中，串聯(lián)各單元的結(jié)構(gòu)、工作條件、工作狀態(tài)是基本相同 的，只需取一個單元進(jìn)行試驗(yàn)，因此實(shí)際試驗(yàn)電壓就可以降低。 例如有 n個單元串聯(lián)的斷路器，當(dāng)以一個單元做試驗(yàn)時，其試驗(yàn)電壓只是 整個斷路器做試驗(yàn)時電壓的 n分之一。當(dāng)然還需考慮各單元的電壓分布不均勻 情況，要取其中電

10、壓最高的單元電壓作為試驗(yàn)電壓。 （ 3） 分步試驗(yàn)： 對 斷路器分別 以 全電壓、小電流 和 低電壓、大電流 進(jìn)行試驗(yàn)，從而推斷出 斷路器在 全電壓、大電流 下的開斷能力，這是一種 受試驗(yàn)設(shè)備限制 不得已而 采 用的 間接試驗(yàn)方法 ，以兩次不同情況下的試驗(yàn)結(jié)果推斷出的開斷能力。目前分 步試驗(yàn)已不能作為性能的驗(yàn)證試驗(yàn)，但可作為研究性試驗(yàn)，用以確定試品的最 大開斷電流。 此方法的 等價性 和 可靠性均較差 。 （ 4） 合成試驗(yàn)： 是以 高電壓、小電流 和 低電壓、大電流 兩個電源 ， 先后 加在 斷路器上以滿 足開斷過程中 燃弧時的大電流 和 滅弧后的高電壓 要求的試驗(yàn)。 這種方法顯著地降低了試

11、驗(yàn)設(shè)備的容量，等價性也得到公認(rèn)。目前已廣泛 采用，特別在發(fā)展超高壓大容量斷路器時，更顯示出它的優(yōu)越性。 第三節(jié) 開斷能力試驗(yàn)裝置 開斷能力試驗(yàn)裝臵需要在短時間提供巨大的能量， 這些 能量一般由 電網(wǎng) 、 短路發(fā)電機(jī) 和 高壓電容器儲能 來 提供 。 一 . 斷路器開斷過程 的描述及其特點(diǎn)： 圖 13-6是斷路器 電流開斷過程 中幾個階段的 電流、電壓原理波形圖 。它可 劃分為 四個階段： a 從觸頭分離瞬間起到主電流消失瞬間止的這一段時間為 燃弧階段 。 b 在 每個燃弧半波 ， 電弧電壓 在 電流過零前 通常表現(xiàn)出 顯著變化 ，這 取決于弧隙特性，因此電流變化率也將偏離相應(yīng)的預(yù)期電流的變化率

12、。這階 段為 電流零前弧壓顯著變化階段 。 隨后，斷口兩端的電壓與電流一起降至零，并改變極性，斷口兩端出現(xiàn) 瞬態(tài)恢復(fù)電壓 。 c 在 電流零點(diǎn)后 ，由于存在 瞬態(tài)恢復(fù)電壓 和 弧隙剩余電阻 ， 斷口 會流過 弧后電流 ，這就是 弧后電流階段 。 流過斷口的任何電流消失以后，斷口就象一段絕緣距離似地承受電壓。 這就是介質(zhì)強(qiáng)度 。 d 實(shí)際上由于不能精確確定這些階段的界線，常常是將 弧壓顯著變化階 段 和 弧后電流階段 統(tǒng)稱 為 電流零點(diǎn)階段 ，即 電流零區(qū) 。 二 、網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn) 1. 網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn) 是 直接利用電網(wǎng) 進(jìn)行 開斷能力試驗(yàn) ，即把 被試斷路器 接到所 需的 電網(wǎng) 上， 人為造成電網(wǎng)短路 來

13、進(jìn)行斷路器 開斷 能力的試驗(yàn)。 2. 優(yōu)點(diǎn)：不需專門電源， 且 可做三相試驗(yàn) 。其試驗(yàn)條件比較符合實(shí)際運(yùn) 行情況。 3. 缺點(diǎn)： （ 1） 試驗(yàn)容量受到現(xiàn)有電網(wǎng)短路容量的限制； （ 2） 試驗(yàn)時的參數(shù)由電網(wǎng)和試驗(yàn)地點(diǎn)所確定，調(diào)整很困難； （ 3) 造成電網(wǎng)的短路才能進(jìn)行試驗(yàn)，對電網(wǎng)有損害； （ 4） 試驗(yàn)時間和次數(shù)受到限制；準(zhǔn)備試驗(yàn)太費(fèi)時間。 所以，網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)有很大的局限性。 4、為 克服上述缺點(diǎn) ，可 建立 專供試驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)站 。 （ 1）其原理接線如 圖 13-2所示。 圖中 變壓器 B用來 改變試驗(yàn)電壓 ，在需要時接入； 電抗器 DK和 電阻 R用以 調(diào)節(jié)試驗(yàn)時的短路電流及功率因數(shù) ；

14、C0用以 調(diào)節(jié)瞬態(tài)恢復(fù)電壓的特性 。 （ 2）若 只 進(jìn)行 “ 單分試驗(yàn) ” ，可先使 被試斷路器 DLbs和 后備斷路器 DLhb閉 合 ，再 接通合閘開關(guān) DLh，使線路中產(chǎn)生需要的 短路電流 ，然后 開斷 DLbs進(jìn)行試 驗(yàn)。如果 DLbs不能開斷，則由后備斷路器 DLhb將短路電流開斷而起保護(hù)作用。 （ 3）若進(jìn)行 “ 合分 ” 試驗(yàn) ，則先將 DLhb和 DLh閉合 ，然后 接通 DLbs，產(chǎn)生 短 路電流 ，并立即使 DLbs自動分閘 開斷電路。同樣，此時若 DLbs試驗(yàn) 失敗 ，也可由 DLhb開斷行路。 我國 已在 北京、沈陽和上海 等地建立了 網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)站 。但是用網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)站做

15、 直接試驗(yàn)時，短路容量仍會受到限制，只有在網(wǎng)絡(luò)合成試驗(yàn)時，試驗(yàn)容量才能 提高。 三、短路發(fā)電機(jī)回路試驗(yàn)： 1. 這是一種采用 巨型三相短路發(fā)電機(jī) 作為試驗(yàn)電源的 短路開斷試驗(yàn) 。 所謂 短路發(fā)電機(jī) 實(shí)際上是 特殊結(jié)構(gòu)的同步發(fā)電機(jī) ，只供 重復(fù)地短時提供 巨大的短路電流 之用。它的電抗特別小，因此能提供的短路電流大，繞組的機(jī) 械強(qiáng)度特別強(qiáng)，因此能經(jīng)受短路電流電動力沖擊的反復(fù)作用。它由一臺普通交 流感應(yīng)電動機(jī)帶動，電動機(jī)功率通常只要求能拖動發(fā)電機(jī)正常空載運(yùn)轉(zhuǎn)即可。 短路發(fā)電機(jī)回路試驗(yàn)的原理接線圖如 圖 13-3所示 。 同樣，試驗(yàn)回路中也可加裝變壓器 B來改變試驗(yàn)電壓。試驗(yàn)電流和功率因 數(shù) Q通過

16、調(diào)整 L和 R完成。 2. 短路發(fā)電機(jī)試驗(yàn) 的 兩種運(yùn)行操作方式 ： （ 1） 突然短路 ： 啟動 電動機(jī)和勵磁機(jī)組，當(dāng) 電動機(jī) 短路發(fā)電機(jī)組 達(dá)到 額定轉(zhuǎn)速 后， 逐漸將 勵磁電流通入短路發(fā)電機(jī) ，使其 電壓達(dá)到要求值 。然后，將 電動機(jī)電 源切除 ，并 接通試驗(yàn)回路 ，執(zhí)行短路開斷試驗(yàn)。 此時靠發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子和飛輪所儲存的動能提供試驗(yàn)?zāi)芰?，以保證試驗(yàn)時 電壓和轉(zhuǎn)速的基本穩(wěn)定 （ 2） 沖擊勵磁 ： 試驗(yàn)前 先將 試驗(yàn)回路與短路發(fā)電機(jī)短接 ，但 不接入勵磁電流 。 當(dāng) 短路發(fā)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速 時，將 電動機(jī)的電源切斷并突然加入勵磁電 流 ，這時發(fā)電機(jī)的 短路電流由零開始急速上升，至一定程度時，

17、被試斷路器 開斷 。 由于 沖擊勵磁電流 可達(dá) 正常勵磁電流值 的 十幾倍 之多，因此在試驗(yàn)回路 開斷后，必須 迅速使勵磁繞組去磁 ， 否則發(fā)電機(jī)端電壓將急速上升而損壞繞 組絕緣 。 這種運(yùn)行方式， 短路電流內(nèi)沒有直流分量 ，因此可以增大發(fā)電機(jī)的短路 容量。 3 等價性：短路發(fā)電機(jī)回路試驗(yàn) 的 等價性好 ，能做 三相試驗(yàn) 。試驗(yàn)裝置 還能進(jìn)行諸如 重合閘試驗(yàn) 、 短時和峰值耐受電流試驗(yàn) 等 其它試驗(yàn)。 4 缺點(diǎn) ： 投資大 ，相當(dāng)于一座不供電的大容量電站設(shè)備； 維護(hù)、操作等 較復(fù)雜 。試驗(yàn)裝置用作直接試驗(yàn)也受到容量的限制，但 可做合成試驗(yàn) 時的 電流 源 。 四、振蕩回路試驗(yàn) 1. 基本原理：

18、 用 小電流 在 較長時間 內(nèi)對 脈沖電容器組充電 ， 儲存能量 ， 然后經(jīng) 電感和被試斷路器放電 ，以在 短時間 內(nèi) 獲得交變的大電流 供進(jìn)行斷路器 開斷能力試驗(yàn)。 2. 高列夫 單頻振蕩回路的 原理接線圖如圖 13-4所示。 2. 分為 充電回路 和 試驗(yàn)回路 兩部分。 先合 充電斷路器 DLc，將 電容器充電 至 Ucm， 打開 DLc，使 充電回路與試驗(yàn)回路脫開 。在 被試斷路器閉合狀態(tài) 時， 接通 DLh，形成 振蕩的放電過程 ，此時 將被試斷路器分閘 ，即可進(jìn)行 開斷能力試驗(yàn) 。 3. 在 忽略回路 中的 電阻和被試斷路器的電弧影響 時，可得出 放電回路 中 電流 i和 電容器上電

19、壓 uc的變化規(guī)律為： 4. 單頻振蕩回路試驗(yàn) ： （ 1）振蕩回路試驗(yàn)中的 波形圖如 圖 13-5所示。只要合適地選擇 L和 C，就 可在放電回路中獲得工頻 50Hz的正弦電 流，而且 回路 中的 正弦電流 i落后 于 電 容上電壓 uc90 相角 。 振蕩回路 中 被試斷路器開斷的電流 相當(dāng)于電網(wǎng)中的 純電感性電流 。當(dāng) 電流 過零 時，電容電壓 uc為最大值 Ucm，相當(dāng) 于開斷瞬間的工頻恢復(fù)電壓值。 （ 2） f0：在 被試斷路器 DLbs上 并接 有 調(diào)頻電容 C0，當(dāng) DLbs電流過零開斷時， 斷路器上將出現(xiàn) 瞬態(tài)恢復(fù)電壓 。 瞬態(tài)恢復(fù)電壓的振蕩頻率 f0為： 調(diào)節(jié) C0的大小就可

20、 改變被試斷路器開斷時的瞬態(tài)恢復(fù)電壓頻率 。如尚需 調(diào)節(jié)瞬態(tài)恢復(fù)電壓的幅值，則可用一電阻與 C0并聯(lián)或串聯(lián)。調(diào)節(jié)此電阻，即 可改變恢復(fù)電壓幅值。 由于 實(shí)際回路 中總 有電阻存在 ，振蕩回路提供的是 衰減振蕩過程 ；再考 慮 電弧電壓的影響 ，實(shí)際衰減就更大。因此， 實(shí)際試驗(yàn)中有效的只是第一個 半波 。 如果被試斷路器在后面幾個半波才開斷 ，則由于損耗的結(jié)果，電源能量 已大大減小，為保證開斷條件， 須備有附加的特殊回路 。 （ 3） 優(yōu)缺點(diǎn) ：設(shè)備簡單，投資費(fèi)用較少，維護(hù)、操作方便，容易做成 合成回路；但不適用于進(jìn)行燃弧時間較長的斷路器的開斷能力試驗(yàn)，且只能 做單相試驗(yàn)。 由于 f0比工頻 5

21、0Hz高得多，因此 C C 0，式（ 13-6）可改寫為： （ 4） 單頻振蕩回路計算 舉例（ 自學(xué)）： 若采用圖 13-4回路對一臺額定電壓 Ur為 10kV，額定（短路）開斷電流 Ike為 20kA的三相斷路器作滿容量開斷試驗(yàn)，試選擇振蕩回路的幾個主要參數(shù)： a電容器充電電壓 Ucm： 由于只能進(jìn)行 單相試驗(yàn) 的 工頻恢復(fù)電壓 應(yīng) 不低于下式 確定的值： U1=1.5 Ur 0.9/3 = 0.78Ur ，式中 Ur： 線電壓 ， 11.5kV。 則 U1 0.78 11.5 8.79kV 可得外施電壓幅值： 若暫 不考慮衰減 的影響，取 Ucm=12.7kV b電容量 C： 試驗(yàn)電流幅值

22、 Im=2I ke，所以 如采用 MY30-19電容器，則至少需用 374臺。 c 電感量 L d 調(diào)頻電容 C0 對于 10kV斷路器進(jìn)行滿容量開斷試驗(yàn)時，其瞬態(tài)恢復(fù)電壓的固有振蕩頻率 f0的規(guī)定值為 5.9KHz，則 五合成試驗(yàn)法的基本思想及基本分類： 1. 合成試驗(yàn)法的基本思想： 將大電流和高電壓先后加在斷路器上進(jìn)行試驗(yàn)，以滿足斷路器開斷過程 中燃弧時的大電流和熄弧后的高電壓的要求。 2. 合成試驗(yàn)回路 ： 采用 兩個獨(dú)立的電源 （即 低電壓、大電流的電流源 和 高電壓、小電流的 電壓源 ）來 代替直接試驗(yàn) 時的一個 高電壓、大電流電源 ，兩個電源按需要先 后加在被試斷路器上進(jìn)行開斷能力

23、試驗(yàn)。 合成回路的 電流源 可以是 網(wǎng)絡(luò)、短路發(fā)電機(jī) 和 單頻振蕩回路 裝置中的 任 一種 ，而 電壓源 一般均采用 振蕩回路 。 由于每個電源的容量都較小，從而可以用較小的設(shè)備獲得較大的試驗(yàn)容 量，其投資費(fèi)用比同樣試驗(yàn)容量的直接試驗(yàn)設(shè)備實(shí)小得多。 3. 等價性：很好 ，已 得到公認(rèn)，為發(fā)展超高壓大容量斷路器提供了有利 條件，但尚只能進(jìn)行單相試驗(yàn)。用合成試驗(yàn)法進(jìn)行斷路器型式試驗(yàn)已被國際 電工委員會認(rèn)可而列入 IEC標(biāo)準(zhǔn)中。 4. 合成網(wǎng)絡(luò) 試驗(yàn)裝臵 的 種類： 有 電壓引入回路 和 電流引入回路 兩大類。 （ l） 電壓引入回路：電壓源 在 電弧電流過零后 才 加到弧隙 上，因此電 流源供給過

24、零前的大電流和剛過零后很短時間內(nèi)的恢復(fù)電壓，然后由電壓源 提供高的恢復(fù)電壓。 （ 2 電流引入回路： a 電壓源 在 電弧電流過零前一段時間加到弧隙 上，因此電壓源也要提供 一定數(shù)量的電流，與電流源的大電流疊加，而過零后，完全由電壓源提供恢 復(fù)電壓。 一般認(rèn)為，只有在電流過零前就在弧隙上加上電壓源，才能保證試驗(yàn)與 實(shí)際開斷情況基本一致。因此， 電流引入回路的試驗(yàn)等價性要好得多 。 b 威爾合成回路：電流引入回路 的一種，其原理接線圖如 圖 13-7所示。 它由 短路發(fā)電機(jī) F和 變壓器 B作為 電流源 ，而用 振蕩回路 作為 電壓源 。 試驗(yàn)時， DLf與 DLbs都處于閉合位置，接通 DLh

25、后，就有短路電流 i1通過 DLf和 DLbs。 DLh接通后隨即讓 DLf與 DLbs分?jǐn)?，產(chǎn)生電弧。在電流過零前某一時 刻（一般為幾百微秒）時使球隙 G點(diǎn)火，于是預(yù)先已充到相應(yīng)試驗(yàn)電壓的電容 器 Cu通過球隙和電抗器 DKu向 DLbs放電，使高壓回路投入工作。 電壓源提供的電流 i2也通過 DLbs弧隙，于是 DLbs中流過的電流為 i1+i2，波 形見圖 13-8。由于流過 DLf中的電流 i1比流過 DLbs中的電流（ i1+i2）要先過零， DLf中的電弧就先熄滅，使電流源與被試斷路器 DLbs及電壓源脫離，免受高電 壓的的危害。從圖中可以看到，由于電流 i2的引入，使流過 DLb

26、s的電流發(fā)生了 畸變。但是只要畸變不大，并且畸變區(qū)域離電流過零點(diǎn)較遠(yuǎn)，可以認(rèn)為不影 響試驗(yàn)的等價性。在 bc段時間內(nèi)（通常為 50 300 s）， 只有電流 i2流過 DLbs 中的電流過零，電弧熄滅?；謴?fù)電壓就立即加在斷路器的弧隙兩端。 R0、 C0用 來調(diào)節(jié)瞬態(tài)恢復(fù)電壓的參數(shù)。 5. 合成試驗(yàn)法 是一種 間接試驗(yàn)方法 ，它除了必須合適地選擇回路參數(shù) 以滿足開斷條件外，尚需保證與相同開斷條件下的直接試驗(yàn)方法等價。 保證合成回路等價性的要求在 IEC號 427號出版物中作了詳細(xì)的規(guī)定。 現(xiàn)就 電流引入回路 的 幾個主要要求 說明如下： （ 1）電流源必須提供所需要的試驗(yàn)電流，其電弧能量應(yīng)與等價

27、的直接試 驗(yàn)相同。燃弧時間內(nèi)釋放的電弧能量取決于電弧電壓及電流。當(dāng)斷價器開斷電 流時，電流總有些畸變，幅值和半波持續(xù)時間要相應(yīng)減小，畸變的大小取決于 電弧電壓與回路電壓之比。 在 直接試驗(yàn) 時，不需考慮斷路器電弧電壓在減小電流幅值及半波持續(xù)時 間（與預(yù)期電流相比較）方面的影響，因?yàn)檫@一影響是斷路器的一種性質(zhì)。 在 合成試驗(yàn) 中，由于工頻電流回路的電壓較低，以及由輔助斷路器和被 試斷路器相加的總電弧電壓較高，電弧電壓對工頻回路電壓之比增大，對電流 的影響就更顯著。 因此，為了 避免合成試驗(yàn) 中 加于斷路器的開斷電流畸變到不 可接受的程度 ，用 開斷電流 的 兩個特性值（幅值和半波持續(xù)時間）的誤差

28、 來 確 定可允許的最大影， 即要求 開斷電流的幅值和電流半波持續(xù)時間的誤差小于 10%。為滿足這一要求電流源的電壓不能太低，其 電壓幅值至少應(yīng)為電弧電壓 的 1015倍 。 （ 2） 在 直流試驗(yàn) 中， 瞬態(tài)恢復(fù)電壓與工頻恢復(fù)電壓是連續(xù)的 。 在合成試驗(yàn)中恢復(fù)電壓或由電壓回路直接供給或與工頻電流回路串聯(lián)后 供給。這時給出的是一直流電壓或一交流和直流組合起來的電壓，或一交流電 壓，由于電壓源的能量有限，大部分情況下是衰減的，但恢復(fù)電壓至少要維持 0.1s。 （ 3）從 被試電器電弧電壓示波圖 來確定 電孤電壓顯著變化階段 。 此階段決定了試驗(yàn)可采用的引入電流的最高頻率 f2max。這是因?yàn)殡娀?/p>

29、電壓 顯著變化階段必須比電弧單獨(dú)由引入電流供給的時間短。為做到這一點(diǎn)，與 f2max相當(dāng)?shù)闹芷谥辽賾?yīng)是電弧電壓顯著變化階段的 4倍。 引入電流的頻率 f2不應(yīng)大于 f2max，但又應(yīng)足夠高，以防止在燃弧階段因引 入電流和工頻短路電流疊加而引起過度的電流畸變。而且人還應(yīng)足夠低于瞬態(tài) 恢復(fù)電壓的基頻，使回路易于調(diào)整。通用的引入電流頻率 f2為 250Hz到 1000Hz。 （ 4）為了保證過零前后電弧的物理過程相同，在投入電壓源后，被試斷路 器 DLbs中電流過零時的變化率應(yīng)與規(guī)定的預(yù)期電流過零時的 di/dt相等。根據(jù) 這一條件，電流源與電壓源的電流間的關(guān)系應(yīng)由下式?jīng)Q定： 第四節(jié) 機(jī)械特性試驗(yàn)

30、一、機(jī)械特性試驗(yàn)的重要性 1. 意義 ： 提高產(chǎn)品的機(jī)械性能 ， 加強(qiáng)對斷路器的維護(hù) ，這對系統(tǒng)的安 全運(yùn)行有著非常重要的 意義 。 2. 機(jī)械性能： 包括 各部件的強(qiáng)度 、 機(jī)械操作的正確與靈活 、 運(yùn)動特性是否滿足要求 等， 都直接影響到斷路器的性能和工作可靠性。 它不僅是 斷路器型式試驗(yàn)的主要項(xiàng)目 ，而且其中的 機(jī)械操作試驗(yàn)、運(yùn)動 特性試驗(yàn) 等還列入出廠試驗(yàn)項(xiàng)目和斷路器的預(yù)防性試驗(yàn)中。 （ 1） 機(jī)械操作試驗(yàn)： 一般要求產(chǎn)品在操作電壓、氣壓或液壓的最高、最低額定值，以及在最 高工作氣壓（或液壓）和最低操作電壓組合的情況下，能正確可靠地按規(guī)定 的次數(shù)連續(xù)進(jìn)行合閘、分閘和自動重合閘操作。在型

31、式試驗(yàn)中還要進(jìn)行機(jī)械 壽命試驗(yàn)，按規(guī)定完成操作次數(shù)，試驗(yàn)后不應(yīng)引起任何妨礙其正常工作的損 壞，但允許作少量的修整。 而在出廠試驗(yàn)和運(yùn)行中只是檢查產(chǎn)品安裝調(diào)整得正確與否及操作是否靈 活可靠，通常以連續(xù)操作若干次不出現(xiàn)異常情況即認(rèn)為合格。 （ 2） 運(yùn)動特性試驗(yàn) 運(yùn)動特性 常用 動觸頭運(yùn)動速度 和 動作時間 來表示，其中， 重要參數(shù) 是： 剛分速度、剛合速度、最大分閘速度、分閘時間、自動重合閘無電流間 隔時間 以及 金屬短接時間 等。 . 斷路器分閘時的速度 行程特性 （ 速度特性 ）中，速度應(yīng)是動觸 頭在各個位置時的瞬時速度。但是要準(zhǔn)確測出各點(diǎn)的瞬時速度有一定的困難。 一般要從動觸頭運(yùn)動的時間特

32、性（即 時間 行程特性 ）計算出速度特性， 因此就與測量和計算的精度有關(guān)。速度特性中各點(diǎn)的速度雖指瞬時速度，但 測量中往往是以某一小區(qū)段內(nèi)的平均速度來代替，區(qū)段取得越小則越接近瞬 時值。 剛分（或剛合）速度 的確定，一般采用剛分點(diǎn)后（或剛分點(diǎn)前） 0.01s內(nèi)的平均速度來表示剛分（或剛合）速度。 運(yùn)動特性測量方法： a 電磁振蕩法測速度特性 :圖 13-9示出電磁振蕩器測速原理圖。 它的主體是一個 交流電磁鐵 ，在 街鐵 上裝有 振動記錄筆 。當(dāng)通以 50Hz交流電 時， 銜鐵 以 每秒 100次的頻率振動 ，使 振動筆 在 運(yùn)動紙板 上繪出 振蕩周期為 0.01s的波 形 。紙板上波形的總長

33、度，就是觸頭的總行程。 由于運(yùn)動速度不同，各波峰之間的距離不相同，波形有疏有密。只要量 得 兩波峰之間的距離 hi（ cm），就可得出 該區(qū)段內(nèi)的平均速度 ： Vi= hi /0.01（ cm/s） = hi （ m/s） 根據(jù) 觸頭行程 和 所對應(yīng)的時間 ，就可算出 各段的平均速度 ，然后繪出 v=f（ h） 的 速度特性曲線 。 這種方法十分簡便，立即可看出觸頭運(yùn)動的全過程，在出廠試驗(yàn)和運(yùn)行 現(xiàn)場廣泛采用。 但是它的測量誤差大，對運(yùn)動速度很高的產(chǎn)品不宜采用。 （ 2） 行程記錄器 示波器法測運(yùn)動特性 : 圖 13-10示出該方法的測量 原理和線路圖。 行程記錄器 包括 行程板 和 滑動觸頭

34、 兩部分。 行程板 由厚度相等的 絕緣片與導(dǎo)電 片 相間疊裝而成， 滑動觸頭與導(dǎo)電桿 （或 操作桿 ）相連接。當(dāng)串聯(lián)電阻 R1 R2 R3，且 滑動觸頭與行程板的導(dǎo)電片逐片接觸 時，就能在示波圖上 記錄下依次改變振 幅的波形圖 。同樣，也可由此而求得斷路器的運(yùn)動特性。 這種方法 可記錄多種訊號 ，能比較準(zhǔn)確地把多種參數(shù)的變化過程同時記錄 于一張示波圖上（見 圖 13-10， b），便于分析比較。但 當(dāng)速度很高時，行程測 量板上滑動觸頭的接觸點(diǎn)容易產(chǎn)生彈跳 ，使 波形失真 ， 誤差增大 。 （ 3）電秒表測動作時間 電秒表 或 周波積算器 是一種 測量通電時間 的儀表。接通時它就開始計數(shù)， 直到

35、斷電為止。它最小的記時單位為 一個工頻周波，即 0.02s。測量 斷路器 的 分閘時間 、 合閘時間 以及 各斷口之間的不同期性 等均可采用 電秒表法 。此法 簡 單，便于在運(yùn)行現(xiàn)場采用 。 其 測定動作時間 的原理 如 圖 13-11所示。 其中同步接點(diǎn) K應(yīng) 與操作訊號同時投入， DL即為斷路器觸頭。 （ 4）微分式斷路器測速儀 a 用一根電阻絲，兩端接上直流電源，與斷路器動觸頭相連的一滑動觸 點(diǎn)可在電阻絲上滑動，那么當(dāng)斷路器分（合）閘操作時，動觸頭帶動滑動觸點(diǎn) 在電阻絲上移動，用示波器錄下電阻絲一端與滑動接點(diǎn)之間的電壓，即得到 v=f（ t） 的 時間特性曲線 。這是將電阻絲上均勻分布的

36、電壓用來模擬行程， 如 圖 13-12曲線 1所示。因?yàn)樗俣?v=dh/dt，就是曲線 l上各點(diǎn)的斜率。因此，對 曲線 1上各點(diǎn)求微分，就可得到運(yùn)動過程中各點(diǎn)的瞬時速度與時間的關(guān)系曲線 v=f（ t），如 圖 13-12曲線 2。由于所獲得的信號是一個 電壓信號 ，只要將該 信 號 經(jīng)過 RC微分電路 進(jìn)行 變換 ，即可 直接得到速度隨時間變化的關(guān)系 。 b 微分測速儀就是利用 上述原理 ， 從 電阻采樣 ，獲得行程隨時間變化的電 壓信號，經(jīng)過 微分電路變換 ，再 放大 ， 來得到 v=f（ t）的關(guān)系 ，由示波器記錄。 所測速度的數(shù)值，可根據(jù)用 定標(biāo)裝臵 錄 取的 標(biāo)準(zhǔn)波形 ， 直接從示波圖

37、上讀得 。 微分測速儀可分為 采樣構(gòu)架 、 定標(biāo)裝臵 、 微分放大器 和 電源四個部分 。 c 圖 13-13為用微分測速儀實(shí)測的 斷路器 分閘時 的 關(guān)系曲線 ，曲線 1是斷路 器分閘時行程與時間的關(guān)系；曲線 2為速 度與時間的關(guān)系；曲線 3為觸頭分閘信號； 曲線 4為分閘線圈電流波形。其測量結(jié)果 比較直觀，而且很容易獲得觸頭剛分離 時的速度。 第五節(jié) 溫升試驗(yàn) 溫升試驗(yàn)的目的 是研究和驗(yàn)證高壓電器各部分的發(fā)熱情況，它是高壓電 器型式試驗(yàn)之一。除適用于斷路器外，同樣適用于其他高壓電器。 高壓電器 在 正常運(yùn)行 情況下，其 任何部分 的 溫升不得超過規(guī)定的允許極 限值 。該數(shù)值由 國家標(biāo)準(zhǔn) G

38、B763-74給出。 一、溫升的測量 l 線圈溫升 的測量 一般應(yīng)采用 電阻法 測量。僅當(dāng)電阻法不能使用時，才考慮使用其他方法。 電器線圈內(nèi)部溫度的分布沿徑向是不均勻的，其最高溫度點(diǎn)在線圈內(nèi)部。 測量表面溫度的方法不能真實(shí)反映線圈內(nèi)部的溫度。而用電阻變化法測量得 到的是線圈平均溫升，也只能間接反映線圈內(nèi)部的發(fā)熱情況。 （ 1）用 電阻法 求 線圈平均溫升 的 求法 ： 金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度變化，即 R=R0（ 1+a） 式中 R 溫度為 0時線圈的電阻（ ）； R0 0 時的線圈電阻（ ）； a 0 時導(dǎo)線材料的電阻溫度系數(shù)（ 1/ ）。對于紫銅為 1/234.5，對鋁為 1/245。 設(shè)周圍

39、空氣溫度為 01時，測得線圈冷態(tài)電阻為 R1；線圖通電發(fā)熱 至溫度 2時，測得線圈熱態(tài)電阻 R2，分別代入式（ 13-9），并求解可得： R2-R1/R1= 2 01/（ 1/a+ 01 ） 整理后 2 = R2-R1/R1（ 1/a+ 01 ） + 01 （ ） 如果測熱態(tài)電阻時周圍空氣溫度變成 02，則線圈溫升用下式計算 顯然，只需測得 R1、 R2和 01、 02，即可算出線圈的平均溫升。線圈的電 阻常用單臂電橋或雙臂電橋來測量。 2 電器零部件表面溫升 的 測量： 對除線圈外的電器零部件不同部位的溫度應(yīng)使用合適的溫度計或熱電偶， 放在最熱的能測到的部位上進(jìn)行測量。 用 溫度計 或 熱電

40、偶 進(jìn)行測量時，應(yīng)注意下列事項(xiàng)： （ l）溫度計或熱電偶的球泡應(yīng)予保護(hù)（用干而清潔的毛織品等進(jìn)行保 護(hù)），以防散熱。而受保護(hù)的面積與受試電器的散熱面積相比可以忽略。 （ 2）應(yīng)確保溫度計或熱電偶與被測部件表面之間具有良好導(dǎo)熱性。當(dāng)球 泡溫度計放在 有交變磁場的受測點(diǎn) 時，應(yīng)使用 酒精溫度計 。 實(shí)際測量中，除個別處用溫度計測量外， 一般用熱電偶法來測量 。當(dāng)熱電 偶的熱端與冷端存在溫度差時，就會在熱電偶的回路中產(chǎn)生熱電勢，它是熱 端與冷端溫度的函數(shù)。當(dāng)保持冷端溫度不變，則所產(chǎn)生的熱電勢就僅是熱端 溫度的函數(shù)。這就是熱電偶測溫的基本原理。利用熱電偶，就把溫度的測量 轉(zhuǎn)變?yōu)闊犭妱莸臏y量。為了減少測

41、量中的誤差，一般熱電勢可采用直流電位 差計來測得。 電器溫升試驗(yàn)常用線徑為 0.2 0.5mm的康銅線和絕緣銅線組成熱電偶 。 銅一康銅 測溫范圍 在 300 以內(nèi) 。 一個電器產(chǎn)品作溫升試驗(yàn)時，往往需要很多支熱電偶同時測量許多點(diǎn)的溫 變，通常用一只開關(guān)轉(zhuǎn)換箱接到熱電偶測量線路中，以便用一臺電位差計迅 速地分別測量各點(diǎn)的熱電勢。 常用的熱電偶測溫線路 有 兩種 ：一種是 冷端放于空氣中 ，把熱電偶的銅絲 和康銅絲的兩個端頭接到電位差計的測量端，如圖 13-14（ a）的接線。若冷 端的溫度即為周圍空氣溫度，測出熱電勢見后，直接可算得被試點(diǎn)的溫升： = KE1 （ ） （ 13-12） 式中 E

42、1 測得的熱電勢（ mV）； K 熱電偶常數(shù)，對于銅 康銅， K 25.1 25.4/mV 。 另一種測溫線路如圖 13-14（ b）所示 ，在 熱電偶線路 中再 反接串聯(lián)一個相 同的熱電偶 ，該熱電偶的 焊接點(diǎn)作為冷端放于 O 的冰水混合物 中，此時用 電 位差計 測得 熱電勢 El后，先按式（ 13-12）計算出被試點(diǎn)的溫度，再減去周圍空 氣溫度即可，得到被試點(diǎn)溫升。系數(shù) K嚴(yán)格地說并不是常數(shù)，因此常采用 熱電 偶 的 熱電勢 溫度校正曲線 ，測得熱電勢后，從校正曲線上去求得精確的測 量值。 二、溫升試驗(yàn)方法 1. 進(jìn)行溫升試驗(yàn)時，斷路器均應(yīng)按近似 正常運(yùn)行的情況進(jìn)行安裝 ，且應(yīng) 防止外來

43、的不應(yīng)有的加熱或冷卻 。試驗(yàn)應(yīng)選擇在發(fā)熱最嚴(yán)重的工作狀態(tài)下進(jìn) 行。對特大型電器，可在降低對地絕緣高度的情況下進(jìn)行試驗(yàn)。 2. 試驗(yàn)時通過電器的電流應(yīng)為電器的額定電流 。除 直流線圈 外，斷路器 應(yīng)在 額定頻率 下進(jìn)行試驗(yàn)，頻率容許誤差應(yīng)在 +20和 -5以內(nèi)。 試驗(yàn)電流 應(yīng) 接近 正弦波 。試驗(yàn)時的 周圍空氣溫度 應(yīng)在 +10 +40 之內(nèi)。 3. 斷路器主回路兩端的連接線應(yīng)該考慮到不會從斷路器上散走或向斷路 器傳入不正常的熱量 。 GB763-74規(guī)定連接導(dǎo)線為水平平放，長度均應(yīng)大于 2m， 并對試驗(yàn)時所用的各種連接導(dǎo)線截面也作了相應(yīng)的規(guī)定。 4. 除斷續(xù)工作的線圈外 ， 每次試驗(yàn)的時間應(yīng)足

44、以使溫升達(dá)到恒定的數(shù) 值。 GB763-74中規(guī)定當(dāng) 三小時內(nèi)溫度變化不超過 2 即認(rèn)為溫升達(dá)到穩(wěn)定 ， 而 IEC標(biāo)準(zhǔn) 中認(rèn)為 每小時的溫升增高不超過 1 時即可。 思考題與習(xí)題 1三相斷路器作單相開斷試驗(yàn)時，為 什么要考慮首開相系數(shù)的影響？如何選擇首 開相系數(shù)的數(shù)值？ 2. 斷路器開斷能力試驗(yàn)中，滿足試驗(yàn) 條件與符合“等價性”在概念上有什么區(qū)別？ 3試比較網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)、短路發(fā)電機(jī)回路 試驗(yàn)、振蕩回路試驗(yàn)及合成回路試驗(yàn)的優(yōu)缺 點(diǎn)。 4合成回路試驗(yàn)的根據(jù)是什么？試說 明電流源與電壓源各自的特點(diǎn)，以及總設(shè)備 容量減小的原因。 5合成回路中電壓引入回路與電流引 入回路的區(qū)別與特點(diǎn)是什么？為保證合成回 路試驗(yàn)的等價性，哪些主要的要求必須滿足？ 44 本 章 結(jié) 束 請繼續(xù)學(xué)習(xí)下一章！