一種便攜式低壓空開綜合測試儀的研制及應用

李陽 馮忠奎 李國成 劉廣 于洋

摘要：詳細介紹了便攜式低壓空開綜合測試儀的結構、原理和使用方法。通過實際測試，驗證了綜合測試儀對低壓空開漏電、過流、短路3種測試的有效性和安全性。通過重復短路測試，確定了碳棒更換短路試驗的次數閾值。該測試儀對提升入網空開合格率具有重要意義。

關鍵詞：低壓空氣開關;綜合測試;短路測試;新型工裝

0 引言

漏電和短路是電氣設備發生火災的主要原因。目前對漏電和短路的防控手段主要是使用帶漏保功能的空氣開關。據統計，發生故障后空氣開關不動作的占比達25.1%，不動作原因主要是空氣開關漏保功能障礙、過載和短路時無法脫扣或脫扣超時。因此，空氣開關投運前對其開展短路、漏電等試驗尤為必要。但由于短路試驗時會產生火花，供電企業在驗收空開時，并不開展短路試驗，導致不合格的空開入網運行，給后期運維帶來困難。因此，研制一種具備短路測試功能、操作安全的低壓空開綜合測試儀具有重要意義。

目前，業內缺乏集漏電、過流、短路測試功能于一體的低壓空氣開關綜合測試儀，因此，開展空開入網試驗時，必須攜帶漏電、過流、短路試驗3套設備，且現有短路測試儀操作過程存在危險，影響了低壓空氣開關短路試驗的正常開展。針對上述問題，本文開展新型便攜式低壓空開綜合測試儀研究，測試儀針對目前主流的63 A戶表空開研制，一臺儀器可以實現漏電、過流、短路3個測試，儀器封裝在外置鋁合金外殼中，具備良好的防爆性，測試過程采用遙控方式，避免短路測試時就近操作發生人員觸電危險，具備良好的安全性。

1 測試儀結構與原理

1.1? ? 測試儀結構

該綜合測試儀集漏電、過流、短路測試功能于一體，總體結構如圖1所示，測試過程采用遙控方式，遙控電源采用直流12 V供電，遙控開關如圖2所示。

1.2? ? 漏電測試原理

如圖1所示，為了測試漏電電流超過30 mA、0.1 s時空開必須可靠跳閘，在火線與大地之間串聯一個6.3 kΩ電阻，圖2所示的電源遙控AC220 V開關合閘，接地電流（漏電流）是35 mA。若開關質量合格，在0.1 s內應該可靠跳閘，其動作時間由通電計時器A記錄下來。

為了測試漏電電流小于15 mA時空開必須可靠不跳閘，在火線與大地之間串聯一個22 kΩ電阻，遙控AC220 V開關合閘，接地電流（漏電流）是10 mA。若開關質量合格，應該可靠不跳閘，若其誤動作，則動作時間由通電計時器A記錄下來。

1.3? ? 過流測試原理

如圖1所示，為了測試1.13倍額定電流在1 h內空開不動作，在火線和零線之間串聯一個3.090 Ω電阻，并串聯一個95 A的交流接觸器，遙控AC220 V開關為交流接觸器的線路回路通斷220 V交流電，該測試需要持續3 600 s以上（通電計時器B記錄）。若開關質量合格，3 600 s內空開應該不跳閘。

為了測試1.45倍額定電流在1 h內空開必須動作，在火線和零線之間串聯一個2.408 Ω電阻，并串聯一個95 A的交流接觸器，遙控AC220 V開關為交流接觸器的線路回路通斷220 V交流電，該測試需要持續3 600 s。若開關質量合格，3 600 s內空開應該跳閘。

1.4? ? 短路測試原理

短路測試儀工裝原理圖如圖3所示，12 V的電磁鐵放在箱體外側，伸縮棒的端部在箱體內部，端部安裝一根套在環氧管內的直徑10 mm碳棒，端部呈V型，電磁鐵不通電時，碳棒與V型槽間距8 mm，通電時向前伸出12 mm，為了緩沖撞擊力，在V型槽后部加裝導電彈簧。碳棒使用2.5 mm2軟銅線連接火線;鎢鋼槽使用2.5 mm2軟銅線連接零線。短路測試儀器工裝結構圖如圖4所示，各元件封裝在外置鋁合金外殼的箱體中，所有的開關、電阻等元件都安裝在環氧樹脂面板上，接線在箱體內部，打開箱體即可更換碳棒、擦拭短路電弧燒蝕的碳粉。

短路模擬過程：電磁鐵提供動力，驅動接著火線的V型碳棒撞擊接著零線的V型鎢鋼，實現短路。短路瞬間，碳棒與鎢鋼的接觸面呈VV型，因VV型接觸面積大，不會產生尖端放電，最大程度避免電弧燒蝕碳棒和鎢鋼。

2 儀器操作方法

儀器操作步驟如下：

（1）儀器接地;（2）給AC220 V穩壓源接電源;（3）檢查RTO保險和刀閘應在合閘位置;（4）合上95 A單相空開;（5）合上63 A被測空開;（6）漏電測試，分2次遙控;（7）過流測試，分2次遙控;（8）短路測試，遙控1次;（9）拆除AC220 V電源線，拆除63 A被試空開，拆除接地線，試驗結束。

3 試驗驗證

3.1? ? 有效性和安全性驗證

選取200只帶漏保功能的63 A空開，其中用于漏電和過流測試的空開各50只，用于短路測試的空開100只，驗證綜合測試儀的有效性和安全性。

試驗中發現漏保功能缺失的空開有5只，過流功能缺失的空開有2只，過流延遲動作的空開有2只，短路功能缺失的空開有1只，短路脫扣延遲導致越級跳閘的空開有3只，驗證了測試儀應用于漏電、過流、短路測試的可靠性。經200次試驗后，測試儀外殼完好無損，未發生人身傷亡事故，證明了測試儀具有良好的安全性。

3.2? ? 碳棒更換短路試驗次數閾值的確定

短路測試時，電火花瞬間溫度達3 300 ℃，存在燒蝕碳棒的可能，因此須測試致使碳棒燒蝕的短路試驗次數。本文以63 A低壓空開為例，對5套綜合測試儀重復開展短路試驗，以因碳棒燒蝕嚴重致使短路試驗無法繼續的次數為閾值，得到的閾值如表1所示，可知試驗次數都在1 200次以上，因此碳棒具有很好的耐用性，保守考慮，建議將碳棒更換的試驗次數閾值定為1 000，試驗到1 000次后，更換碳棒。

4 結語

本文研究的便攜式低壓空開綜合測試儀在空氣開關保護測試領域屬于首創，具有以下創新點：（1）可以實現漏電、過流、短路一體化測試;（2）全部測試采用遙控方式，操作安全，使用方便;（3）開發的短路測試新型工裝價格低廉，方便更換部件;（4）增加了一級和二級保護，避免短路試驗時易造成試驗電源跳閘。通過實際應用，驗證了本產品的性能，具備良好的應用前景和推廣價值。

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