低压电流互感器（精选8篇）
低压电流互感器 篇1
1 电流互感器的选择
(1) 电流互感器的二次负荷S2或Z2取不同值时, 其准确度也不同。即电流互感器准确度级与其相对应的额定二次负荷Z2N (Ω) 或额定容量S2N (VA) 有关。这里, Z2N和S2N有如下关系:
例如, 某电流互感器, 当二次负荷在30 VA以内时, 其准确度为0.5级;二次负荷在30～60 VA时, 其准确度为1级。电流互感器在选定的准确度下工作, 必须满足
(2) 通常用于电能计量时采用0.5级的电流互感器。当电流互感器的一次电流比额定值小得多时, 误差较大。一次电流逐渐增大到额定电流的100%～120%时, 误差减小。如果一次电流继续增大, 数倍于其额定电流时, 由于电流互感器磁路的饱和, 其误差值迅速增大。笔者建议, 低压电流互感器在0.5级准确度时, 原绕组工作电流以控制在其额定电流的50%～120%为宜。
3 电流互感器的运行
(1) 电流互感器的额定二次电流通常为5 A, 电流互感器的一次绕组和二次绕组之间没有电的联系。因此, 它能很可靠地将电能计量表计与装置的一次侧电压隔离, 电流互感器的二次侧电压正常情况下, 一般只有几十伏, 这样就保证了作业人员的人身安全。
(2) 当一次绕组和二次绕组之间的绝缘被击穿, 一次绕组电路上的电压加到二次绕组的电路上时, 将威胁作业人员的人身安全, 并能击穿二次回路中任何元件的对地绝缘。所以必须将电流互感器的二次绕组接地, 预防高压窜入二次电路中。
(3) 运行中的电流互感器二次回路不允许开路。因为开路的二次绕组内将感应出很高的电势, 其峰值可达到数千伏, 甚至更高, 这对工作人员, 对仪表、继电器以及连接线和电缆的绝缘都是极其危险的。
低压电流互感器 篇2
摘 要：针对输入电压较低且工作电流较大的直流电机驱动控制场合，设计了一种低压大电流H桥直流电机驱动器.驱动器采用VNH3ASP30的H桥电机驱动芯片，依据调压调速理论，通过TL494产生一路占空比可调的PWM脉冲来控制电机的运行速度，并运用TL494内部集成的运放构成电流截止负反馈来限制驱动器的输出电流，考虑到运行状况的需要，设计了双边延单稳态触发器启动延时可调电路.实验表明，该驱动器具有工作电压低，输出电流大（最大可达30A），调速方便，电机启动延时（0-lOs）可调等特点，并且省去了软件设计，降低了控制难度，减少了成本，
关键词：直流电机；VNH3ASP30；H桥驱动；占空比；启动延时
DOI：1O.15938/j.jhust.2015.02.009
中图分类号：TM33
文献标志码：A
文章编号：1007-2683（2015）02-0048-05
0 引 言
随着电机拖动行业中小型机械系统的发展，直流电机控制系统的运用越来越广一泛，H桥直流电机驱动电路由于其可以方便地实现直流电机的四象限运行，因此在直流电机控制中受到广泛的应用但针对电源电压较低输出电流较大的直流电机控制场合一直存在以下问题使大电流直流电机驱动控制系统效果不够理想，由于分立器件组成的H桥电路各元件的特性不同，导致驱动特性具有一定离散性，此外，由于功率管的导通电阻较大，因此功耗很大导致需要大功率的散热片，就使驱动器体积变大.为此，许多公司生产了集成的电机驱动芯片，如美国国家半导体公司（NS）推出的H桥电机驱动芯片LMD18200，其工作电压高达55V，峰值输出电流高达6A.虽然该芯片也具有驱动简单，控制效果好，但由于其输出电流较小，因此不能用于中型直流电机驱动系统中.
针对上述问题，本文选用了专用直流电机驱动集成芯片VNH3ASP30，该芯片就是一款输入电压低于40V，输出电流有效值可达30A左右的电机驱动芯片，该芯片内部集成了欠压、过压、过热、短路保护接地损耗等保护电路.可以实时对电机驱动器运行状态进行监测，确保直流电机驱动器处于安全运行状态，该芯片内部集成输出电流互感器，在接地电阻为规定值时，可以发出与输出电流成一定比例的感应电流，因此利用其电流互感功能设计了电流截止负反馈电路，对电机启动停止可能导致的输出电流过大进行了限流保护，本文利用TI494产生一路占空比可调的PWM脉冲与该H桥电机驱动芯片VNH3ASP30相互配合来驱动直流电机，并实现电机平稳的调速，为了满足电机拖动行业一些中小型机械系统的应用，对芯片VNH3ASP30方向引脚进行配置，设计开关延时电路，通过配置5V的逻辑电平就可使其平稳的工作在四象限.
1 基于PWM的H桥直流电机驱动器的设计
对于直流电机而言，其速度控制方法有三种，电枢串阻调速、电枢调压调速、弱磁调速，电枢串阻调速只能实脱有级调速，导致速度变化不够平滑；弱磁速虽然调速效果较好，但其工作在恒功率区，调速范围有限；只有调压调速既能实现无级调速，又能在负载变化时‘使速度有较好的稳定性，电损耗小，因此在直流调速系统中均以电枢调压调速为主，本设计采用占空比可调的PWM脉冲来实现直流电机的速度调节，其原理是改变其平均电压的大小来实现变压调速.
1.1 H桥驱动芯片VNH3ASP30性能及驱动电路
本设计选用的是H桥直流电机驱动集成芯片VNH3ASP30，该芯片在低压大电流H桥直流电机驱动控制中得到了广泛应用，其具有以下性能特点：①电源电压40V，最大电流30A；②内部集成MOS管导通电阻42mΩ③具有过压、欠压保护电路，即输入电压在5.5V，40V范围外自动关断VNH3ASP30输出；④该芯片还具有过流、过热、短路自动保护功能；⑤芯片内部集成电流互感器，接地电阻为700Ω时，感应电流比例为1：4700⑥可执行PWM波频率高达20kHz，驱动电路设计如图1.
由图1可知，该芯片内部有两路输出和地线，可以同时驱动两组直流电机，本设计为了加大驱动能力将其并联.图中INA和INB为方向控制引脚，向其输入5V逻辑电平，通过芯片内部的逻辑选择模块来驱动上下桥臂的开通和关断，两个引脚同时输入高电平或同时输入低电平则电机处于电磁制动状态，当两个引脚电平不同时可实现正反转运行，其运行速度由图中PWM引脚输入的占空比可调的PWM脉冲决定，采用TL494芯片生成同定频率占空比可调的PWM脉冲来控制电机运行速度，该芯片ENA和ENB引脚具有桥臂使能功能（高电平有效），中这两个引脚用来控制电机启动和停止，同时ENA和ENB两个引脚对芯片VNH3ASP30内部H桥电路有检测功能，当检测到故障（过压、过流、短路等）时，故障引线就会被闭锁，只有输入信弓.从低电平升到高电平时，H桥才能正常工作.CS引脚是芯片内部输出电流互感器的电流输出引脚，该引脚在接入电阻为700Ω时，互感电流与输出电流的比例为1：4700，对于电机控制电流反馈提供了很大方便.
TI494是固定频率的脉冲宽度可调的PWM脉冲发生芯片，其内部结构图如图2，TL494内部由一个振荡器、两个比较器、两个误差放大器、一个D触发器、一个或门、双与门、双或非门、一个+5v基准电压、两个NPN输出晶体管组成，图2中TI494芯片5、6引脚为RC震荡输入端，震荡频率由5、6脚输入的电容和电阻决定，其频率电容C=O.1μF，电阻R=1kΩ，产生频率约为lOk的锯齿波，该锯齿波同时加给死区时问控制比较器和PWM比较器，在误差放大器输出无效时（低电平），引脚4输入的电压与锯齿波相比较，其比较输出送人PWM比较器，经过四路信号相或后，一方面给D触发器提供时钟信号，另一方面提供给输出控制或非门，该芯片13脚的作用是控制输出模式的，该引脚为高电平时，触发器电路起作用，左侧输出脉冲经D触发器分频后分别送入两个与门来控制两个NPN三极管工作在推挽工作方式，此时两路输出相位差为π，此时PWM脉冲为振荡器频率的一半，其输出最大占空比为50%，若13引脚为低电平时，触发器不起作用，两路输出相同，其频率与振荡频率一样，最大占空比为100%.
本设计就是用TJ494产生占空比可调的PWM脉冲来控制电机的运行速度，其PWM脉冲发生电路如图3.如图可知13引脚接地，由此可知通过P1按入滑动变阻器，控制4脚电压在O-3.3V变化产生l-0的占空比可调的PWM波形，从而达到调速的目的.
为了让调速时避免驱动信号受到干扰，将TI494产生的PWM信号与VNH3SP30的输入控制信号隔离开来，本文选用高速光耦6N173，并将其输出接入CD4070异或门电路，CD4070的供电电源由TL494的内置SV基准电压14引脚提供，将CD4070输出接人VNH3SP30的PWM引脚，该光耦隔离电路不仅反应速度快、具有较短的延时，还能起到很好的隔离作用使该直流电机H桥驱动器运行状态更加稳定.
1.2 H桥直流电机驱动器截流反馈电路的设计
在直流电机启动或堵转时，由于惯性，转速不可能瞬间建立起来，反电势电压几乎为零，若没有限流措施就会导致电机电流会瞬间变大，这样会产生很大的噪声，同时会对电机换向不利，也可能是电子器件损坏，为了防止电机在运行中出现类似问题，本文设计了电流截止负反馈电路，该电路只在电机电流超过一定值时开始调节电流，本截流反馈电路运用图3中TI494内置误差放大器1进行搭建，其原理图如图4.
图4中CS与VNH3ASP30的CS引脚相连，通过二极管D1滤去反向电流，R20为700Ω的采样电阻，在采样电阻为700Ω时，输出电流与感应电流比为4700，由于本设计的限值为25A，所以当电流为25A时CS端电压
二极管导通压降0.7V，所以稳压管稳压取值为3V，本截流反馈输出电压其中，PI调节器的比例放大系数Kp=R6/R5，积分时问常数τ=RsCs；U1、U2分别为运放的输入电压.当电流超过25A时，稳压管击穿，电阻R2，两端电压大于零，输出电压公式PI调节器的输出与TLA94内部三角波进行比较后产生占空比变小的PWM脉冲信号来降低电流.为了防止截流反馈输出累积量过大，还设置了钳位电路以保证其正常工作.
1.3 H桥直流电机驱动器开关延时电路的设计
由于只针对不需要精确速度、位置的电机拖动行业的中小型机械（如车床走刀），以成本低、简单实用为主，其开关延时电路为控制电机正反转切换时产生可调的延时时间，既有利于电机缓冲后再运行，还可以运用在需要一定延时的加工机械上，其开关延时电路图如图5.开关延时电路中P3接人限位开关或者单刀双掷开关来控制电机的正反转，四异或门集成芯片CD4070中一异或门与电容C2、滑动变阻器DWl组成双边沿单稳态触发器.
图5中滑动变阻器的阻值与电容C2的值决定允放电时问.充放电时间计算公式为
本设计中CD4070电源电压Vcc=5V，其阈值电压VTH≈2.5V，所以可知充放电时间几乎相等，图5中INA和INR脚与VNH3SP30中的方向引脚INA、INB相连接，当开关P3的2脚与1脚接触后，CD4070的5脚变为低电平，6脚高电平，CD4070的4脚Y2输出为高电平，由于CD4070的l脚瞬问变为低电平，而2脚与电容连接，电平不能瞬问变低，所以此时1脚Y.输出为高电平，Y1、Y2均与CD4070的l、2脚相连且为高电平，则Y脚输出为低电平，Y脚与VNH3SP30的ENAFNB；相连，所以虽然INAINB低电平单电机不转，当电容C2放电完毕，1、2脚电平均为低电平，Y，输出低电平，此时Y1与Y2经异或门输出Y为高电平，电机正转，反转切换过程也是如此，其延时时间长短可由滑动变阻器DWI阻值来调节.此开关延时电路使该驱动器控制更加简便、适用.
2 实验波形
通过TL494产生PWM脉冲输入到VNH3SP30，两次闭合开关使电机正反转，测到开关延时波形如图6，在输入PWM脉冲占空比分别为50%和75%时对该低压大电流H桥直流驱动器的输出电压以及电枢电流进行了检测，如图7、8.由图7、8对比可以看出占空比越大电流脉动越小，即转矩脉动越小，
3 结 语
低压电流互感器 篇3
4.1 组成
剩余电流动作保护装置主要由检测元件、中间放大环节、操作执行机构和试验装置四部分组成。
4.1.1 检测元件
检测元件为零序电流互感器 (也称漏电电流互感器) , 其作用是把检测到的剩余电流信号或触电电流信号, 变换为中间放大环节可以接收的电压或功率信号, 送到中间放大环节。
4.1.2 中间放大环节
中间放大环节是将微弱的剩余电流信号放大, 按装置不同 (放大部件可采用机械装置或电子装置) 构成电磁式保护器或电子式保护器。
4.1.3 操作执行机构
操作执行机构接收到信号后, 使主开关由闭合位置转换到断开位置, 从而切断电源, 是被保护电路脱离电网的跳闸部件。
4.1.4 试验装置
试验装置由试验按钮和电阻组成。当按下试验按钮后, 人为地产生一额定值的故障信号, 检验剩余电流动作保护装置能否正常动作, 机构是否灵敏可靠。
4.2 电流型剩余电流动作保护装置的工作原理
当线路或电气设备漏电时, 将呈现异常的电流或电压信号, 保护器通过检测、处理这些异常电流或电压信号, 促使执行机构动作, 切断电源。人们把根据故障电流动作的保护器叫电流型剩余电流动作保护器, 根据故障电压动作的保护器叫电压型剩余电流动作保护器。由于电压型剩余电流动作保护器结构复杂, 易受外界干扰, 动作稳定性差, 制造成本高, 现已基本淘汰。目前, 国内外保护器的研究和应用, 均以电流型剩余电流动作保护器为主, 因此, 本讲座只简单介绍电流型剩余电流动作保护器的工作原理。
前边已经提到, 保护器主要包括检测元件 (零序电流互感器) 、中间放大环节 (包括放大器、比较器、脱扣器等) 、操作执行机构 (主开关) 以及试验装置等几个部分。零序电流互感器的结构和变压器类似, 由两个相互绝缘, 绕在同一铁心上的绕组组成。当一次绕组中有剩余电流时, 穿过铁心的磁通相量和不为零, 根据电磁感应原理, 二次绕组就会感应出电动势。
把保护器安装在线路中, 零序电流互感器一次绕组与电网线路连接, 二次绕组与中间环节连接。当线路和用电设备正常运行时, 任意时刻流入零序电流互感器的电流与流出零序电流互感器的电流相等, 即零序电流互感器中各相电流的相量和等于零。一次绕组中没有剩余电流, 二次绕组就不可能有感应电流信号输出, 主开关就处于闭合状态, 电源持续向负载供电。
当发生接地故障, 或设备绝缘损坏、漏电, 或人站在地上触及带电体时, 则在故障点产生分流, 此漏电流经大地、变压器中性点形成回路, 未经过零序电流互感器, 因此导致一次绕组中各相电流的相量和不再为零, 一次绕组中产生剩余电流, 在零序电流互感器的环形铁心中产生磁通, 从而使二次绕组有感应信号输送至放大环节。当这个电流值达到该保护器设定的动作电流值时, 迫使脱扣线圈励磁, 强令主开关跳闸, 切断供电回路。以上是电子式电流型剩余电流动作保护器的工作原理。
电磁式电流型剩余电流动作保护器与电子式电流型剩余电流动作保护器的原理大致相仿, 唯一的区别是电磁式电流型剩余电流动作保护器省去了中间环节。检测元件 (零序电流互感器) 二次侧感应电压信号输出后, 直接加到脱扣器上, 当达到设定的动作值时, 脱扣器就动作, 使主开关断开, 分断主电路。
4.3 剩余电流动作保护装置主要参数
4.3.1 额定剩余动作电流
额定剩余动作电流是指在制造厂规定的条件下, 保证保护装置必须动作的剩余电流值。剩余电流动作保护装置的额定剩余动作电流主要有6, 10, 15, 30, 50, 75, 100, 300, 500, 1 000, 3 000, 5 000, 10 000, 20 000mA等多种规格。
4.3.2 额定剩余不动作电流
在规定的条件下, 保护装置不动作的电流值, 一般为剩余动作电流值的1/2。例如, 剩余动作电流30 m A的保护器装置, 当剩余电流值在15 mA以下时, 保护装置不应动作, 否则因灵敏度太高容易误动作, 降低供电可靠性, 影响用电设备的正常运行。
4.3.3 剩余电流动作保护装置的分断时间
分断时间是指从突然施加剩余动作电流的瞬间起到所有极电弧熄灭瞬间为止所经过的时间。
4.3.4 额定电压、频率
额定电压是指剩余电流动作保护器所装设电网的线电压, 有220, 380 V两种;额定频率为50, 60 Hz两种。若电源频率与保护器频率不相符, 将会影响保护器的动作灵敏度以及其他电气性能。
4.3.5 额定电流
额定电流是其所保护电路允许长期通过的最大电流值。保护器额定电流的大小受两方面的限制, 一是主开关触头的通断容量;二是零序电流互感器的铁心尺寸。保护器的额定电流主要有6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 100, 160, 200, 250, 400 A等多种规格。
4.4 保护器的试验
为确保保护器对线路、用电设备剩余电流保护的可靠性, 对使用中的保护器应定期检测动作的可靠性;安装后正式投入运行前, 应现场模拟试验保护器动作的可靠性;维修更换主要元件后, 要经过规定项目的试验, 看其性能是否符合铭牌指标。对动作不可靠或性能达不到铭牌指标的保护器, 不得安装使用。
4.4.1 运行中保护器的定期试验
对运行中的保护器, 用户每月应对其用试验按钮试验1次;保护器因过电压动作后应试验1次;雷雨季节应增加试验次数;危险场所和临时使用的保护器也应增加试验次数;停用后的保护器使用前做1次试验。试验时, 按下试验按钮, 保护器应迅速跳闸。
4.4.2 保护器安装后的模拟试验
为确保新安装的保护器保护功能准确有效, 正式投入运行前必须进行模拟试验:一是保护器本身的模拟动作试验;二是保护器带负荷的模拟动作试验;三是试验电阻现场接地模拟试验。
(1) 剩余电流动作保护器本身的模拟动作试验。用试验按钮试验3次, 均应正确动作。对具有一次自动重合闸功能的保护器, 还应按照说明书的具体要求, 对其自动重合闸功能进行试验。
(2) 保护器带负荷的模拟动作试验。带负荷分、合交流接触器或开关3次, 不应有误动作。
(3) 外试电阻现场接地模拟试验。外试电阻现场接地模拟试验, 就是用一阻值合适的电阻 (称外试电阻) 模拟单相对地漏电故障, 从而验证保护器是否能够动作跳闸。在分级保护的电路中, 还要验证各级保护是否存在越级动作和误动作。
外试电阻阻值可按下面要求确定。
用于单相电网试验的外试电阻值:
用于三相电网试验的外试电阻值:
式中R——外试电阻阻值, kΩ;
UP——被保护电网的相电压, 一般取220 V;
I△N——保护器的剩余动作电流, mA。
农电工在做外试电阻现场接地模拟试验中, 外试电阻可选择40～60 W的灯泡代替, 或用1 kΩ左右的电阻。
试验方法:把外试电阻和试验按钮动合触头串联后, 两端各接一绝缘电线, 一端与大地连接, 其接地电阻阻值要求与变压器低压侧中性点接地电阻阻值相同。另一端与保护器出线 (负载) 侧的任意相线连接。对于组合式保护器, 必须接在零序电流互感器以下的任一相线上。接好电路后, 按下试验按钮, 按下的时间应约等于保护器额定动作时间, 保护器应可靠动作跳闸。然后把外试电阻的相线连接线依次接到被试电网的其他相线上, 重复以上试验。在以上测试过程中, 整个低压电网应处在运行状态。任何一次试验不得引起上一级剩余电流动作保护装置越级动作和同级其他保护器误动作。
上述方法在现场施工验收时常用, 可这两种方法都不十分可靠。随着电气技术的发展, 我国已生产出能测定剩余电流动作保护器动作电流、动作时间等参数的仪表, 使用这种仪表检测得出的结果将更为可靠和准确。
关于保护器的试验, 最后需要强调两点:一是订货前, 和经维修更换主要元件后, 要进行不动作特性、动作特性、动作时间、极限不动作时间等项目的测试;二是实行分级保护的低压电网, 要对各级剩余电流动作保护器的动作参数整定, 使各级保护器之间额定动作电流和额定动作时间协调配合, 避免越级动作。
5 剩余电流动作断路器
5.1 剩余电流动作断路器的特点用途
剩余电流动作断路器是在断路器的基础上加装剩余电流保护器件而构成的, 因此有剩余电流、短路和过载等保护功能。也有些剩余电流动作断路器是在断路器外加装剩余电流保护附件而组成的。剩余电流动作断路器主要适用于交流50/60 Hz, 额定电压400 V及以下的交流电路中, 当发生人身触电或电网剩余电流超过规定值时, 剩余电流动作断路器能在规定的时间内迅速切断故障电源, 保护人身和设备的安全, 同时还兼有过载和短路保护功能。
5.2 国内常用剩余电流动作断路器种类简介
我国生产的剩余电流动作断路器有90%左右是电子式的, 仅有10%左右是电磁式的。根据用途的不同, 可分为两类:普通用户使用的所谓家用及类似用途的剩余电流动作断路器和专业电工使用的剩余电流动作断路器。其中, 专业电工使用的剩余电流动作断路器主要有剩余电流动作断路器、移动式剩余电流动作断路器等。
5.2.1 家用及类似用途剩余电流动作断路器
(1) 带过电流保护的剩余电流动作断路器。目前国内已大量使用这种保护器, 其主要技术指标为:额定电压220 V或380 V, 额定电流大多为63 A及以下, 有些系列可达到125 A, 额定剩余动作电流多为30 mA及以下, 分断时间不大于0.1 s。带过载和短路保护, 短路分断能力为3, 4, 6, 10 kA。有些产品还带有过电压保护。极数有单极二线、两极、三极和四极等。其中, 近几年研制生产的新型剩余电流动作断路器, 由小型断路器和剩余电流动作保护附件拼装而成, 拼装既可在工厂完成, 也可由电工在现场完成。因此, 特别适合在末端电器、配电箱及城乡居民住宅配电箱中使用。
低压电流互感器 篇4
接保护中性线就是把电器的金属壳体通过连接导线与供电线路系统中的保护中性线可靠地连接起来。这种方式主要用于三相四线制电源中性点直接接地的供电系统。发达国家在这种保护方式中, 装设专用保护中性线, 也就是采用三相五线制供电。随着我国经济的发展, 目前许多经济发达地区也陆续开始采用这种供电方式。采用接保护中性线后, 如果电器的绝缘损坏而碰壳, 由于中性线的电阻很小, 所以短路电流很大 (说明:采用接保护中性线的短路电流比采用保护接地的短路电流大得多) , 立即使电路中的短路保护装置动作, 例如熔丝烧断、断路器自动跳闸, 从而切断电源, 消除触电危险。
2.3隔离变压器法
隔离变压器是用来分割两个回路的变压器。这种变压器一次侧和二次侧绕组之间用经过耐压试验的绝缘隔板隔开, 绝缘隔板是变压器绕组本身绝缘层以外的第二重绝缘。用隔离变压器进行触、漏电保护的原理是:一是隔离变压器二次侧回路不接地, 当人体一处接触隔离变压器二次侧回路上带电体时, 形不成回路, 避免单相触电的发生;二是将二次侧回路端电压控制在安全电压范围之内, 从而达到避免触电的目的。
2.4安全电压法
安全电压也叫安全特低电压, 是指人体较长时间接触而不致发生触电危险的电压, 即人体较长时间接触, 对人体各部位组织器官 (如皮肤、心脏、呼吸器官和神经系统) 不会造成任何损害的电压, 也就是说安全电压不危及人身安全。由于人体电阻值受许多因素影响, 因此, 安全电压值很难确定为一个固定值。对于触电的防护, 均可采用安全电压的供电办法, 即安全电压法。由于安全电压的值很难确定, 也不是一个固定值, 因此, 世界各国对于安全电压的规定不尽相同, 国外有规定为50 V的, 有规定为40 V的, 也有规定为36, 25, 24 V的, 也有的国家设2.5 V一级的安全电压。其中以50 V和25 V者居多。如荷兰和瑞典为24 V;美国为40 V;法国交流为24 V, 直流为50 V;波兰等国为50V。国际电工委员会 (IEC) 规定安全电压限定值为50V, 25 V以下电压可不考虑防止电击的安全措施。我国规定安全电压工频有效值的额定值有42, 36, 24, 12, 6V。安全电压值的具体确定, 应根据用电设备的特点、使用环境、应用条件、操作人员的特点等因素, 具体要求如下。
(1) 家用及类似用途电器、特别危险环境中使用的手持电动工具, 应采用42 V及以下的安全电压。
(2) 有电击危险环境中使用的手持照明灯和局部照明灯, 应采用36 V电压或24 V电压;隧道、人防工程电源电压、机床局部照明灯、一些手提式或携带式电动工具, 以及潮湿场所的电气设备和矿井、多导电粉尘场所的电气设备, 其安全电压应采用36 V。
(3) 室外灯具距地面低于3 m, 室内灯具距地面低于2.4 m时, 应采用36 V安全电压。
(4) 在潮湿和易触及带电体的场所, 电源电压应不大于24 V。
(5) 在金属容器内、特别潮湿处等特别危险环境中使用的手持照明灯, 应采用12 V安全电压。
(6) 水下作业等场所, 应采用6 V安全电压。
(7) 医用电器的安全电压值为24 V, 但对电极探入人体的医疗器械, 必须远远小于24 V。
(8) 装在游泳池、浴池内的电气设备的安全电压值为12 V。
另外, 对提供安全电压的电源和对安全电压回路配置, 国家标准都有明确要求。只有在达到这些要求的前提下, 所提供的电压才是安全电压。安全电压也不是绝对安全, 是有条件的安全, 千万不要以为使用了安全电压就什么也不用管了。其中, 使用超过25 V的电压, 就应有其他防触电措施。
2.5加强绝缘保护法
加强绝缘保护法也叫双重绝缘保护法。就是在带电体原有绝缘层 (基本绝缘) 的基础上, 使电气设备和输电电缆的某些必要的部位增加一层或几层绝缘 (附加绝缘) 。加强绝缘属于Ⅱ类设备的绝缘结构, 包括双重绝缘、加强绝缘及另加总体绝缘等3种绝缘结构形式。双重绝缘指工作绝缘 (基本绝缘) 和保护绝缘 (附加绝缘) 。前者是带电体与不可触及金属件之间的绝缘, 是保证电气设备正常工作和防止电击的基本绝缘。后者是不可触及金属件与可触及金属件之间的绝缘, 是用于工作绝缘损坏后防止电击的独立绝缘。单一的加强绝缘, 应具有上述双重绝缘同等的绝缘水平和机械强度。另加总体绝缘是指若干设备在其本身工作绝缘的基础上, 另外装设的一套防止电击的附加绝缘物。Ⅱ类电器上标有一个特殊的符号, 是一个大写的“回”字。由于具有双重绝缘, 它不会因一层绝缘损坏而发生触电事故, 双重绝缘同时损坏的可能性很小, 由于安全性很高, 所以这类电器配置的电源插头都是两脚式的。
2.6剩余电流动作保护器 (剩余电流断路器) 保护法
剩余电流动作保护器是一种电气安全装置。把剩余电流动作保护器安装在低压电路中, 当其后边的线路、用电器发生漏电或人体发生对地单相触电事故, 且剩余电流达到保护器的动作电流后, 剩余电流动作保护器就立即在限定的时间内动作, 自动断开电源进行保护。目前广泛采用的是将剩余电流判断元件与自动空气断路器组装在一起的剩余电流断路器。这种新型的断路器除具有剩余电流保护功能外, 还具有短路、过载、欠压等多种保护功能。而剩余电流动作保护器一般只具有剩余电流保护功能, 安装剩余电流动作保护器时还应另外安装过流和短路保护装置。
2.7农村低压电网剩余电流保护方法的选择
上述几种剩余电流保护方法各有优缺点, 通过比较它们各自的适用范围、性价比和效果, 结合国家相关规范, 现提出农村低压电网中剩余电流保护选择的方法。
2.7.1保护接地与保护接中性线法
低压电网主要有IT (由相线L1, L2, L3组成, 电源的带电部分不接地或经过阻抗接地, 电气设备的外露导电部分接地) 、TT (由相线L1, L2, L3, 中性线N, 工作接地和保护接地PE组成;工作接地采用变压器的低压侧中性点直接接地;其保护方式是将用电设备的外露导电部分通过独立的接地装置接地, 工作中性线没有保护作用) 、TN (电源中性点直接接地, 电气设备的外露导电部分接地通过保护中性线连接到此接地点的系统) 3种系统。只有IT系统用电设备采取保护接地法能起到触、漏电安全保护, TT系统、TN系统用电设备在采取保护接地法或接保护中性线法的基础上, 配合剩余电流动作保护装置才能起到预防触、漏电的安全保护作用。因IT系统主要用在特别潮湿且三相基本平衡的场所, 所以使用较少。随着我国经济的发展, 目前TT系统只有农村低压用户在使用, 城镇低压用户正逐步由TN-S-C系统, 向TN-S系统过渡, 即低压供电由三相四线制向三相五线制过渡。在TT系统、TN-S-C系统与TN-S系统这些常用低压电网系统中, 如果仅靠保护接地或接保护中性线实现触、漏电保护是非常不可靠的。因为许多情况下, 用电设备金属外壳漏电时, 保护接地或接保护中性线短路电流无法使保护装置动作, 导致用电设备金属外壳长期带电。因此, 这类系统必须引入其他剩余电流保护措施。
2.7.2隔离变压器法与安全电压法
隔离变压器法与安全电压法单独使用, 是目前触、漏电保护成功率较高的方法。这2种方法由于需要附加隔离变压器, 既增加成本, 适用面又窄, 因此, 在我国目前经济水平下, 不可能得到大面积推广。
2.7.3双重绝缘保护法
双重绝缘增加了安全屏障, 因此, 不会因一层绝缘损坏而发生触电事故, 双重绝缘同时损坏的可能性很小, 因此安全性很高。这类电器虽然很安全, 但由于绝缘外壳的机械强度和耐高温性能差, 考虑散热、成本、体积等原因, 只能做成小功率的电器, 一般适合1 kW以下的小功率设备。同时双重绝缘只是强化绝缘, 属于被动避免触、漏电的发生, 万一双重绝缘同时损坏, 发生触电就难以避免。因此, 双重绝缘不能单独完成触、漏电保护, 需要配合其他方法, 才能完整的实现触、漏电保护功能。
2.7.4剩余电流动作保护装置保护法
剩余电流动作保护装置保护法是随着电子技术和自动化技术的发展而发展起来的。由于剩余电流动作保护装置是通过自动检测, 由电子线路将检测到的信号放大, 使保护电器迅速跳闸, 切断被保护线路、电器的电源, 从而实现触、漏电保护的目的。这种保护方法是到目前为止唯一可以控制动作电流大小和保护动作时间长短的方法, 属于专业方法。唯一的缺点是保护成功率略低于隔离变压器法与安全电压法。因此, 剩余电流动作保护装置保护应作为首选方法。但是剩余电流动作保护装置也有保护不到的地方, 例如当人体同时触及负载侧的两条导线时, 由于人体没有对地漏电, 剩余电流动作保护器不能提供安全保护。
2.7.5农村低压电网剩余电流保护方法的选择
目前, 低压电网预防用电设备发生故障性漏电伤人和火灾普遍采用的措施, 是在采取保护接地或接保护中性线的基础上安装剩余电流动作保护器。由于是双重保护, 当一种保护措施失效时, 另一种保护措施作为备用和补充, 而2种保护措施同时失效的可能性不大。所以, 这种保护措施, 可以有效预防低压线路和用电设备漏电伤人和电气火灾事故, 确保使用电器人员的安全。
3剩余电流动作保护装置知识
剩余电流动作保护装置是一种在规定条件下, 当剩余电流达到或超过设定值时能自动断开电路的机械开关电器或组合电器。就其名称而言, 世界各国有不同的叫法。美国人叫“接地故障断路器”;德国人叫“故障电压保护开关”;英国人叫“剩余电流动作断路器”;日本人叫“漏电电流断路器”;法国人叫“差动剩余电流断路器”。在我国, 早期称漏电保护器和漏电保安器, 也有叫触电保安器的, 现一般总称为剩余电流动作保护装置, 根据功能和结构的复杂与简单分类为剩余电流断路器和剩余电流动作保护器。
3.1剩余电流动作保护器发明和发展的历史
低压电流互感器 篇5
目前,现有的低压电流互感器表面裂纹检测方法效率低,且无法在线检测。为此本文提出一种基于机器视觉的互感器外观检测方法,利用互感器表面裂纹的细长线性特征和分叉点,经过图像预处理,将互感器表面图像转换为高对比度的二值图像,突显疑似裂纹区域;圆形度和面积阈值过滤二值图像,将块状和斑点等非裂纹区域剔除,减少运算时间;感兴趣区域(region of interest,ROI)骨架提取,为获得裂纹分叉点,将线性ROI细化成单像素图像;统计骨架图像中的分叉点,根据返回的分叉点个数判断裂纹的存在。
当前采用数字图像处理技术检测缺陷的方法有:卢紫微等人提出分区域多尺度分析法检测路面裂纹,通过支持向量机学习得到裂纹位置[1];Kirschke K R等采用直方图统计分析的方法检测裂纹[2];Gajanan K等提取裂纹特点,将裂纹特点输入到由模糊逻辑和人工神经网络[3]组成的模型中,根据结果判断裂纹。以上文献验证了采用数字图像处理技术检测裂纹的可行性。本文以数字图像处理技术为核心开发一款互感器表面裂纹检测系统。
在Windows操作系统下,基于Visual C++开发平台,应用开源计算机视觉库(open source computer vision library,Open CV)开源库,选用CCD黑白相机获取互感器表面图像,开发了低压电流互感器表面裂纹检测系统。
1 系统设计框架
低压电流互感器表面裂纹检测系统分为系统操作界面、图像采集、检测区域编辑和互感器表面裂纹检测4 个主要部分。系统操作界面采用MFC设计,可降低系统操作难度,实现快速可视化检测;CCD工业相机获取高清晰度灰度图像,为图像预处理提供理想的源图像;检测区域编辑可一次性分割图像,保存分割区域参数,在以后检测过程中读取所需参数达到自动分割图像的目的;获取的互感器表面图像经过图像预处理、圆形度和面积阈值去除非线性区域、ROI骨架提取关键步骤,获取ROI的单像素骨架信息[4];统计骨架图像中的分叉点,若分叉点个数大于0,即符合判定条件,输出检测结果。互感器表面裂纹检测系统框架如图1 所示。
2 互感器表面裂纹检测系统实现
2.1 裂纹特征分析
通过对互感器表面材质和裂纹形成机理的研究发现,互感器封装采用硬塑绝缘材料,表面裂纹主要由硬物撞击、挤压导致,所形成的裂纹呈细长线性状,且具有明显分叉点。而给裂纹检测带来极大困难的划痕则是由尖端物质刮划而成,其线性趋于直线,轨迹没有分叉点。因此本系统利用分叉点排除划痕。获得线性区域的单像素骨架信息,如图2 所示,图2 方框处即为裂纹分叉点,该处中心像素点含有3 个邻域点,其他像素点只有1 个或2 个邻域点,在划痕单像素骨架图像中的像素点也仅含1 个或2 个邻域点,因此可利用此特征将划痕剔除。
2.2 系统实现
裂纹检测流程如图3 所示。具体检测步骤如下:
1) 互感器表面图像的获取。使用CCD相机获取图像,并将获取的图像传输到PC机进行预处理。
2) 检测区域编辑。通过区域编辑将互感器图像分割成若干个检测区域,去除非检测区域,降低运算时间,提高检测效率。互感器是由铜线缠绕而成的中空线圈,灰度图像中互感器面积为208 cm2,而空心线圈部分面积为57.75 cm2。作为非检测区域,通过编辑将空心部分去除,运算时间减少27.8%。
3) 图像预处理。图像预处理分为3 部分:
(a) 采用高斯滤波获取灰度平滑图像,模糊轮廓边缘。裂纹与背景之间的衔接部分像素特征骤变,含有较多噪声,通过对每个像素点的加权平均获取变化平缓的裂纹边缘,提高信噪比。加权平均公式为
其中,f (x,y)表示图像的像素灰度值;g(x,y)表示图像像素3×3 邻域内的灰度平均值。
(b) 边缘提取,为获取裂纹单独的连通域,保留裂纹的线性特征,经过边缘检测将裂纹从背景中独立出来,非裂纹连通域也保留理想的边缘信息。高斯滤波后求取像素点x、y方向的一阶偏导数,获取梯度幅值和梯度方位角,得到裂纹图像的边缘矩阵。
其中,P[i,j]为x方向的一阶偏导数;Q[i,j]为y方向的一阶偏导数;S[i,j]为像素点的像素值;M[i,j]为梯度幅值;θ[i,j]为梯度方位角。
(c) 阈值处理,采用Maximum Entropy算法获取阈值,将灰度图像转化为二值图像。
其中,HA表示区域A的信息熵;pij表示目标、背景、边缘及噪声区域的概率密度。
相应的函数如下:
SmoothImg(IplImage *pSrcImg, IplImage* pDstImg);//图像平滑
CannyImg(IplImage *pSrcImg, IplImage* pDstImg);//边缘检测
ThresholdImg(IplImage* pSrcImg, IplImage* pDstImg, intnThreshold);//阈值处理,二值化图像
4) 利用圆形度和面积阈值去除块状非裂纹区域。在互感器表面裂纹检测过程中块状污垢、斑点图像区域二值化后形成明亮块状斑点,对裂纹的检测造成一定影响,增加算法冗余度。
圆形度公式用来判断线性复杂度,当区域为点或片状区域时圆形度接近1,圆形度越大表明区域线性越复杂。裂纹具有线性变化复杂的特点,故可通过圆形度剔除块状污垢、斑点区域:
其中,P为连通域周长;S为连通域面积;C为圆形度。
另外通过设定面积阈值排除小面积和大面积区域,经过圆形度和面积阈值得到疑似裂纹的线性ROI,实现函数为GetContour(IplImage *pSrcImg,IplImage* pDstImg)。
5) ROI骨架提取。为精确检测到裂纹中分叉点的存在,去除划痕干扰,需得到ROI的单像素骨架信息, 骨架提取采用改进型细化算法(one-pass thinning algorithm,OPTA)[5],通过模板匹配法,将每个像素点与设定的消除模板进行匹配,若匹配成功,则删除该点;若匹配失败,再将该点与设定的保留模板进行匹配,若匹配成功则保留该点,否则删除该点。经过数轮迭代得到由单像素点组成的骨架信息。实现函数为ThinImg(IplImage *pSrcImg)。
6) 裂纹判定。进行分叉点的统计,采用遍历法在整个图像中查询并标记分叉点,最后返回分叉点的个数。标记方法采用8 邻域法,如图4 所示,(i,j)为待标记点,若8 邻域中有3 个点的像素值与其相等,则标记该点。实现函数为GetThinBranches(IplImage* pImg)。
3 实验
为验证该系统,搭建非接触式检测平台,如图5所示,该平台由CCD相机、条形光源和转动托盘组成。
选取含有常规裂纹的互感器图像进行测试。互感器表面裂纹检测系统界面如图6 所示。
调整光源亮度和相机参数至理想状态,拍摄取样,进行检测区域编辑,通过添加检测裂纹编辑框,将拍摄图像中的互感器表面分割开,形成若干块检测区域,分割效果如图7 所示。通过UI的编辑区域保存功能,将当前分割参数记录到.area文件中,在以后运行过程中可快速读取分割参数,实现自动检测功能。
在检测区域编辑完成后即可运行检测系统,进行图像预处理,在图7 中的分割区域1 中检测到疑似裂纹区域,经过图像平滑、边缘提取和阈值处理得到二值图像如图8 所示。
图8 中含有大量明亮斑点和块状非裂纹区域,通过圆形度和面积阈值将非裂纹区域剔除,所采用的圆形度阈值为C,即将圆形度小于C的区域剔除;采用的面积阈值[m,n],即将面积在[m,n]之外的区域剔除,得到的结果如图9 所示。
提取图9 疑似裂纹区域的单像素骨架信息,排除划痕的干扰,并通过区域遍历标记分叉点,根据返回分叉点个数判断裂纹的存在情况。骨架提取结果如图10 所示。分叉点返回值为2,故判定所检测互感器表面含有裂纹。
4 结语
低压电流互感器表面裂纹检测系统充分利用裂纹分叉特性,提取裂纹的骨架,并通过分叉点判断裂纹的存在。经实验验证,该系统实现了非接触式裂纹检测,能够准确检测互感器表面裂纹,提高检测效率,保证了检测质量。系统经过简单的改装优化,即可灵活地嵌入自动化生产线。
摘要：针对现有低压电流互感器表面裂纹检测方法效率低、无法在线检测的问题,开发一款基于Open CV开源库和数字图像处理技术的低压电流互感器表面裂纹检测系统。该系统经过图像分割、二值化互感器表面图像、圆形度和面积阈值剔除块状非裂纹区域、ROI骨架提取一系列图像处理,获取ROI的骨架信息,并通过分叉点判断裂纹的存在。最后搭建非接触式实验平台测试该系统,实验结果表明:该系统能够快速、精准检测低压电流互感器表面裂纹,实现了非接触式在线检测。
关键词：低压电流互感器,图像处理,ROI,分叉点
参考文献
[1]卢紫微,吴成东,陈东岳,等.基于分区域多尺度分析的路面裂缝检测算法[J].东北大学学报:自然科学版,2014,35(5):622-625.
[2]Kirschke K R,Velinsky S.A histogram-based approach for automated pavement-cracks sensing[J].Journal of Transportation Engineering,1992,119(3):700-710.
[3]Gajanan K,Choudhary,Sayan Dey.Crack detection in concrete surfaces using image processing,fuzzy logic,and neural networks[J].International Conference on Advanced Computational Intelligence(ICACI),2012:404-411.
[4]梅园,孙怀江,夏德深.一种基于改进后模板的图像快速细化算法[J].中国图象图形学报,2006,11(9):1306-1311.
限制低压电网短路电流的措施 篇6
1 限制低压电网短路电流的措施
目前在电力系统低压电网中, 用得较多的限制短路电流的方法有:合理选择发电厂和电网的接线方式;采用阻抗较大的变压器和采用限流电抗器;采用微机保护及综合自动化装置等。
1.1 合理选择发电厂和电网的接线方式
通过合理选择发电厂和电网的电气主接线, 可以达到限制短路电流的目的。在降压变电所内, 为了限制中压和低压配电装置中的短路电流, 可采用变压器低压侧分列运行方式。在输电线路中, 也可采用分列运行的方式。在这2种情况下, 由于阻抗大, 可以达到限制短路电流的目的。不过为了提高供电可靠性, 应该加装备用电源自动投入装置。在发电厂内, 减少发电厂母线上电流过度集中, 亦可达到降低发电厂母线处短路电流的目的。对环形供电网, 可将电网解列运行。电网解列可分为经常解列和事故自动解列两种。电网经常解列是将机组和线路分配在不同的母线系统或母线分段上, 并将母线联络断路器或母线分段断路器断开运行, 这样可显著减小短路电流。电网事故自动解列, 是指在正常情况下发电厂的母线联络断路器或分段断路器闭合运行, 当发生短路时由自动装置将母线联络断路器或分段断路器断开, 从而达到限制短路电流的目的。
1.2 选用阻抗较大的变压器或采用限流电抗器
在大容量发电厂中为限制短路电流可采用阻抗较大的变压器或低压侧带分裂绕组的变压器, 在水电厂扩大单元机组上也可采用分裂绕组变压器。为了限制6～10k V配电装置中的短路电流, 可以在母线上装设限流电抗器。限流电抗器只能限制发电机回路、变压器回路、母线上发生短路时的短路电流, 当在配电网络中发生短路时则主要由线路电抗器来限制短路电流。
2 实例介绍
某用户有2台50000kVA, 110/10kV的主变, 经2条110kV线路接入某220kV变电站, 10kV侧接入2台15MW的发电机。
2.1 设备参数
主变参数:#1、2主变为:SZ10-50000/110kV;110±8×1.25%/10.5kV;短路阻抗是Ud=18%。
发电机参数:QF-15-2的余热发电机;额定功率15MW;短路比为0.48;漏磁电抗Xe为11.13%;纵轴同步电抗Xd为232.5%;纵轴瞬变电抗X′d为23.2%;纵轴超瞬变电抗X″d为13.63%;负序电抗X2为16.6%;零序电抗X0为6.41%。
2.2 系统主接线图
系统的主接线图如图1所示。系统的运行方式是:110kV侧一进线运行, 一进线备用, 配置进线备自投装置, 10kV分列运行。
2.3 等值阻抗计算 (110kV母线系统侧等值阻抗为:j0.079)
(1) 变压器等值阻抗折算:Xb=Uk/Se=18/50=j0.036
(2) 发电机等值阻抗折算:Xf=X″d/Se=13.63/15/0.8=j0.8182
(3) 等值阻抗图如图2所示:
(4) 10kV母线等值阻抗为:
2.4 10k V母线最大短路电流计算
10kV母线最大短路电流:Idmax=Ij/X∑。式中Ij为10kV基准电流, 取5500A;X∑为10kV母线Ⅰ段或Ⅱ段总的阻抗, 如上图所示等于j0.284。则Idmax=5500/j0.284=-j19435 (A) 。
3 改造设计
用户因生产需要, 10kV侧再接入4台15MW的余热发电机组, 并改造#2主变, 要求使10kV短路电流控制在20kA左右。改造设计后的系统一次接线方式如图3所示。
3.1 限制10kV母线短路电流的措施
尽量平均分布发电机容量, #2主变采用双分裂主变, 在发电机和10kV母线间串接限流电抗器, 10kV 3段母线分列运行, 加装带负荷联切的备自投装置。
3.2 设备的选取
(1) 限流电抗器的选取:额定电流同发电机额定电流, 取1000A;电抗百分比选≥10%, 额定电压选取10.5kV, 则电抗器的阻抗标幺值≥j0.55。
(2) #2主变选取:考虑分裂绕组的容量必须大于2台余热机组的容量和, 则分裂变的容量选择为64000/3200032000kva, 分裂阻抗≥23%, 则双分裂主变低压侧分裂运行时, 阻抗标幺值为≥j0.36。
3.3 等值阻抗图
改造设计后的系统一次接线方式等值阻抗图如图4所示。由图4可求得10kV母线等值阻抗为j0.267。
3.4 短路电流计算
10kVⅠ、Ⅱ、Ⅲ段母线最大短路电流Idmax=Ij/X∑=5500/j0.267=20599A, 满足了改造设计的要求。
4 结束语
巧用“电流法”查找低压线路短路 篇7
低压台区线路点多、面广、线长，加上用户电气设备及线路相关附属设施，可以说是相当的复杂。而线路短路又是一种常见的故障，查找起来较为麻烦，通常查找的方法是在耐张段或T接处拆跳线查找故障点。这种方法既耗时又费力，且反复的停、送电对线路及设备极其不利，且不安全。笔者从事线路维护工作多年，经过反复琢磨，发现使用电流法查找低压线路短路故障点，可起到事半功倍的效果。
以L2和L3两根相线之间的短路故障查找为例。在台区控制柜内用试验剩余电流断路器的办法找出两相短路的相线，断开剩余电流断路器后分别松开剩余电流断路器的出线侧四根线，找一个1 kW左右的用电设备，在剩余电流相相线回路中，从剩余电流断路器出线侧任取一相电源给该回路供电(如图1所示)，通电后被短路电路中就形成回路通过电流。此时可用钳形电流表测量线路中有无电流的方法，按照主电流的流向逐级查有无电流的分界点，就可找到线路的短路点。
低压线路中相线与中性线发生短路的机会是最多的，按照上面介绍的方法，如图2所示，L3与中性线短路故障，将用电设备串联接入L3相导线与中性线导线构成的回路，电源同样可从剩余电流断路器低压侧任取一相，同理同样方法可快速查到线路的短路点。
低压断路器额定电流参数分析 篇8
由于表示低压断路器电流特性的参数较多, 在设计时, 设计者对断路器电流值含义的理解混淆不清, 或知道电流值的含义但在标明断路器的电流时未交待清楚, 容易造成订货混乱, 且在日后修改时可调整余地小。因此, 准确选择断路器, 理解透彻并清楚标定断路器的各个电流值参数是必要的。本文仅涉及断路器的额定电流及过电流脱扣器的整定值选择, 未包含其他需要考虑的因素。
1 概念[1,2]
1) 壳架等级 (frame size)
壳架等级是表示一组断路器特性的术语, 其结构尺寸对几个电流额定值相同, 壳架等级以相应于这组电流额定值的最大值A表示, 在一壳架等级中, 宽度可随极数而不同 (注:此定义不包含尺寸标准化) 。因壳架等级的单位是A, 所以又被称为断路器壳架等级额定电流。
2) 额定不间断电流 (Iu, 也叫额定持续电流)
额定不间断电流是由制造厂规定的断路器能在不间断工作制下承载的电流值。
3) 额定电流 (In)
对低压断路器而言, 额定电流就是额定不间断电流 (Iu) 。
4) 过电流脱扣器的额定电流 (In)
过电流脱扣器能长期通过的电流, 即断路器的额定电流。
过电流脱扣器动作于电流值, 是断路器能够动作的主要部件, 该部件通过机械方式连接至断路器, 它可以释放保持机构、允许断开或闭合开关设备。
5) 过电流脱扣器的电流整定值
用来确定脱扣器动作的主电路电流值。
对于同一类型的整定值的脱扣器, 只有一个电流整定值的为不可调式 (固定式) 。有一个以上的电流整定值, 整定值可用可调的刻度盘、可更换的加热器等方式确定的, 称为可调式。对于具有可调式脱扣器的断路器, 电流的整定值 (或电流整定值的范围) 应注明在脱扣器上或标明在刻度板上。该标志可直接用安培数或电流值的倍数标明在脱扣器上。对于装有不可调脱扣器的断路器, 标志可标在断路器上。如果过载脱扣器的动作特性符合表1, 在断路器上标明它的额定电流 (In) 即可。
过电流脱扣器包括瞬时 (I脱扣) 、定时限 (S脱扣) 、反时限 (L脱扣) 三种基本功能, 另外还有两种功能可选, 即N线脱扣 (N脱扣) 及接地故障脱扣 (G脱扣) 。瞬时对应于短路瞬时保护, 定时限对应于短路短延时保护, 反时限对应于过载保护, 接地故障脱扣对应于接地故障保护。
以上为低压断路器各电流参数的概念, 比较抽象, 下面通过各种断路器的应用举例具体说明这些概念。
2 不同类型断路器
2.1 万能式空气断路器
2.1.1 常见品牌万能式空气断路器
表2中为常见品牌的万能式空气断路器过电流脱扣器电流整定值。
2.1.2 应用举例
变压器容量为1 600k VA, 10/0.4k V, D, yn11接线。选择低压侧主进断路器。先确定过电流整定值。
(1) 长延时过电流脱扣器整定电流宜等于或接近于变压器低压侧额定电流, 变压器低压侧额定电流为2 309A, I1取2 500A。
注: (1) I1为过载反时限脱扣器L整定电流, I2为短路短延时脱扣器S整定电流, I3为短路瞬时脱扣器I整定电流, I4为接地故障脱扣器G整定电流。 (2) 本表所列整定值仅为参考, 具体以厂家样本为准。
(2) 短延时过电流整定电流I2=4×I1=10 000A, 短延时时间整定为0.4s。
(3) 主进断路器与各馈出线的保护电器都装在低压配电屏内, 距离不过几米, 在此范围内发生短路和接地故障的概率很小, 不设置瞬时过电流保护, 以避免出线故障时主进断路器无选择性动作。考虑到日后更换变压器的可能或变压器短暂的过负荷可能, 断路器额定电流大于长延时过电流脱扣器整定电流, 壳架等级大于等于断路器额定电流。可根据《工业与民用配电设计手册 (第三版) 》表221选择壳架等级为3 200A, 额定电流为2 900A的断路器。
2.1.3 小结
(1) 大部分厂家的万能式空气断路器产品的过电流脱扣器为电子式。
(2) 有的厂家其万能式空气断路器以安培数为壳架等级, 有的厂家以编码作为壳架等级的规格, 有的厂家型号中不体现壳架等级, 有的厂家型号中既有框架代号, 又有电流。这也印证了壳架等级的定义“结构尺寸对几个电流额定值者相同”, 即壳架等级是断路器尺寸的表征。
(3) 万能式空气断路器额定电流小于等于壳架等级, 即一个壳架等级含多个额定电流。
(4) 同一厂家, 额定电流相同的产品有不同的壳架等级, 区别在于壳架等级大的断路器, 其尺寸更大, 此外, 分断能力、使用寿命等参数也有所不同。
2.2 塑料外壳式断路器
2.2.1 常见品牌塑壳断路器
各厂家塑料外壳式断路器 (简称塑壳式) 型号标注与万能式断路器相差不大, 型号中包含壳架等级、分段能力、脱扣器类型、脱扣器额定电流、极数、安装方式等。表3为常见品牌塑壳断路器过电流脱扣器的电流整定值。
与万能式断路器相同, 壳架式断路器的壳架等级是断路器尺寸的表征, 一个壳架等级含多个额定电流, 对于可调型脱扣器, 脱扣器过载长延时整定电流≤断路器额定电流≤壳架电流。对于不可调型脱扣器, 脱扣器过载长延时整定电流=断路器额定电流≤壳架电流。
注: (1) 本表所列整定值仅为参考, 具体整定值与脱扣器类型、断路器额定电流有关, 以厂家样本为准。 (2) I1为过载反时限脱扣器L整定电流, I2为短路短延时脱扣器S整定电流, I3为短路瞬时脱扣器I整定电流, I4为接地故障脱扣器G整定电流。
万能式断路器的过电流脱扣器均为电子式, 其整定值可调。而塑壳式断路器的过电流脱扣器有单磁式、热磁式、电子式, 其整定值可调或不可调———电子式均可调, 热磁式有热磁均可调型、热可调磁不可调型、热磁均不可调型, 单磁式有单磁可调型及单磁不可调型。不同厂家或同一厂家的不同产品都有不同, 具体见各厂家样本。
2.2.2 应用举例
一台三相380V, 30k W的设备, 其额定电流为IM=57A, 计算短路电流为37k A, 设计者选择断路器型号为NSX100NTM63A, 过载长延时整定电流I1=In=63A。设备到货后, 设备功率为35k W, 其额定电流为IM=67A, 虽设计阶段选择了热磁可调型断路器, 但因为脱扣器过载长延时整定电流I1=断路器额定电流In, 无法调到更高, 故仍无法满足使用需求, 只得更换断路器脱扣器或整个断路器 (和过电流脱扣器安装方式有关, 如为固定安装式, 则需更换整个断路器;如为模块化安装式, 只需更换脱扣器) 。
如设计阶段选择断路器型号为NSX100NTM80A, 过载长延时整定电流I1=0.8In=63A。设备到货后, 通过调节旋钮重新设定保护电流值, 即过载长延时整定电流I1=In=80A即可满足要求, 避免因设备到货实际电流增大而更换脱扣器, 此为可调型脱扣器的优势。如选择不可调型脱扣器, 则不存在以上所说的调整过程, 遇实际额定电流与设计时额定电流不符的情况时, 需更换断路器。
2.2.3 设计者应注意的问题
设计者对塑壳式断路器过电流脱扣器整定电流的通常不标注, 原因很多, 主要有以下几点:
(1) 低压配电系统中使用塑壳式断路器非常多, 逐个标注不现实。
(2) 末端用电设备电量调整较小, 即使调整, 更换塑壳式断路器较为便宜。
(3) 塑壳式断路器过电流脱扣器种类多, 不可一概而论。
(4) 设计者概念混淆, 误把断路器型号中的壳架等级当作断路器额定电流, 而把断路器额定电流当作过电流脱扣器过载长延时整定电流, 误认为只要是机械式可调型脱扣器, 断路器额定电流即可调整至壳架等级。如壳架等级为100A, 额定电流有16A、25A、32A、40A、50A、63A、80A、100A。选择32A即可调整至100A。这是断路器选择中一个大的误区。
设计阶段对塑壳式断路器过电流脱扣器整定电流交待不够清楚, 供货商按照设计图纸供货, 脱扣器过载长延时整定电流设定为I1=In (断路器额定电流) , 即使选择了机械式可调型的脱扣器, 日后过载长延时整定电流仅有调小的可能, 不可能调大, 如2.2.2例子。对于电气设计者来说, 充分了解断路器的特性, 选择合适的断路器及过电流脱扣器, 虽不逐一标注电流整定值, 也尽量在图纸中用文字交代清楚。尤其对于变电所低压屏内的出线塑壳断路器。
2.3 微型断路器
微型断路器是塑壳断路器的一种, 它是模块化产品, 其极数决定其宽度。最大电流可达到125A。按瞬时脱扣值可分为B型、C型、D型[3], 见表4。
应用举例:空调机380V, 11k W, 额定电流为23A, 启动电流140A。根据《工业与民用配电设计手册 (第三版) 》公式11-16, 断路器瞬时过电流脱扣器整定电流I3≥1.2×2×140=336A, 如选择额定电流为32A的C型断路器, 则瞬时过电流脱扣器整定电流为320A, 躲不开启动时的尖峰电流, 故选择40A的C型断路器。或选择32A的D型断路器, 则瞬时过电流脱扣器整定电流为448A, 躲开了空调启动时的尖峰电流, 也可以满足要求。
3 结束语
(1) 断路器的壳架等级指的是断路器中所能装的最大过电流脱扣器的额定电流, 虽以安培为单位, 但其表征的是尺寸。同一厂家、同一额定电流、不同壳架等级的断路器, 其尺寸肯定不同。不同厂家的产品, 壳架等级可以相同, 也可以不同。即便是不同厂家、相同壳架等级的产品, 其尺寸也可以不同。
(2) 不论断路器所含脱扣器是机械式可调式还是不可调式, 断路器的额定电流指的是断路器中所装过电流脱扣器的额定电流。
(3) 过电流脱扣器的整定值和断路器的额定电流有关, 即ISET=n In, 而与壳架等级无直接关系。
(4) 在设计阶段不必过分强调断路器的壳架等级, 容易使初学者概念混淆, 从而不利于断路器的正确选择。
参考文献
[1]上海电器科学研究所 (集团) 有限公司.低压开关设备和控制设备第2部分:断路器 (GB14048.2-2008/IEC60947-2:2006) [S].北京:中国标准出版社, 2009.
[2]中国航空规划设计研究院.工业与民用配电设计手册 (第三版) [M].北京:中国电力出版社, 2005.