防爆開關通斷試驗裝置的研制

防爆開關通斷能力試驗是模擬交流電路中發生各種過載或短路故障時，考核電路中安裝的開關電器是否能及時可靠的接通和分斷故障電流。隨著煤礦井下供電網絡及采掘設備單機容量的增大，對防爆開關通斷能力要求越來越高。為保證防爆開關安全使用，除了防爆外殼外，還須縮短開關分斷故障電流的時間，以防止電弧的熔融顆粒引起傳爆，甚至燒穿防爆外殼，引起煤礦爆炸事故。因此，接通和分斷能力是低壓電器產品安全性能檢驗中非常重要的項目。

大容量分斷能力試驗的特點是系統龐大，人力、物力和資金的投人巨大，試驗過程復雜并且是電量變化的瞬態過程，信號所含內容豐富，試驗的結果對被試樣品有破壞性，基本上不具有重復性。因而，準確可靠地捕獲試驗過程中的各種數據就極其重要。而原試驗室使用的試驗裝置，采用光線示波器拍攝波形，電流分流器精度較低，安全性差;同時由于采用人工測量，故效率低，誤差大。本設計采用了先進的測量系統，試驗準確、可靠，試驗裝置達到了較先進的水平。

2 防爆開關通斷試驗裝置簡介

試驗裝置由主電路(試驗變壓器、保護開關、合閘開關、負載阻抗等)、控制系統(TDY-1電器通斷試驗控制臺、功率驅動單元及試品控制電源柜)、測量記錄系統(電量取樣單元、BE494數據采集硬件系統)、保護(試品熔焊保護、主電路通電過長保護)及PLC等組成。

3 測量記錄系統

采用計算機采集波形數據，采集到的波形可以在計算機上進行實時波形分析，通過相關軟件將測量結果自動生成報告，并打印出來，完全排除了人為因素，保證了試驗數據的科學性與準確性，同時也大大提高了檢測效率。

(1)系統簡介

系統由信號傳感器(空芯電流互感器、霍爾元件),BE494數據采集板和個人計算機組成。其組成原理框圖如圖1所示。BE494數據采集板、控制軟件TEAM490以及可用于直接進行波形分析的分析軟件ProView是由Nicolet公司開發，適用于實驗和產品檢驗，并能滿足打印輸出要求的系統。

圖1 測量記錄系統原理

(2)信號傳感器

電壓信號傳感器采用LV100型LEM 模塊，LV100型是原邊電路與副邊電路電絕緣的傳感器，可測量直流、交流和脈動電壓，并可進行精確測量，準確度達到0.5級，滿足測量精度的需要。

電流信號傳感器采用空芯電流互感器，它與積分器組成電流傳感元件，并由放大器進行量程切換，電流靈敏度為10 - 60kA/V，按電流大小分4檔可調。其靜態精度經校準后優于±1.0%，靈敏度高，并且體積小巧，安裝方便。

(3) BE494數據采集硬件系統

BE494數據采集硬件系統是通過PC機上插板實現的先進瞬態記錄儀，BE494插入板提供數據采集的硬件系統，它在12位分辨率下采集數據的最大采樣率為1M S/s(在單通道情況下，每秒采集105個數據),BE494可同時提供8個雙端輸入信號的采樣。板上有128K采樣存儲器和擴展的數字觸發功能。

(4) TEAM490數據采集控制軟件

TEAM4 90數據采集控制軟件在Windows環境下工作。主要是控制BE494采集板各通道的工作以及用于簡單顯示所采集的試驗波形，并可對波形進行簡單測量。在數據采集時只要打開Team490就可以進行波形采樣工作。

(5) 數據采集系統軟件包(ProView)

ProView軟件由TeamView,T eamPlot以及Team490等模塊組成。TeamView是本軟件的核心，主要對軟件的各個模塊進行編輯，形成試驗處理文件、調用所有已設置好的試驗設置。它也是數據處理和控制中心，可以對所采集波形進行測量和計算，完成試驗報告的關鍵步驟。

TeamPlot視窗用于編輯試驗報告的頁面，利用游標箭頭可在紙面上拉出波形視窗、表格、文本框、圖片框、線條及頁眉、頁腳等對象�？梢岳�用對象定位對所選對象進行精確定位。在各個對象中可以加入波形、數據、文字等變量，以生成符合標準的試驗報告頁面。

4 控制系統

本低壓電器通斷試驗控制臺的主回路中，其保護開關、合閘開關的接通與分斷、試品電源柜控制及出現意外情況時分斷電源的急停按鈕等各種操作均可在控制室完成，并且試驗時的各種狀況均可以通過指示燈顯示出來。通斷試驗主要是通過控制試品和主回路中合閘開關(CK)的閉合與分斷來完成，選用了OMRON可編程序控制器，可以將試品的接通與通斷時間控制在較精確的范圍內，并可以盡量減少試驗時大電流對試驗設備的沖擊�？紤]到多個配合需要通過時間調整才能完成，故梯形圖中的指令和語句在編程器中固定不變，每次只需要改變定時器中的數值，即可完成試驗需要的控制程序，梯形圖如圖2所示。

控制器的輸出點與外圍設備永久性連接見表1，通過控制臺面板開關選擇即可滿足試驗要求。

表1 控制器輸出點與外圍設備連接表

通過賦予定時器不同的數值，即可完成接通、分斷、可逆轉換、電壽命等各種類型的試驗，通過對第一次拍出的波形進行數據分析后，如若設置的時間不能滿足標準的要求，則可對計時器中的數值進行修改后再進行試驗，直至滿足標準要求。

5 系統的特點

(1)電壓、電流信號傳感器均采用了較先進設備。絕緣性能好，測試精度高，試驗的安全可靠性與測試精度均得到了保障。

圖2 控制程序梯形圖

(2)采用計算機進行數據采集和波形分析，數據采集的準確度可達到0.5級，波形分析時的測量精度可達到0.01ms，使得試驗結果的準確度大為提高。

(3)采用PLC可編程序控制器，不僅使通斷時間控制的更精確，而且時間調整也更方便，開關熔焊保護等各種保護性能均能更加準確可靠動作，保證了試驗的安全性。

(4)波形報告可直接打印，報告格式更清晰美觀。

6 結語

本試驗裝置能對工作電壓660V/114 0V ，電流630A的防爆電器進行檢測，其最大電流可達15000A。運行一年多以來，性能穩定，安全可靠，充分體現了采用新技術來提高效率和檢測水平的優越性，使防爆開關通斷能力檢測水平提高到目前國內先進水平，穩定的性能及數據準確的報告受到各方好評。