智能型万能式断路器（精选7篇）
智能型万能式断路器 篇1
随着科学技术的进步,国内外低压电器行业涌现了一批采用新技术、新工艺的优秀产品,为了应对此局面,进行了万能式断路器全功能型智能控制器的开发。
该智能型控制器是智能型万能式低压断路器的关键部件,在断路器运行过程中,它实时监控主回路,当控制器检测到的电流符合设定的断路器保护条件时,选择性的发出脱扣信号,控制断路器分断故障回路,使得该断路器受控下的线路和电源设备免受过载、短路、接地等故障的危害,提高了用电的可靠性。
1 控制器硬件基本原理
该控制器采用先进的微控制器MCU技术,对接入断路器电能的电流信号、电压信号及各种辅助信号进行实时处理,实现过载长、短延时、瞬时、接地故障等四段保护功能,同时还具有电压表、电流表、谐波监控(可监控3~21次谐波)、电压和电流故障波形捕捉,可供分析、测量,如有功功率、无功功率、功率因数、畸变因数等,负载监控、区域连锁等功能。Modbus-RTU通信模块为内置,方便使用。控制器的简要硬件原理图如图1所示。
2 部分功能介绍
2.1 谐波分析
在下面框图中,IA、IB、IC、IN、IG,分别为求出的A、B、C、N、接地相的电流的有效值(基波值);Ir1、Ir2、Ir3、Ir4、Ir1N、Ir2N、Ir3N、ILC1、ILC2分别为长延时、短延时、瞬时、接地、长延时中性线、短延时中性线、瞬时中性线、负载监控一、负载监控二用户的整定值。信号处理流程图如图2所示。
2.2 通信模块
Modbus-RTU协议规定帧与帧之间必须大于3.5个字符的延时时间,一个帧内字节与字节之间不能大于1.5个字符的延时时间。所以通过定时器来实现相关的定时处理。
2.2.1 数据传输格式
2.2.1. 1 读取数据
主站请求报文格式:
从站应答报文格式:
注:MSB-双字节数的高字节;LSB-双字节数的低字节。
2.2.1. 2 修改数据
主站请求报文、从站应答报文格式:
Modbus通信采用RTU模式,1个起始位,8个数据位,无奇偶校验,2个停止位。
2.2.1. 3 数据错误返回值
如果主机发出的数据地址错误或数据值错误,则电力监控器向主机回送错误信息,功能码的最高位为1,即返回给主机的功能码是在主机已送的功能码上加128。
从机返回的错误码的格式为:地址码:1字节;功能码:1字节(最高位为1);错误码:1字节;CRC码:2字节。
错误码为:01—非法的功能码,接收到的数据为非有效的功能码;02—非法的数据地址,接收到的数据地址超出CH2000表的范围;03—非法的数据值,接收到的数据超出相应地址的数据范围;05—从机忙;06—其他错,接收到的数据出现格式错、溢出错、时序错、CRC校验错等。
2.2.2 通信软件框图
下面是该控制器建立在Modbus-RTU协议上的详细通信程序框图。它主要包括了串行通信相关的初始化子程序,见图3;接收数据处理的中断子程序,见图4;发送数据处理的中断子程序,见图5;实现1.5字符和3.5字符的延时中断处理子程序等。
2.3 区域选择性联锁
当多台断路器上下连接在一起时,选择区域选择性联锁可确保断路器上下级完全选择性保护,这样减少了故障动作范围,缩短了断路器分断时间。此功能适用于断路器短路短延时和接地故障保护。
当某级断路器检测到故障时,首先给上级断路器发送一信号,并检查下级断路器的到达的信号。如果有下级断路器的信号,断路器将在脱扣延时期间保持合闸;否则,断路器将瞬时断开,不管脱扣保护是否有延时。
1)本级断路器在出现短路短延时、接地故障时,如果接到了下级断路器送来的脱扣信号(其前沿时刻的信号),则本级断路器立即向上级断路器发送故障信号,同时仍按设定的短路短延时、接地故障的延时时限正常工作;当本级断路器的短路短延时、接地故障到达设定的延时时限时,发出脱扣信号,并向上级断路器发出故障信号。
2)当本级断路器出现短路短延时、接地故障,但此后过了T时间(T设为50 ms)后本级断路器仍存在短路短延时、接地故障且仍未接到下级断路器送来的脱扣信号(其前沿时刻的信号)时,不管是否到达定时限(短路短延时、接地故障的定时限延时时间最短为0.1 s,远大于T,故肯定未到达其定时限),便立即发出脱扣信号,并立即同时发信号给上级断路器。区域选择性联锁的运行原理(区域联锁装置连线)图见图6。
3 单片机选型
单片机选用DSPIC30F6014芯片,该芯片具有大容量和高速度,可达到30 MIPS。
3.1 关于存储容量
1)程序存储器
DSPIC30F6014芯片的flash程序存储器为144 KB,可存48 K条指令。
2)数据EEPROM
DSPIC30F6014芯片具有4 KB内数据EEPROM,用于存储三项新增功能的数据为:5次录波数据[5次×(三相电流+三相电压)×30 ms/0.625 ms=1 440 W=2 880 B],5次是因为历史故障记录最近的的5次故障,需要存储5次录波;每20 ms采样64个点,每采样一个点的时间为0.312 5 ms,录波时是每64个点间取32个点,即采样点间隔时间为0.625 ms,并且录取的是最近30 ms内的波形,所以是5次×(三相电流+三相电压)×30 ms/0.625ms。功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、频率等少量数据,整定、历史故障、设定值等数据,约0.5 KB。显然,4 KB的片内数据EEPROM完全够用了。
3)SRAM存储器
DSPIC30F6014芯片具有8 KB的SRAM。存储一次录波信号仅需(三相电流+三相电压)×30 ms/0.625 ms=288 W;FFT运算时,三相电流、三相电压一次FFT运算时需存储待变换的采样值为:(三相电流+三相电压)×64=384 W;每次FFT运算需要的中间乒乓存储器为2×64 DW=512 B。两项合计最多仅需占用1 856 B。
3.2 关于运算速率
DSPIC30F6014芯片具有16 bit字长,30 MIPS的速率,64点复快速傅氏变换算法(FFT)的运算时间为124.6μs,以20 ms时间内需执行3个相电流,3个相电压各64点FFT运算的最大运算量来估计,总计耗时也只需6×124.6μs=747.6μs,其开销还不到DSPIC30F6014芯片运算能力的4%。至于功率因数,各种功率的计算,所需运算量更是很少。
因此,无论在存储容量上还是速率上,使用一片DSPIC30F6014芯片作为微控制器MCU足够完成该控制器所需的全部运算功能。
4 键盘和LCD显示
4.1 键盘输入
微控制器MCU接收控制面板上的按键操作信号,结合LCD上的菜单显示,通过按键操作,实现人机交互。按键和菜单的设置贯彻“少而简”(按键少,菜单层次简单)的设计原则,设置5个按键(<复位>、<→>、<↑>、<↓>、<参数/确认>)。各项功能的设定通过菜单和按键实现(这种方式操作次数稍多,但适合于该控制器不要求频繁操作的情况)。
4.2 LCD显示
MCU将电压、电流的测量结果及各种数据、控制信息等送液晶显示器LCD显示。选用128×64点阵的液晶显示器,最多显示4行“字符—数字”,且选用小尺寸的液晶显示器以缩小结构尺寸。
5 结语
该设计通过对电流、电压的采样值做FFT变换,求得的基波值作为检测到的主回路的电流值,送液晶显示,基波电流值作长延时、短延时、负载监控等各段保护,采用此方法,不但求得了比较准确的主回路电流、电压值,而且脱扣时间也很准确,大概不到1%的误差。在软件设计的具体过程中,采用了单片机的C语言编程,节省了不少的精力,并取得了较好的效果。结果表明,该控制器功能齐全,技术先进,满足了我国电力部门的要求。
摘要：提供了一个全功能型智能控制器的设计方案和思路,介绍了控制器的各个功能。控制器采用单片机实现实时监控、谐波的测量和分析,主要依据快速傅氏变换算法(FFT)得到基波值和高次谐波分量,利用基波值做各段保护,并在LCD上显示基波值及各次谐波值。结果表明,该控制器功能齐全,技术先进,满足了我国电力部门的要求。
关键词：全功能型智能控制器,实时监控,快速傅氏变换算法(FFT),单片机
参考文献
[1]George J W.电力系统谐波——基本原理分析方法和滤波器设计[M].北京:机械工业出版社,2003.
智能型万能式断路器 篇2
下面就对MA40智能型万能式断路器一些典型故障进行分析。
1 正常运行方式介绍
本站正常运行方式如图1所示:1号站变380v侧401运行在380v1段母线, 2号站变380v侧402运行在380v2段母线, 380v分段410备用。断路器配有过流、接地保护, 进线断路器与分段断路器之间配有380v备用电源自动投入装置。
2 设备发生的故障及处理情况
(1) 2005年9月5日, 1号站变401断路器在运行中自动跳闸, 380v备用电源自投装置未动作, 断路器智能控制器无任何异常显示。
检查处理情况:经检查1号站变401断路器智能控制器上无故障记录, 无保护动作, 断路器自动跳闸原因不明, 需厂家现场检查处理, 该断路器暂时不能投入运行。
(2) 2005年11月12日, 380v分段410断路器手动、自动均不能合上。检查处理情况:380v分段410断路器合闸线圈损坏, 无烧坏痕迹。因无备用品, 故现场拆除了合闸线圈, 拆除后即能手动合闸, 但380v备用电源自投装置不能投入运行。次日, 更换380v分段410断路器合闸线圈后, 410断路器分合正常, 恢复备用状态并投入380v备用电源自投装置。
(3) 2005年11月26日, 380v分段410断路器柜内有焦糊味。检查处理情况:380v分段410断路器合闸线圈已烧坏, 现场予以拆除。手动合闸5到10分钟后, 断路器自动跳闸。经厂家多方查找仍未查明原因, 断路器暂时不能投入运行。后经更换合闸线圈, 410断路器可以投入运行, 但备自投装置暂时没有投入运行, 要求值班人员加强运行观察。
(4) 2005年12月12日, 380v分段410断路器柜内有焦糊味。检查处理情况:更换380v分段410断路器合闸线圈, 410断路器恢复备用。经深入分析, 怀疑备自投装置接线有问题, 需重新设计方案, 故拆除410断路器备自投装置。
(5) 2006年2月11日, 2号站变402断路器壳体破裂。检查处理情况:因断路器壳体破裂, 无法投入运行, 须更换。后经厂家拆开断路器检查, 发现402断路器触头变形, 更换触头后, 断路器分、合正常。
(6) 2006年3月3日, 380v分段410断路器自动跳闸, 智能控制器上无任何异常显示。检查处理情况:410断路器无故跳闸, 由于无故障记录, 无法查证, 建议厂家对其智能控制器进行测试。后厂家总工现场检查, 长延时824安, 跳闸时间0.18秒, 无其他查阅资料, 初步判断可能为过流保护动作, 智能控制器无显示, 估计为断路器在运行中自动脱扣。更换该断路器的脱扣器后投入使用。经研究后决定, 将410断路器本体与402断路器本体对换运行位置, 断路器投入运行, 要求值班人员加强运行监视。
(7) 2006年5月14日, 402断路器不能电动分、合闸。检查处理情况:402断路器电动不能进行分、合闸操作, 是由于机构内部接线脱落造成。恢复接线, 电动拉、合正常, 投入运行。
(8) 2006年9月5日, 380v分段410 (原402) 断路器柜内有焦糊味。检查处理情况:410断路器合闸线圈已烧坏, 更换合闸线圈后, 410断路器恢复正常。
(9) 2006年10月16日, 402 (原410) 断路器自动跳闸, 智能控制器上无任何异常显示。检查处理情况:402断路器自动跳闸原因不明, 更换分励脱扣器, 要求值班人员加强运行监视。需厂家作进一步检查。
(10) 2006年12月10日, 402断路器 (原410断路器) 在运行中无故跳闸, 智能控制器上无任何异常显示。
检查处理情况:经运行、检修、安装、厂家人员共同查找, 初步判断跳闸原因为断路器保护模块问题, 导致0.1秒内接地电流4221安时无保护动作, 需要更换电脑智能控制器。经研究后决定, 暂时关闭410断路器Ir4脱扣动作 (仅报警不脱扣) 。经更换电脑智能控制器后, MA40智能型万能式断路器正常运行至今。
3 设备故障发生的原因分析
(1) 从设备的故障及处理情况第1、6、9、10条中380v分段410断路器在运行中自动跳闸, 电脑智能控制器上无故障显示及保护动作等现象分析: (1) 保护动作造成断路器跳闸?故障时电脑智能控制器面板上无故障显示及保护动作情况, 按下清灯键后, 再按下故障检查键, 控制器上也没有上次故障状态及故障电流或时间显示。后来, 设备厂家总工亲自到现场检查, 通过专门的仪器调出了故障电流和时间, 但仍无保护动作情况, 智能控制器测试正常。初步判定智能控制器完好, 回路无接地、过电流等故障, 断路器自动分闸与保护动作无关。 (2) 值班人员误碰、误操作断路器?故障时运行值班人员在控制室内监盘, 380v站用变室内无人, 不会造成误碰断路器跳闸;因变电站内自动化设备原因, 380v断路器未接入远方操作系统中, 故值班人员不会造成误拉断路器的操作。初步判断值班人员不可能造成误碰、误操作断路器。 (3) 合闸维持支架和分闸锁扣维持不住造成跳闸?检修人员将此断路器拆开后, 仔细检查了脱扣器完好, 现场合上410断路器运行正常。经供电局生计部同意, 将410断路器与402断路器更换后运行观察, 该断路器故障依然存在。供电局同意厂家要求, 更换脱扣器, 该断路器故障依然存在。 (4) 断路器电脑智能控制器故障, 造成断路器跳闸?在410断路器屡屡自动跳闸情况下, 经采取更换设备运行位置、更换脱扣器等一系列措施后, 运行、检修、施工单位及设备厂家人员一致认为, 断路器电脑智能控制器本身存在不足, 但具体原因不明, 应更换智能控制器。2007年更换断路器电脑智能控制器后, 断路器在运行中再未出现自动跳闸的现象。
(2) 从设备的故障及处理情况第2、3、4、8条, 380v分段410断路器手动、自动均合不上或410断路器柜内有焦糊味分析: (1) 410断路器操作回路电压是否正常、是否已储能?检查控制室内直流馈电屏上410路操作电源正常, 断路器面板上储能正常;当断路器控制面板上储能指示为“0”, 不能电动储能时, 上下扳动面罩上的手柄七次后, 面板显示“储能”, 并听到“咔嗒”一声, 即储能结束, 使其断路器储能正常, 但此故障仍未消除。 (2) 410断路器所处的位置不正确?抽屉断路器有“连接”、“试验”、“分离”三个工作位置, 当处于“连接”位置时, 主回路和二次回路均接通, 可进行断路器分、合操作;当处于“试验”位置时, 主回路断开, 并有绝缘隔离板隔开, 仅二次回路接通, 可进行一些必要的动作试验;当处于“分离”位置时, 主回路与二次回路全部断开。断路器只有在连接位置或试验位置才能进行分合操作, 而在连接与试验的中间位置, 断路器禁止进行合闸操作。由于MA40智能型万能式断路器设计缺陷, 操作把手与断路器操作口接触面为六角形, 值班人员只能靠感觉将把手插入断路器操作口, 经常造成接触不良, 使断路器无法完全推至“连接”位置。 (3) 断路器故障跳闸后, 未按下复归按钮就进行断路器的合闸操作, 引起合闸线圈烧毁。断路器故障跳闸或因电脑智能控制器故障造成跳闸后, 由于复位按钮较小, 值班人员又不熟悉设备, 经常未及时按下复归按钮就操作断路器。而该断路器脱扣后如果要再次合上断路器, 需将复归按钮按下, 否则断路器不能合闸, 此时如远方操作或按合闸按钮合断路器, 合闸线圈长时间带电, 将会烧毁合闸线圈。 (4) 断路器合闸线圈绝缘不良损坏或值班人员运行操作不当烧毁合闸线圈。由于该断路器三对常开接点已被使用, 后来施工单位加装的380v备用电源自投装置设计无法满足现场要求, 施工单位力求交差, 就使用了401和402断路器的常闭接点。当401 (或402) 断路器跳闸时, 380v备自投装置立即向410断路器发出合闸脉冲, 由于401 (或402) 断路器跳闸后常闭接点已闭合, 导致410断路器合闸线圈因长时间带电而烧毁。合闸线圈烧毁后断路器将无法电动合闸, 只能按下控制器面板上的复归按钮后, 手动合上断路器。
(3) 从设备的故障及处理情况第5、7条中, 2号站变402断路器壳体破裂、402断路器不能电动分闸缺陷来分析。
402断路器壳体破裂是由于施工单位的安装质量问题, 厂家要求断路器安装时, 其底座应垂直于水平位置, 并用M10螺钉固定。而该断路器外壳与断路器本体不在同一水平, 外壳与断路器本体之间有较大的角度, 加之值班人员操作时用力过猛, 导致断路器壳体破裂。402断路器电动不能分闸是由于产品质量问题, 断路器机构内部接线老化、脱落。经恢复接线后, 电动拉、合断路器正常。
4 保证设备安全运行的防范措施
(1) 设备安装与调整, 要求施工单位应做到以下方面: (1) 安装前先以500v兆欧表检查断路器的绝缘电阻, 若不合格则应先烘干, 待绝缘电阻达到要求后方可使用。 (2) 安装时对断路器进行可靠的保护接地, 接地处有明显的接地标记。断路器安装底座应垂直于水平位置, 并用M10螺钉固定;有联动连杆的拐臂应在同一水平面上, 拐臂角度一致。电气连接要正确可靠。 (3) 安装完毕后的有关操作试验, 按有关接线图接线后, 在主电路通电前 (断路器处在“试验”位置) 应检查欠电压, 分励脱扣器及闭合电磁铁, 电动操作电压是否相符。上下扳动面罩上的手柄七次后, 面板显示“储能”, 并听到“咔嗒”一声, 即储能结束, 按动“1”按钮或合闸电磁铁通电, 断路器可靠闭合, 扳动手柄能再次储能;将电动机上的插头插入辅助断路器上, 电动机通电操作至面罩显示“储能”, 并伴随“咔嗒”一声, 电动机自动断电, 按动“1”按钮或合闸电磁铁通电, 断路器可靠闭合;断路器闭合后, 无论用欠电压、分励脱扣器或面罩上的“0”按钮, 智能控制器的脱扣器试验均应使断路器断开。
(2) MA40断路器设备验收时, 应组织专人验收小组, 按照站内主变、高压断路器、互感器等主设备一起验收, 验收不合格者不予投入运行。值班人员验收时, 应检查设备固定牢固, 外表清洁完整;电气连接应可靠且接触良好;断路器与其操动机构的联动应正常, 无卡堵;断路器分、合闸指示应正确;断路器辅助断路器动作应准确可靠, 接点无电弧烧损;绝缘部件、瓷件应完整无损;油漆应完整, 标志正确, 接地良好等。在验收时, 施工单位应提交下列资料和文件:变更设计的证明文件;制造厂提供的产品说明书、试验记录、合格证件及安装图纸等技术文件;安装技术记录 (由相关人员做在站内一次修试记录和继电保护记录上) ;调整试验记录;备品、备件清单。变电站值班员还应现场检查有关操作试验正确。
(3) 重新组织设计、运行、检修对本站380v备用电源自动投入装置进行专题研究。要求必须当401 (402) 断路器其中一个因某种原因停电时, 410断路器可靠自动投入继续供电, 保证380v1、2号母线电源供电正常。经现场查勘实际情况后, 最后确定在380v进线401、402断路器回路各加装一个电流互感器, 用来检测401 (或402) 回路电流情况;再在380v1、2段母线上各加装一个电压互感器, 用来检测380v1、2段母线电压。安装调试PSP64微机380v备用电源自动投入装置一套, 更换断路器ST40-M智能控制面板一套, 同时将自动化设备接入并调试正确。
(4) 及时编写本站380v备自投装置现场规程, 组织站内人员及时学习, 熟悉本装置的正常运行方式, 保护装置的正常运行状态, 保护装置工作原理, 备自投装置启、停用程序, 以及哪些情况下应停用备自投装置, 要求值班人员必须考试合格。
由于该220千伏变电站时值新投, 且MA40智能型万能式断路器在其他变电站内尚无运行经验, 运行人员对设备的结构、正常工作条件、技术数据、性能及运行注意事项不熟悉;安装、检修人员对设备内部结构、安装施工要求不了解, 对技术数据、智能控制器中保护等的整定参数不清楚, 设备的运行管理和维护在摸索中进行;设备厂家在设计中也存在一些不足。这些因素都给设备的安全运行带来了许多隐患, 导致设备在运行初期经常出现故障或异常。从本站MA40智能型万能式断路器发生故障、查找故障的过程来看, 设备厂家、安装单位、检修单位及变电设备运行人员都应具备过硬的查找故障、分析故障的能力, 同时各方面对设备故障要本着实事求是的态度、要有团结协作的精神, 以适应日益复杂的设备运行和维护工作的需要。
摘要：本文结合某220千伏变电站380伏站用变进线及分段断路器, 阐述MA40智能型万能式断路器在运行中出现的故障和异常, 经基建部、运行、检修、安装及设备厂家共同查找原因, 分析存在的问题, 针对问题制订改进措施, 最终消除设备隐患, 保证设备的安全、稳定运行。
关键词：断路器,故障,分析,防范措施
参考文献
[1]MA40智能型万能式断路器安装使用说明书.中国·贵州长征电器股份有限公司长征电器九厂.
[2]杨家坪供电局.220千伏柏树堡变电站一次设备修试记录.
智能型万能式断路器 篇3
NA8系列万能式断路器额定电流200A〜6300A, 额定工作电压交流400V、690V, 主要用于配电网络中。用来分配电能, 保护线路和电源设备免受过载、欠电压、短路、单相接地等故障的危害。产品具有多种智能化保护功能, 可作选择性保护, 动作精确, 避免不必要的停电, 提高供电的可靠性。
产品特点:
(1) 零飞弧NA8系列灭弧系统增加了筛状过滤栅片, 选用独特的产气绝缘介质, 燃弧时间更短, 真正实现零飞弧。
(2) 产品模块化断路器各部件均设计成独立单元、模块化结构, 相互组装为断路器本体, 能方便地进行更换或改型, 适合用户不同需求。
(3) 多种接线方式断路器接线方式灵活多样, 母线可任意组合, 形成水平连接、垂直连接、板前连接、混合连接等, 极大的方便了用户接线。
(4) 二次接线端子结构新颖采用无螺钉端子连接方式, 具有IP20防护等级, 可有效地防尘, 防止异物接触等, 使用及维护更加安全、快速、可靠。
(5) 小体积NA8系列产品有三个壳架等级, 包含了13个电流规格, 通用程度更高;小电流规格产品体积更小, 材料消耗下降明显, 为用户降低了成本。
(6) 智能化四段过电流保护、故障记录功能、可通讯、自我诊断。
万能式断路器桥形触头结构的改进 篇4
1 现有桥形触头结构及缺点
DW450-1600万能式断路器,现有的桥形触头结构和工作状况如图1所示:主要由接触片2、支架3、弹簧4、轴销5组成。主要的装配为:两组接触片2面对面放在支架3上,弹簧4两端钩在轴销5中的槽中,放置在接触片2的半圆槽中固定。实际工作时,桥形触头卡在母排6上,断路器接插排1向桥形触头移动,当接插排1插入桥形触头的接触片2时,接插排1与母排6通过接触片2导通电流。
该桥形触头的缺点:(1)温升余度小。断路器桥形触头每只每边装有14片接触片,接触面积理想状态是面状态,桥形触头整体性的设计,无法自调,这样造成个别桥形触头与接插排1、母排6的接触面小,导致接触电阻较大,当输入满负荷电流时,温升就会偏高,而桥形触头是放在绝缘基座内,散热性很差,接插排1、母排6和桥形触头接触通电时间越长,温升就会越高。(2)在断路器本体与抽屉互换性方面,不能够很好的满足。由于抽屉座结构的特殊性和断路器主体接插排1的装配上的偏差等,使得断路器主体与抽屉座互换性不好。(3)耗材大。
2 改进后的桥形触头
改进后的桥形触头如图2所示,该结构由杭州之江开关股份有限公司自行研发并已申请获得实用新型专利证书,证书编号为ZL03210024.8。
它主要由接触片2、支架3、弹簧4、轴销5组成。两组接触片面对面穿在轴销5中间槽的两端,弹簧4钩住两端轴销5中间槽放在支架3上。
该桥形触头结构紧凑,可以很好的满足断路器的要求,克服了原结构的缺点。
它的主要优点如下:(1)结构紧凑,任意组合装卸方便;按电流大小改变安装组数。(2)自调性好。母排6与桥形触头的接触主要依靠接触片2的圆角面与母排6的圆角面,在有偏差的情况下,它可以自行调节,使得接触片2与接插排1、母排6能最大限度接触。(3)温升余度大。母排6与接触片2接触面是对称的,这样降低电动斥力,提高了动热稳定性,减小接触电阻,使得温升降低。(4)插进拔出省力,摇进摇出轻便。(5)接触可靠。当断路器动作时,它本身的震动不易使得桥形触头与母排6脱开。(6)耗材耗能减少。
从以上优点可以看出,改进后的桥形触头可以更好地满足断路器的设计要求,使得断路器可靠性、稳定性更好。
3 结论
1)改进后的桥形触头,经反复试验,进出线端温升与原结构温升对比如表1所示。
K
2)改进后桥形触头能自动旋转30。,接触面增加10%,降低接触电阻9μΩ。
3)能承受Icw的动热稳定性。
4)降低用铜量。断路器桥形触头铜用量见表2。
kg
经表2对比可以看出,每台断路器可以降低用铜量:四极断路器2.118 kg、三极断路器1.590 kg。因此,改进后的桥形触头是取得成功的。
参考文献
智能型万能式断路器 篇5
DW15系列万能式断路器在配电网中主要用来分配电能, 保护线路及电源设备的过载、欠电压和短路。也能在交流50 Hz, 380 V电网中用来保护电动机的过载、欠电压和短路。正常条件下, 断路器可作为线路不频繁转换及电动机不频繁启动之用。在实际使用过程中, 会出现不正常的分闸和无法合闸的情况。
2 不正常分闸案例分析
某断路器出现不正常的分闸后, 首先检查各电压表的显示情况, 电压表显示为360 V, 低于额定电压, 但合闸应该没问题, 试合闸一次, 不能合闸, 继续检查欠电压脱扣器机械部分, 发现弹簧拉力已不足, 初步判断为欠电压保护功能不正常, 脱扣器动作造成。因为欠电压保护功能是:在70%额定电压以上, 也就是在266V以上, 保证断路器不分闸;在30%额定电压以下, 也就是在133 V以下, 保证断路器分闸。再用调压器进行通电检测, 当输入380 V电压时, 合闸正常, 当下降到360 V时, 断路器出现分闸, 继续往下调, 断路器还是无法合闸;当上调到360 V以上电压时, 又恢复正常合闸, 从而确认是机械部分弹簧拉力不足。
3 防止措施
(1) 调整欠电压脱扣器弹簧拉力, 恢复欠压保护功能。
(2) 由于欠压保护功能没有多大的实用性, 因此, 还是解除为好。解除后, 当系统停电, 断路器仍在合闸位置, 当系统来电, 不需要人工送电, 很适用于无人值班配电房。检修时, 可以手动合闸和分闸, 具体的做法是将欠电压脱扣器上一根弹簧卸下, 而且这样也不影响断路器其他功能。
智能型万能式断路器 篇6
欠电压脱扣器是指配电线路的电压降至某一规定范围时, 使断路器断开的一种脱扣器, 为了避免用电设备在欠电压情况下, 非正常运行而受到损坏, 断路器一般都配有欠电压脱扣器。但在实际运行中, 因欠电压脱扣器的质量参差不齐, 稳定性不好, 和电网供电质量的影响, 欠电压脱扣器发生故障时, 断路器不能工作。特别是万能式断路器影响面大, 给用户和生产商造成很大难题, 甚至因原因不清、责任不明而产生纠纷, 在此结合十几年生产万能式断路器的经验和用户质量反馈, 对万能式断路器的脱扣器常见故障进行分析, 并摸索出一套解决的方案, 供大家参考。
1 欠电压脱扣器自身质量故障的原因
欠电压脱扣器是断路器附件里结构复杂、技术要求高且最易损耗的附件, 因为它直接与主回路连接, 属于长期工作状态。即独立工作又易受外界干扰。欠电压脱扣器由动静铁芯线圈、外壳、电子线路板组成, 有助吸式和自吸式两种型式。
1) 助吸式欠电压脱扣器的优点与缺点:优点是无复杂电子线路板, 无需担心电网干扰。缺点是由于工艺精度不够和材料原因, 与断路器本体配合时, 助推力不正时, 会造成动静铁芯吸合不可靠, 运行时出现交流噪音, 线圈电流变大, 铁芯铁损加剧, 最后导致线圈自行发热烧毁。有时推杆变形或推杆行程不够, 铁芯无法吸合, 导致断路器无法合闸。还有在欠压线圈绕制中, 拉得过紧, 匝间绝缘破坏, 长期通电或电网出现过电压时, 烧损欠电压脱扣器线圈, 或线圈引线焊接不牢固、虚焊, 运行一定时期后发生断线故障, 导致断路器无法正常工作。
2) 自吸式欠电压脱扣器的优点与缺点:优点是安装简单、方便, 受用户喜爱, 近几年大量使用。缺点是此结构采用比较复杂的电子线路, 当电子控制部分电子元件筛选不严、老化不够、在运行中失效或受外界干扰时, 欠电压脱扣器易损坏, 致断路器无法正常工作。都是制造商在设计、生产中出现的人为质量原因, 需加强管理、严格控制, 把故障降到最小。
2 电网质量引起的故障
1) 电压波动幅度过大引起脱扣器线圈烧毁。我国电网发展很快, 配电设备比较先进, 正常运行时, 低压端电压是400 (1±0.05) V左右波动, 电压波幅在欠电压脱扣器的 (85%～110%) Ue允许的范围内, 断路器正常运行。但是, 如晚上或者节假日, 运行的重负荷设备停用, 电网电压就会上升到460～470 V;使脱扣器在非正常电压下运行, 长时间会发生线圈温度过高而烧毁事故。
2) 过电压引起电子控制线路损坏。过电压是电网中常见的故障之一, 在电网运行中, 某大型感性负荷副边突然断线, 造成感性负荷向原边放电, 产生瞬间过电压, 或者雷电感应和电网谐振的原因均可产生过电压。有的过电压是瞬态的, 有的是持续较长时间的相间或相对地过电压, 对电子元件造成严重损伤, 使欠电压脱扣器失效。
3) 电网谐波的影响。随着科技进步, 现代电力系统中非线性负载越来越多, 如整流器、逆变器、大容量的电力晶闸管、电容性设备等。这些在传递、变换、吸收电力系统所提供的基波能量的同时, 向电力系统发送出大量高次谐波。谐波对电网危害很大, 对供电设备和控制元件都有损耗和干扰, 特别是7次、5次、3次谐波会使脱扣器控制线路中的电容过热, 发生“胀肚”等故障, 使脱扣器失效, 影响断路器的使用。
4) 欠频的影响。电网欠频现象虽然不多, 但也偶有发生, 具资料记载, 有时电网严重欠频时, 频率只有24 Hz, 使欠电压脱扣器控制线路中的电容损坏, 使脱扣器失效。
综观万能式断路器欠电压脱扣器的故障原因, 发现产品上市初期, 欠电压脱扣器本身质量问题较多, 随着技术攻关和改进, 质量逐步稳定。相反电网质量的原因, 不断上升。如图1所示, 随着万能式断路器产量逐步增大, 欠电压脱扣器已由单一的产品质量问题上升为设计、生产、用户三者利益关系, 应引起大家高度重视。
针对万能式断路器欠电压脱扣器质量问题, 从实际情况出发, 采取设计院、生产厂、用户三方综合解决的措施, 取得良好的效果。
首先, 必要性。设计院在选用万能式断路器欠电压保护功能时, 应考虑负载情况是否必需。如公司接到此类订单时, 会与用户沟通, 说明欠电压脱扣器的优缺点, 请慎重选择, 如果必须采用则提醒设计院, 在线路设计时, 应采取消除电网故障的措施, 如抑制谐波、预防雷电、过压等, 从系统上消除对欠电压脱扣器的影响。
其次, 严格控制欠电压脱扣器的质量。近几年根据用户的质量反馈, 进行不断改进。对电磁线圈进行真空浸漆, 提高绝缘性。修改电子线路设计提高欠电压脱扣器的电压应用范围, 防止过电压。尽量减少电容元件, 以增强抗谐波能力, 通过一系列的改进, 欠电压脱扣器自身故障大幅降低, 运行稳定。
智能型万能式断路器 篇7
1 脱扣器结构组成及原理
HSM1z-160脱扣器主要有:壳体、端板、推杆、衔铁、垫块、导磁片、磁钢、称套、线圈、弹簧、轴组成。脱扣器结构如图1所示。脱扣器是一种含有复位装置的断路器脱扣装置,它将磁性元件、导磁体、线圈、衬套、储能器、驱动元件等紧凑地安装在一个体积很小的壳体内,并由磁性元件、壳体、导磁片、动作元件组成一个特定的磁回路。在常态下,衔铁在永磁体作用下保持吸合状态,即该磁回路将储能器处于最大的势能状态,当控制器检测到主回路过载或短路,给脱扣器一个一定强度短时持续脉冲信号(持续时间由软件控制)使线圈通有电流而产生反向磁通破坏了脱扣器内的磁回路,储能器释放能量,衔铁弹出推动推杆,推杆再推动断路器上的牵引杆执行动作,从而使断路器可靠分闸。
2 脱扣器零件设计时应注意的问题
对脱扣器零件选择时应注意以下几点:
(1)弹簧力同断路器脱扣力相比应有一定裕度,这个裕度不能太大,否则又增加了再扣力,使断路器不能可靠合闸,反之,虽减小再扣力,使断路器能可靠合闸,但却不能使断路器可靠分闸,因此弹簧力必须适中。
(2)线圈串接在线路中,流过的电流大,为减少对电路的影响,线圈的导线应粗,匝数少。
(3)在选择壳体及铁芯材料的导磁性同时,应考虑其价格及流通度;在实际设计中,因受体积及材料价格限制,参考脱扣力、磁钢参数应先确定。
(4)脱扣器与断路器之间的行程设计也应合理,否则,会影响到脱扣器对断路器的冲击力,及再扣时断路器对脱扣器的作用力。
3 结构零件技术参数分析比较
以智能型断路器生产的各个规格的脱扣器为例比较,大致可分为两种,一种是把储能器放在执行部件里面,且放在磁回路里面(暂且称作A);另一种是把储能器放在执行部件外面,且不放在磁回路里面(暂且称作B)。规格A适用于结构紧凑、体积小的壳架电流,规格B适用于规格A以外的整个壳架系列,HSM1z-160脱扣器属于规格A。
因HSM1z-160智能型断路器空间关系,要求脱扣器的设计必须体积小。这样脱扣器的各个零件设计要求也比较严格,也就是说要作为关键件或主要件设计。在设计中,虽然每个零件都很重要,但在实际生产中对脱扣器影响较大的却是个别,在最初生产的几千只HSM1z-160脱扣器中发现,影响比较大的零件是壳体、衔铁。由于最初壳体和衔铁的选材为铁镍软磁合金,不是常备材料,加工前要求真空退火处理,加工后又要真空退火处理,所以不但加工周期长,而且价格比较贵,再加上铁镍软磁合金易变形,除加工成形时有报废,电镀时更易变形,虽然工艺上从滚镀改为吊镀有所改变,但同端板铆合时还会变形,壳体变形导致壳体密封性降低,也就增大了磁路气隙,进而影响脱扣脉冲电压不稳定。壳体的密封不一致比材料对整体的影响更大,所以应选择具有一定导磁性又不易变形的材料作壳体更恰当,如B规格就选择比较常见的冷轧钢板作壳体材料,虽然导磁性降低,但一致性较好。脱扣器在设计轴时应考虑同端板的配合,轴径偏小,装配后虽能保证可以自如进出,但会左右摆动,从而影响产品的可靠性。在实际设计中用实践与理论相结合的方法解决了轴孔配合问题。
下面对两种规格的脱扣器设计参数作一比较,如表1所示。
注:零件材质相同。
4 功能技术参数分析比较
脱扣器的驱动电路一致,都是通过脉冲信号控制MOS管,再利用MOS管的开关功能来控制脱扣器中衔铁动作。脱扣器的结构设计对实现脱扣器应达到的功能有很大的影响。功能技术参数比较如表2所示。
注:同一电压(15 V)下测试。
当然,线圈匝数对脱扣器技术参数也有一定的影响,对规格A产品来说,曾试验过将匝数减少一定数量,其对脱扣器技术参数的影响来看不是非常明显。
在实际使用中施加在规格A与规格B上的持续脉冲都应有限,原因有两点:
(1)导通时流过线圈的电流比较大,线圈容易发热。
(2)导通时主回路电流过大,而总功率一定,这样主回路电压拉低,使控制器不能正常工作。
5 实际生产情况分析及改进
在已逐渐投入生产的产品中,对于现有的技术指标同国内外差距不大,但是质量不稳定,因此提高可靠性及产品质量不仅是用户的要求,也是企业进行国内外竞争的需要。
在最初的实际生产中,规格A,其零件、成品的报废率持高不下,不仅浪费了财力、物力,提高了产品的成本,也严重影响了产品的正常供货。脱扣器零件都作为主要件或关键件要求生产,但在现有的生产条件下,加工出的零件合格率偏低,每一点不足都可能导致成品的报废或不稳定。这就不适合在现有条件下的批量生产,必将失去产品的竞争力,因此产品的改进势在必行,现主要对以下三方面进行改进。
5.1 对壳体的改进
针对壳体来讲,首先对材料改进,原先用铁镍软磁合金带,虽然导磁性好,但材质较软,在加工及装配过程中易变形,且供货周期较长,而且冲加工前和加工后技术上都要求真空热处理,后改为冷轧钢板,技术上也不用真空热处理;其次对表面处理的改进,原先表面处理为Ep.Ni10Cr0.3,改为Ep.Zn12.c2C,以上两方面的改进后,壳体易变形现象大大改进,同端板铆合时保持性较好,这就解决了脱扣器脉冲电压不稳定现象,提高了产品的合格率,不但节约了成本,还缩短了加工周期。
5.2 对衔铁的改进
原先衔铁用铁镍软磁合金棒,后来更改为通用的电磁纯铁棒,技术上要求真空热处理,改为取消真空热处理,表面处理为Ep.Ni10Cr0.3,改为Ep.Zn12.c2C,以上改进,同样不但节约了成本,还缩短了加工周期。
5.3 设计上的改进
在实际生产中,发现脱扣器同断路器的配合有不稳定的现象,但是,脱扣器的各零件参数选择几乎达到了极限,于是改变推杆,从原先平面改为圆弧面,利用圆弧面接触面积小的特点,相对增大推杆的推力,这样,在不增大弹簧力的情况下,可解决冲击力不足的现象,从而保证了断路器的可靠分闸和合闸。
6 结语
产品的设计,在理论指导下,并不是个难题,但设计出的东西能适合批量生产才称得上产品。而实际生产中零件加工工艺的优劣,对脱扣器动作检测电压有着很大影响。有时理论设计已非常合理,但往往一个零件加工工艺稍不太理想,就会引起脱扣器检测电压偏出范围,所以只有经过反复摸索试验才能设计出可适合现有条件下大批量生产的产品。
综上所述的是一种塑料外壳式断路器脱扣的执行机构,属于低压电器制造技术领域。在塑料外壳式断路器有限空间内,其设计具有体积小、功耗低、动作快及工作可靠性高等特点,这将对低压电器向智能化、模块化、小型化、通信化方向发展,起着巨大的作用。
参考文献