一種小型斷路器觸頭同步檢測裝置的研制

摘 要：為滿足安全標準中對多極斷路器觸頭同步性的檢測要求，研制了一種專用于小型斷路器觸頭同步性的檢測裝置，采用直流電源和交流大電流電源組成判斷線路，使用USB數據采集器件對電壓信號進行采集和處理，以圖形方式直觀地顯示斷路器觸頭在手動分合、自動斷開時的同步性，并可用于斷路器的自由脫扣功能判斷。

關鍵詞；斷路器；觸頭同步；自由脫扣

引言

小型斷路器（MCB）是具備一定帶載閉合和分斷電路能力的開關，多極斷路器的觸頭同步性能對其工作性能具有重要影響，因此在小型斷路器的安全檢測標準中對其觸頭同步性有明確要求，標準上推薦用示波器、指示燈以及臨時搭建的輔助電路檢測，操作不便且需要人工判斷，效率不高。

1 檢測標準對斷路器觸頭同步性的要求

小型斷路器是最常見的低壓電器品種，其體積雖小，但由于擔負線路保護功能，因此對其安全性能要求十分嚴格。在GB10963中對多極斷路器的機械結構有如下要求：

（1）多極斷路器的所有極的動觸頭機械上應這樣聯結，即除了可開閉的中性極（如果有的話）外，所有極無論是手動操作或自動操作基本上同時接通和同時分斷，即使僅在一個保護極發生過載時也是如此。四極斷路器的開閉中性極不應比保護極后閉合和先斷開。通過采用適當的裝置進行檢查和手動試驗來檢驗是否符合要求。

（2）如果具有適當短路接通分斷能力的一個極被用作中性極，并且斷路器是無關人力操作則所有的極包括中性極可以基本上同時動作。

（3）當斷路器的觸頭同步性不能滿足要求時，斷路器在閉合或分斷電路特別是在出現過電流情況的電路時，因觸頭不同步就可能會導致故障，例如不具備保護能力的N級如先斷開，會導致回路中電流重新分配，且N極可能流過大電流而損壞。

2 斷路器觸頭同步檢測原理

圖1中所示檢測裝置采用+3.3V直流電源，用于當試品閉合或斷開時，通過測量試品觸頭上下端電壓的突變從而判斷同步性。AC4V電源實際是一個由調壓器、降壓變壓器組成的電源，輸入為市電，輸出最大為有效值4V，其通、斷電可由電源輸入側開關控制。AC4V電源用于施加在試品的一極上，以產生瞬時過電流，可以使產品過電流脫扣。USB6009為數據采集器，用于采集觸頭上下端電壓并送入嵌入式工控機進行處理和顯示。

圖1中所示各器件的選擇依據如下：

交流電源：USB6009采集器在差分輸入模式下輸入限值為±10V，因此交流電源的輸出電壓峰值不能超過10V。而根據斷路器觸頭的阻抗經驗來看，除部分限流能力特別強的斷路器，有效值為4V的交流電源可以產生500A左右的電流，足以使斷路器在較短的時間內脫扣。

電阻R：電阻R用于保護直流電源，使其避免短路故障。此外當使用交流電源分斷試品時，當使用交流電源進行斷開操作時，電阻R也起到對2個電源的保護作用；當試品斷開時，交流電源和直流電源共同施加在觸頭上下端，由于交流電源輸出端實際為變壓器的輸出線圈，直流電阻非常小，故直流電源的電壓幾乎都施加在電阻R上，同樣交流電源的電壓也經過電阻R才施加到直流電源上，故2個電源都得到保護。因此R只要使用一個較大阻值的電阻即可，精度也無關緊要。

采集器件：USB6009是美國國家儀器公司（NI）的一款USB低端串行采集卡，具有4路差分輸入（也可變為8路單端輸入），采樣最大速率48k/s。其優點是價格低、性能合適，而且支持采用LabView軟件方便地開發軟件。

3 檢測操作方式

根據圖1原理組裝的檢測裝置的操作方式有三種，見表1，由此實現了空載和過電流斷開條件下檢測觸頭同步性的功能。當閉合產品手柄并保持時，通過控制交流電源輸出也可檢測產品的自由脫扣功能。

4 處理軟件的編制要點

采集軟件要實現的必要功能包括：采集參數設置、數據顯示、數據計算處理等，軟件的操作性直接影響到檢測的效率。USB6009支持使用LabView軟件開發，LabView軟件使用圖形化語言開發，可以大大提高開發效率。軟件編制過程中需要解決的要點有：

4.1 采集的觸發控制

USB6009不具備硬件觸發，而觸頭同步信號的檢測應用單次觸發方式采集，即只要達到觸發信號后再采集足夠時間數據即可，因此只能通過計算機在采集同時不斷判斷是否達到觸發條件。由于采集的信號量不需要太大，因此在軟件編制時可根據需要采集的數據量設定每一次采集的數據段大小，不斷采集并判斷每段數據是否達到觸發條件，并保留觸發前一段（如無則補零）和后一段數據，最后從中截取所需數量的數據。

4.2 采集數據的自動計算

由于采用直流信號進行判斷，當觸頭分合時，根據圖1的回路，采集到的信號是突升或突降的直流電壓，因此只要判斷電壓突變點即可確定該觸頭動作位置。對于使用交流電源的觸頭回路，只進行分斷檢測，當其分斷時觸頭上下端電壓將由0V變為交流電源的空載輸出電壓，可通過閾值判斷并尋找電壓突變點從而確定突變時間。

5 結束語

本裝置的原理適用于過電流斷路器，對于僅具有剩余電流保護功能的且與線路電壓有關的斷路器則不適用。此類斷路器必須采用高壓交流電源供電，且使用剩余電流使其脫扣，可在本裝置主電路原理基礎上做進一步改進實現。如配合氣缸、安裝夾具等并采用PLC控制，則可以實現產品的全自動操作，進一步提高效率，適應大批量產品檢測。

參考文獻

[1]王建新，吳曉陽，吳獻東，等.通斷檢測采集軟件的要求和LabVIEW編程[J].檢驗檢疫學刊，2014（1）：19-22.

[2]GB10963.1-2005.家用及類似場所用過電流保護斷路器 第1部分：用于交流的斷路器[S].2005.