漏电断路器性能测试实验台研制

漏电断路器性能测试实验台研制
高瑜;赵建文;宋璐雯;魏振龙;高梅
【摘要】研制一套漏电断路器测试实验台,以三相异步电动机为负载,可以测试出电动机工作电流、漏电动作电流和漏电动作时间.测试表明,实验台可以检测出漏电断路器是否合格.
【期刊名称】《实验技术与管理》
【年(卷),期】2018(035)007
【总页数】4页(P86-89)
【关键词】漏电;断路器;脱扣电路;漏电电流;动作时间
【作者】高瑜;赵建文;宋璐雯;魏振龙;高梅
【作者单位】西安科技大学电控学院 ,陕西西安 710054;西安科技大学电控学院 ,陕西西安 710054;西安科技大学电控学院 ,陕西西安 710054;西安科技大学电控学院 ,陕西西安 710054;西安科技大学电控学院 ,陕西西安 710054
【正文语种】中文
【中图分类】G642.423;TM561
据统计,电击伤害是建筑行业6大伤害之一,所以供电安全显得非常重要。

依据《施工现场临时用电安全规范》(JGJ16-2005)规定：避免用电人员触电和发生电气火灾,除了使用合格电器元件外,通常接地保护、漏电保护和绝缘电阻3大保护措施保障用电人员安全[1]。

本专业学生正确使用漏电断路器是必须掌握的基本技能,必须
掌握漏电保护原理和参数含义,为此研制一台测试漏电断路器参数的装置,可以帮助学生理解漏电保护原理。

漏电断路器可分为电流型、电压型和脉冲型3种。

其中电压型一般只保护变压器低压侧,脉冲型可能受到电流的不平衡影响,产生误动作。

电流型断路器除了具有漏电功能,还具有短路、过压和欠压脱扣功能。

所以在日常应用中采用电流型漏电断路器[2]。

1 透明电流型漏电断路器工作原理及参数要求
1.1 透明外壳电流型漏电断路器工作原理
目前市场上有两种形式电流型漏电保护：一种是采用专用漏电保护器和断路器配合使用；另一种是直接采用透明塑料外壳带漏电保护功能断路器。

透明外壳电流型漏电断路器同时起到隔离开关、断路器和漏电保护器三重功能,所以目前施工现场大多采用透明外壳电流型漏电断路器。

由于传统断路器或空气开关为非透明,要求在断路器前边增加隔离开关,使得出现明显可见断点。

本系统测试DZ20LE-40/4901系列带漏电功能的塑料外壳线制断路器,可以明显有可断点,不需要增加隔离开关,已广泛应用于工业和施工现场。

其工作原理:在正常工作情况下,依据基尔霍夫定理：Ia+Ib+Ic+IN=0(Ia、Ib、Ic、IN为相电流)，没有产生漏电电流,流过零序互感器,电流为0,互感器中铁芯感应磁通也为0,互感器二次输出为0,断路器工作正常。

当发生漏电时,产生漏电电流Ik,流过零序互感器电流不为0,互感器中铁芯感应磁通,带动电磁脱扣,使得断路器跳闸，从而实现对用电人员的保护。

为了用电人员方便检测漏电断路器脱扣电路是否完好,断路器自带脱扣检测电路,通过人为按动按钮SB实现对脱扣线圈的带动,从而实现自动脱扣。

漏电断路器工作原理见图1[3]。

图1 漏电断路器工作原理图
1.2 漏电断路器参数要求
依据《剩余电流动作保护器一般规定》(GB6829)和JGJ46等规范的规定。

通用漏电断路器主要根据以下参数进行控制：(1)试验按钮SB可以通过手动对断路器的脱扣机构进行测试；(2)漏电电流危害的大小由漏电电流和漏电时间共同决定,依据IEC规定漏电动作时间和漏电电流的乘积不得大于30 mA·s；(3)防止因为漏电产生越级跳闸现象,在最高一级漏电保护动作电流最大可以到300 mA,主要目的是防止因为漏电产生火灾安全等事故；(4)最后一级用电漏电规定漏电电流不得大于30 mA,动作时间小于0.1 s[4]。

2 实验台硬件
2.1 实验台框图
电源采用三相四进线,正常电源经过4P带漏电功能的断路器,其中三相设备主要供给三相负载,这里选用三相异步电动机作为三相负载设备,通过电压切换开关和电压表对系统线电压进行显示,工作状态分为正常工作状态和漏电状态[5]。

(1) 正常工作工况。

漏电开关断路器,经过电流表对其中一相电流进行采集并显示,由于负载选用电动机功率为120 W,其工作电流小于5 A,不需要加装电流互感器,可以直接加载到电流表。

经过断路器后进入交流接触器和热继电器。

带动电动机进行工作,其中交流接触器的辅助触头可以作为毫秒表停止信号输入。

(2) 漏电工况。

在漏电工况下,通过漏电按钮对中间继电器控制、实现对漏电支路进行切换，并取中间继电器常开触电作为毫秒表的启动信号。

漏电电流大小可以通过调整功率电阻的阻值大小进行控制,从而实现对漏电电流值测试[6]。

实验台原理框图见图2。

图2 测试实验台原理框图
2.2 硬件电路
2.2.1 实验台主回路
外部电源进线经过熔断器(FU),进入带漏电功能的漏电断路器(QF)，经过交流接触器(KM)和热继电器(KH),带动电动机(M)负载进行工作。

2.2.2 实验台控制回路
通过主回路启动按钮(SB1)和停止按钮(SB2)对KM进行控制,漏电按钮(SB3)对KB1线圈进行控制,实现对漏电支路控制。

2.2.3 显示回路
此实验台共有4个表,即电压表、电流表、毫安表和毫秒表。

电压表电压显示通过切换开关SA1的切换,可以显示A/B/C三相间的线电压；电流表直接接在主回路C 相上,如果电机正常工作,则可以测出电动机工作电流；毫安表直接接在漏电支路上端,如果KB1切换为漏电状态,则通过A相对地间电压经功率电阻R1和电位器R2,形成的漏电回路的电流；毫秒表通过对表上Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ端子的通断实现,对漏电动作时间进行测定[7]。

图3 系统硬件电路
2.3 硬件实物图
依据图3原理,实验室共制作了8套漏电断路器测试实验台,实物见图4。

实验台制作工程中,充分考虑学生实验实际情况,防止学生在实验中产生触电现象,安装板采用胶木绝缘板,并且预留各种插线孔,学生可以任意改变线路[8]。

图4 硬件实物图
3 实验台元件的选型及性能测试
3.1 实验台元件明细表及功能介绍
实验台采用元件明细及功能介绍见表1。

表1 系统主要元件及功能元件名称元件型号功能介绍漏电断路器DZ20LE-
100/4901漏电情况下自动跳闸电压表YZ48AV-5X1系统电压显示电流表
YZ48AV-5X1(5A)显示正常工作时电流毫安表0～500 mA测试漏电电流大小功率
电阻R-5K\R-2K调整漏电电流大小电位器R-3K、50 W切换开关切换漏电支路交流接触器ZJX2-0910电机控制毫秒表417B漏电动作时间测试
3.2 毫秒表性能校验及设置
3.2.1 毫秒表性能
选用的毫秒表为417B型数字式电秒表,因为漏电断路器动作时间要求不能大于0.1 s,故对电秒表精度要求较高。

详细参数见表2。

表2 417B型数字式电秒表参数类型参数值测量范围0.0001 s～9999.9 s测量误
差≤0.00005 s±0.00001 s工作方式连续适应信号空触电工作电源AC220 V,50
Hz
3.2.2 毫秒表的校验
为了能够更准确校验毫秒表,按图5搭建线路(给毫秒表接线端子L、N供220V交
流电压),通过PLC定时器输出控制KB1和KB2,开始计时时,KB1闭合、KB2断开,
毫秒表启动计时,经5 s后,KM2闭合、KM1断开,毫秒表停止计时,查看毫秒表所显示的时间与5 s进行比较,并进行调整,使毫秒表显示的数值在5 s±0.000 06 s范围内。

图5 毫秒表校验电路
3.3 毫安表性能校验及设置
3.3.1 毫安表参数设置步骤
将毫安表主页面打开,按“Menu”,设置为“CodE”；按下“”,毫安表初始设置
不改变；按下“”,毫安表设置为“0000”；按下“”按键,设置显示为“0001”；按下“”,由于本实验中无电压经PT、无电流经CT输入,故此时不再设置,仍按毫
安表的初始设置；按下“”,毫安表设置为“0000”；长按“”按键,设置显示为“0100”；按“Menu”按键两次,显示为“SAVE”后按下“”,返回主页面,参数
设置完毕。

3.3.2 毫安表的校验
按图6所示电路提供220 V交流电,回路中串接9 kΩ的电阻,经计算应流过毫安表的电流为24.4 mA；对毫安表进行校正,使实际流过其的电流与计算所得电流值对应相等。

图6 毫安表检验电路
3.4 漏电功率电阻选择
系统产生漏电时,任意一相电流接地或其他泄漏电流而产生漏电现象生。

正常情况下相对地电压为220 V,而漏电断路器,依据计算出R应选择7.3 kΩ左右,可以达到30 mA。

实际中经过测试，部分断路器漏电动作电流小于30 mA。

经过多次试验,选择阻值为4.5 kΩ功率电阻1个,2 kΩ电阻2个和3 kΩ电位器1个,通过不同的串并联组合,实现对漏电短路器漏电电流的大小进行控制。

4 实验台测试结果及分析
4.1 实验台带电调试实物图
元件参数校验完成后,对实验台带电进行了调试,各回路工作正常、表能正确显示读数和指示灯能正常显示[9]。

调试实物图见图7。

图7 调试实物图
4.2 试验按钮测试结果
通过对漏电断路器上试验按钮(图1中SB)的操作,可以启动断路器内部脱扣电路的试验,判断其是否在工作合格。

4.3 漏电动作电流和漏电测试结果
为了能够开展实验,制作了8台实验台。

带电调试后,漏电动作电流IΔn和动作时间t测试结果见表3[10]。

表3 漏电断路器测试结果仪器编号
12345678IΔn/mA2617282725261519t/ms8080906070809080
通过实验测试,所有漏电电流小于30 mA,所有漏电断路器动作时间小于0.1 s。

符合要求,产品合格。

4.4 设备调试过程中遇到问题
由于漏电断路器漏电动作电流只是给出范围小于30 mA ,由于每个断路器固有特性,动作电流并不相同,故只有通过调整功率电位器的阻值测定动作值。

而毫秒表,则只要启动漏电支路,即开始计时,因而计时值大于实际漏电动作时间，所以不能够同时实现对其的测定[11]。

实验中只能分步进行测试。

首先测出动作电流大小,然后调整电流大于动作电流,切换漏电支路控制开关,实现对断路器动作时间的测定[12]。

5 结语
通过该实验台的设计和制作,并通过带电调试,表明能够满足设计功能。

同时在实验过程中能够帮助学生学会对各种电流电压表的使用和校验、对电秒表的使用。

让学生对漏电断路器的使用和原理更进一步的加深理解,学生走向工作岗位,能够尽快的适应。

参考文献(References)
【相关文献】
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