低压断路器保护特性实验的设计

Ｔ ｅ １ ． ： ０ ２ ９ ￣２ ６ ６ ８ ５ ８ ３： Ｅ－ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｊ ｄ ｓ ０ ８ ＠ ｍａ ｉ ｌ ． ｘ ｊ ｔ ａ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
Ｏ
图１ 断 路 器 三 段 保 护 特 性 示 意 图
如果 能够 由学 生 自己设 计 实 验 方 法 ， 由指 导 教 师
保 护 电路发 生过 载故 障 时 ， 故 障 电流使 热 双 金 属元 件 弯 曲变形 ， 推动杠杆 使得 机械锁 定机 构复位 ， 动 触头移
离 静触头 ， 从而实 现分 断线路 的功能 ； 当被保 护线 路发
输 出一个较 大 的电流 ； Ａ是数 字 电流 表 ， 配合 电流 互感
器显 示实 验 回路 的电流 值 ； Ｚ Ｋ是 被试 低压 断路 器 ； 电 秒 表连接 在断路 器 的辅助开关 上用来 测量 断路 器的开
２ ． １ 断 路 器 的 工 作 原 理
关， 也是保 护用断路 器 ； Ｚ Ｂ是 自耦调压 器 ， 为大 电流 发 生器 提供 可 以调 节 的输 入 电压 ； Ｄ Ｂ是 大 电 流发 生 器 ，
当断路 器手柄 扳 向指示 闭 合 位置 时 ， 通 过 机械 机
构带 动触头 靠 向静 触头并 可靠 接触 ， 使 电极 接通 ； 当被
金属（ 合金 ） 彼 此 牢 固结 合 的组 合 材料 。 热膨 胀 系数 高 的一层成 为 主动层 ， 热 膨 胀 系数 低 的 一层 称 为 被 动 层 。为 了获 得特殊 性 能的双 金属 ， 还 可 以有 第 ３层 、 第 ４层 ， 起 到调解 阻值 的作用 ， 习惯上 称 为热 双 金属 。受
热时， 主动 层 的 自由伸 长大 于被动层 的 自由伸 长 ， 主动
层 的 自由伸长 与被动 层 的 自由伸 长互 相 牵 制 ， 结 果是 主动层产 生 向外 的应 力 ， 被 动层产 生 向内的拉 应力 ， 两 力 组合产 生力 矩 ， 使 双 金 属 片弯 曲 ’ 。 。 图 ２为 Ｄ Ｚ ５ — ２ Ｏ塑料 外壳 断路器 双金属 片机构 图片 。
断 时 间。
生 短路故 障时 ， 故 障 电流使得 瞬时脱 扣机构 动作 ， 铁芯
组 件 中的顶 杆迅 速顶 动杠 杆 使 锁 定机 构 复 位 ， 实 现分 断 线路 的功能 。
２ ． ２ 断 路 器 的 过 载 保 护
过载 长延 时保 护较 多地 采用双金 属元 件实 现长延
时 反 时 限 的 保 护 。双 金 属 是 由 不 同热 膨 胀 系 数 的 两 层
ＣＬＣ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ：Ｔ Ｍ ５ ２
Ｄｏ ｃ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｄ ｅ：Ａ
Ａｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｉ Ｄ ：１ ０ ０ ６ —７ １ ６ ７（ ２ ０ ０ ９） ０ ４—０ ０ ４ ３ —０ ３
１ 引 言
低压 断路 器是 一种 使用 于低 压 电 网额 定 交流 电压
第２ ８卷 第 ４期 ２ ０ ０ ９年 ４月
实
验
室
研
究
与
探
索
Ｖ０ Ｉ ＿ ２ ８ ＮＯ ． ４
Ａｐ ｒ ．２ ０ ０ ９
ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ Ａ ＮＤ ＥＸＰＬＯＲＡＴ１ ０Ｎ Ｉ Ｎ Ｌ ＡＢ０ＲＡＴ０ＲＹ
低 压 断 路 器 保 护 特 性 实 验 的设 计
王 宣东， 张 国钢 ， 孙 丽琼 ， 耿 英 三
大 电流发 生器 ： ３ ０ Ｖ， １ ５ ０ Ａ； 自耦 调 压 器 ： ０～ ２ ５ ０
Ｖ， ５ ｋ Ｖ Ａ。用 于 产 生 使 被 测 断 路 器 动 作 的 电 流 和
电压 。
ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｌ ｏ ｗ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｂ ｒ ｅ ａ ｋ ｅ ｒ ｗｅ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ． Ｔｈ ｅ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ａ ｎ ｄ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｌ ｏ ｗ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｂ ｒ ｅ ａ ｋ ｅ ｒ ｗｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ，ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｍａ ｉ ｎ ｅ ｑ ｕｉ ｐｍｅ ｎ ｔ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ． Ｔｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｔ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｍｅ ｅ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｍａ ｎ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｐｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｃ ｏ ｕ ｒ ｓ ｅ， ａ ｎ ｄ ｔ ａ ｋ ｅ ｓ
求， 达 到预 期效 果 。
关键词 ： 低 压 断路 器 ； 保 护 特性 ；实验教 学 中 图分 类号 ： Ｔ Ｍ ５ ２ 文献标 识 码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ６— ７ １ ６ ７ （ ２ ０ ０ ９ ） ０ ４— ０ ０ ４ ３— ０ ３
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｐｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏｎ Ｃｈ ａｒ ａ ｃ ｔ ｅｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ Ｅｘ ｐ ｅｒ ｉ ｍｅｎ ｔ ｏ ｆ
Байду номын сангаас
Ｌ ｏ ｗ Ｖｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ Ｃｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ Ｂｒ ｅ ａ ｋ ｅ ｒ
ＷＡＮＧ Ｘｕ ａ ｎ — ｄ ｏ ｎ ｇ， ＺＨＡＮＧ Ｇｕ ｏ — ｇａ ｎ ｇ， ＳＵＮ Ｌ ｉ — ｑ ｉ ｏ ｎ ｇ， ＧＥＮＧ ｙ 一 ｓ ａ ｎ
（ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ，
（ 西安 交 通大学 电力 设备 电气 绝 缘 国家重 点 实验室 ， 陕 西 西安 ７ １ ０ ０ ４ ９ 摘 要 ： 低 压 断路 器在 配 电 系统 中起 着 十分 重要 的作 用 ， 低 压 断路 器保 护特性 的 实验加 深 了学生对 理论 知识 的理 解 ， 锻 炼 了动 手能 力 。讨论 了低 压 断路 器 的工作 原理 和保 护特 性 ， 设 计 了断路 器保护 特性 实验 的方 法和基 本 原理 图 ， 并给 出了 实验 主要 设备 的详 细参数 。教 学 实践表 明 ， 上述 实验 系统 满足 了教 学要
ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｖ ｅ ｒ ｙ ｗｅ ｌ １ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ：ｌ ｏ ｗ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ ｂ ｒ ｅ ａ ｋ ｅ ｒ；ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ；ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｔ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ
图 ４ 断 路 器 保 护 特 性 实 验 的 原 理 图
３ ． ２ 主 要 设 备 及 用 途
测试 断路 器 ： Ｄ Ｚ ５ — ２ ０ ６ Ａ 。该 断路 器 结 构简 单 ， 双金属 片及 瞬动机构 清晰 ， 便 于学 生实验 时观察 ； 额定 电流小 ， 易于满 足瞬动 实验 时的动 作条 件 。
电器 。按 功能 被定 义 为 能 够接 通 、 承 载 及分 断 电路 正常 电路 的 电流 ， 也 能 在 规 定 的非 正 常 条 件 下 （ 过载、 短路、 欠 电压及 发生 单 相 接 地故 障时 ） 接通 、 承载 一 定
时间 和分断 电 流 的开 关 电器 ， 也称 空气 断路 器 。
收 稿 日期 ： ２ ０ ０ ８— ０ ６—０ ５
基金项 目： 新 世 纪 优 秀 人 才 支 持 计 划 资 助 项 目（ Ｎ Ｃ Ｅ Ｔ ０４ － － ０ ９ ２ ４ ） 作者简介 ： 王宣东 （ １ ９ ６ ８一） ， 男， 河南开封市人 ， 高级 工程师 ， 硕 士
主要研究领域 ： 电器 Ｃ Ａ Ｄ， 智 能 电器 。
Ｘ ｉ ’ ａ ｎ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ４ ９ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｌｏ ｗ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｂｒ ｅ ａ ｋｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｋ ｅ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｉ ｎ ｌ ｏ ｗ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ．Ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｈ ｅ ｌ ｐ
的理解 ， 而且 可 以充 分发挥 学生 自己的聪 明才 智 ， 提 高
学生 实验 的积极性 ， 培 养 了学 生 分 析 问题 和 解决 问题 的能 力 ， 这 对提高实 验教学 的效 果是非 常有 意义 的。
２ 低 压 断路 器 保 护 特 性 分 析
图 ３ 低 压 断 路 器 瞬 动 机 构 实 例
实 验 室 研 究 与 探 索
第２ ８ 卷
根 据实验 室 的具体情 况 提 出改 进 意 见 ， 最 终通 过 实 验
手 段测试 出断路 器 的保 护 特性 曲线 ， 不 仅 可 以使 学 生
熟悉低 压断路 器 的工作 原 理 ， 加 深对 断 路 器保 护 特 性
ｓ ｔ ｕ ｄ ｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｏ ｕｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈｅ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｐ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｕ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ｐｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ， ｔ ｈｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ Ｏ １ ｑ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｌ ｏ ｗ— ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｂ ｒ ｅ ａ ｋ ｅ ｒ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐａ ｐ ｅ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｐｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐｌ ｅ ｓ ｏ ｆ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ －
在 １ ． ２ ｋ Ｖ以下 ， 直 流额 定 电压 在 １ ． ５ ｋ Ｖ 以 下 的 配 电
低 压断 路器 的保 护 特性包 括 ： 过载 长延 时 、 短 路短 延时、 短路 瞬动 的三段 保 护 ， 欠 电压 保护 和单 相点 弧性 接地 （ 对地泄漏电流 ） ， 以及单 相 金 属性 短路 、 三 相 不 平衡 电流 和 发 电机 的逆 功率 等 的 保 护 。最 常 用 的 是 三段保 护 。 图 １是 三段 保护 曲线 的示 意 图。