高壓斷路器試驗(yàn)課程課件

2021.11.6高壓電器高壓斷路器的試驗(yàn)第一節(jié)概述一、進(jìn)行高壓斷路器試驗(yàn)的意義：由于迄今為止還無(wú)法完全依靠設(shè)計(jì)來(lái)確定高壓斷路器的性能，因此，任何一種斷路器產(chǎn)品的制造，其性能都要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)來(lái)校正，而且在運(yùn)行過(guò)程中還需要不斷地檢查其各種工作特性，以保證高壓斷路器的工作可靠性。二、高壓斷路器的試驗(yàn)工程：〔l〕機(jī)械性能試驗(yàn)：有機(jī)械操作試驗(yàn)，運(yùn)動(dòng)特性試驗(yàn)，密封試驗(yàn)，防雨試驗(yàn)，破冰試驗(yàn)，耐寒試驗(yàn)，耐地震試驗(yàn)，機(jī)械壽命試驗(yàn)等。〔2〕截流性能試驗(yàn)：有長(zhǎng)期發(fā)熱試驗(yàn)，回路電阻測(cè)量，短時(shí)耐受電流試驗(yàn)，峰值耐受電流試驗(yàn)等。〔3〕開(kāi)斷與關(guān)合性能試驗(yàn)：有短路開(kāi)斷與關(guān)合能力試驗(yàn)，失步開(kāi)斷與關(guān)合試驗(yàn)，小電流開(kāi)斷與關(guān)合試驗(yàn)，空載長(zhǎng)線開(kāi)斷與關(guān)合試驗(yàn)，電容器組開(kāi)合試驗(yàn)，近區(qū)故障開(kāi)斷試驗(yàn)等。〔4〕絕緣性能試驗(yàn)：有工頻耐壓試驗(yàn)，沖擊耐壓試驗(yàn)，絕緣電阻測(cè)量，泄漏電流試驗(yàn)，介質(zhì)損失角正切值測(cè)量等。〔5〕特殊環(huán)境適應(yīng)試驗(yàn)：包括濕熱氣候條件試驗(yàn)，高原氣候條件試驗(yàn)，污穢試驗(yàn)等。三、高壓斷路器試驗(yàn)分類：分三大類。1．研究性試驗(yàn)：是設(shè)計(jì)制造前產(chǎn)品必要進(jìn)行的試驗(yàn)，它用以確定設(shè)汁的依據(jù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)；2．產(chǎn)品試驗(yàn)：包括型式試驗(yàn)、參考性試驗(yàn)、試運(yùn)行試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)四種，是產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行的試驗(yàn)，也是高壓斷路器試驗(yàn)的主要局部。詳述如下：〔l〕型式試驗(yàn)：目的是對(duì)某一斷路器的性能、質(zhì)量等各方面進(jìn)行研究和考核，并據(jù)此對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改和重新加工，然后再作考核。該試驗(yàn)的工程最多，占所有試驗(yàn)工程的大局部。不同產(chǎn)品應(yīng)做的試驗(yàn)工程由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)確定。型式試驗(yàn)是從一種產(chǎn)品中抽樣進(jìn)行的，假設(shè)一種產(chǎn)品的重要零部件經(jīng)過(guò)修改、代用以及重要的工藝更改時(shí)，都要重新按有關(guān)型式試驗(yàn)進(jìn)行考核。一種產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)假設(shè)干年后也要重新進(jìn)行型式試驗(yàn)?！?〕參考性試驗(yàn)：指型式試驗(yàn)以外的性能驗(yàn)證試驗(yàn)。由于使用環(huán)境和場(chǎng)合的不同，有些斷路器還要進(jìn)行諸如耐寒、耐地震、特殊環(huán)境適應(yīng)性等〕的試驗(yàn)。〔3〕試運(yùn)行試驗(yàn)：指產(chǎn)品所需完成的工業(yè)實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)考核。注意：對(duì)一種新產(chǎn)品，原那么上都必須滿足上述三種試驗(yàn)所規(guī)定的試驗(yàn)工程，才能通過(guò)鑒定，定型前方可投入批量生產(chǎn)?！?〕出廠試驗(yàn)：目的是為了保證每一臺(tái)產(chǎn)品的可靠性，對(duì)每一臺(tái)產(chǎn)品都得進(jìn)行。出廠試驗(yàn)工程只是型式試驗(yàn)工程中的一局部。具體工程由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。3．預(yù)防性試驗(yàn)：是指斷路器在運(yùn)行過(guò)程中所需進(jìn)行的試驗(yàn)。有關(guān)內(nèi)容參見(jiàn)?高電壓絕緣?。第二節(jié)斷路器開(kāi)斷能力試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康呐c條件：1．目的：研究和驗(yàn)證斷路器的開(kāi)斷能力。2.主要試驗(yàn)條件：電源電壓、恢復(fù)電壓的瞬態(tài)特性、開(kāi)斷電流中的直流分量、開(kāi)斷的電流、功率因數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)操作順序?！?〕電源電壓：試驗(yàn)電源采用工頻〔50Hz〕或盡可能接近工頻的正弦波交流電源。外施電壓應(yīng)保證滿足工頻恢復(fù)電壓的規(guī)定要求，即三相開(kāi)斷試驗(yàn)的工頻恢復(fù)電壓應(yīng)不低于其最高工作線電壓的90％；當(dāng)三相斷路器作單相開(kāi)斷試驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)考慮首開(kāi)相系數(shù)〔1.5或1.3〕。如首開(kāi)相系數(shù)取1.5時(shí)，單相試驗(yàn)工頻恢復(fù)電壓Uhf應(yīng)不低于下式確定的U1值：〔2〕．恢復(fù)電壓的瞬態(tài)特性：有關(guān)數(shù)據(jù)可查GB1984－80?！?〕．開(kāi)斷電流中的直流分量：用百分比表示。對(duì)于一般對(duì)稱開(kāi)斷的情況，直流分量不應(yīng)大于開(kāi)斷電流中交流分量峰值的20％，見(jiàn)式〔3-2〕和圖13-1所示，即:〔4〕．開(kāi)斷電流：交流用周期分量有效值表示，直流用百分比表示。斷路器規(guī)定：至少應(yīng)在10％、30％、60％和100％四種額定開(kāi)斷電流下進(jìn)行試驗(yàn)?！?〕．功率因數(shù)：試驗(yàn)回路的短路功率因數(shù)不應(yīng)超過(guò)0.15。短路功率因數(shù)可從回路常數(shù)計(jì)算、直流分量確定和通過(guò)控制發(fā)電機(jī)確定等三種方法中，選取最適用的一種來(lái)確定?！?〕．標(biāo)準(zhǔn)操作順序：①手動(dòng)操作：分→180s→合分；②一般自動(dòng)操作：分→180s→合分→180s→合分；③具有自動(dòng)重合閘的操作：分→→合分→180s→合分其中為自動(dòng)重合閘的無(wú)電流間隔時(shí)間，通常取0.3s或0.5s。二、開(kāi)斷能力試驗(yàn)方法：1、試驗(yàn)原那么：等價(jià)性。理論上講，只要能滿足前面提到的試驗(yàn)條件和要求，就可根本保證與實(shí)際運(yùn)行條件相符。但是，由于試驗(yàn)需要容量非常大的設(shè)備，實(shí)際上根本沒(méi)有相應(yīng)的設(shè)備能真正滿足超高壓大容量斷路器的試驗(yàn)要求。因此需采用滿足“等價(jià)性〞的間接的、模擬的試驗(yàn)裝置和方法來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。2．“等價(jià)性〞的主要條件：根據(jù)分析，試驗(yàn)中符合“等價(jià)性〞的主要條件是：〔l〕開(kāi)斷電流波形應(yīng)與實(shí)際短路電流的波形根本一致，以保證燃弧過(guò)程和電弧能量與實(shí)際根本相同；〔2〕電流零點(diǎn)附近的電流、電壓波形應(yīng)與實(shí)際情況一致，以保證零點(diǎn)附近的物理過(guò)程與實(shí)際相同；〔3〕恢復(fù)電壓的大小、頻率和波形應(yīng)與實(shí)際情況根本一致，以保證電壓恢復(fù)過(guò)程和過(guò)零后復(fù)燃過(guò)程與實(shí)際相同。為此，當(dāng)一種新試驗(yàn)方法提出時(shí)，需要進(jìn)行等價(jià)性論證，并要得到開(kāi)斷情況與實(shí)際相一致的驗(yàn)證。3．試驗(yàn)方法：有整體試驗(yàn)、局部試驗(yàn)、分步試驗(yàn)和合成試驗(yàn)?！?〕整體試驗(yàn)：按照斷路器規(guī)定的電壓和開(kāi)斷電流來(lái)進(jìn)行整體試驗(yàn)。由于試驗(yàn)需要提供斷路器的全部開(kāi)斷容量，因此它只適用于容量較小的斷路器。該試驗(yàn)只要參數(shù)和波形選擇得當(dāng)，這會(huì)出現(xiàn)最接近于實(shí)際的開(kāi)斷情況?！?〕局部試驗(yàn)：由斷路器局部斷口或單元的開(kāi)斷能力試驗(yàn)推斷出整個(gè)斷路器的分?jǐn)嗄芰Α＿@種方法對(duì)積木式結(jié)構(gòu)、串聯(lián)單元的高壓斷路器是適用的。在積木式結(jié)構(gòu)中，串聯(lián)各單元的結(jié)構(gòu)、工作條件、工作狀態(tài)是根本相同的，只需取一個(gè)單元進(jìn)行試驗(yàn)，因此實(shí)際試驗(yàn)電壓就可以降低。例如有n個(gè)單元串聯(lián)的斷路器，當(dāng)以一個(gè)單元做試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)電壓只是整個(gè)斷路器做試驗(yàn)時(shí)電壓的n分之一。當(dāng)然還需考慮各單元的電壓分布不均勻情況，要取其中電壓最高的單元電壓作為試驗(yàn)電壓。〔3〕分步試驗(yàn)：對(duì)斷路器分別以全電壓、小電流和低電壓、大電流進(jìn)行試驗(yàn)，從而推斷出斷路器在全電壓、大電流下的開(kāi)斷能力，這是一種受試驗(yàn)設(shè)備限制不得已而采用的間接試驗(yàn)方法，以兩次不同情況下的試驗(yàn)結(jié)果推斷出的開(kāi)斷能力。目前分步試驗(yàn)已不能作為性能的驗(yàn)證試驗(yàn)，但可作為研究性試驗(yàn)，用以確定試品的最大開(kāi)斷電流。此方法的等價(jià)性和可靠性均較差?！?〕合成試驗(yàn)：是以高電壓、小電流和低電壓、大電流兩個(gè)電源，先后加在斷路器上以滿足開(kāi)斷過(guò)程中燃弧時(shí)的大電流和滅弧后的高電壓要求的試驗(yàn)。這種方法顯著地降低了試驗(yàn)設(shè)備的容量，等價(jià)性也得到公認(rèn)。目前已廣泛采用，特別在開(kāi)展超高壓大容量斷路器時(shí)，更顯示出它的優(yōu)越性。第三節(jié)開(kāi)斷能力試驗(yàn)裝置開(kāi)斷能力試驗(yàn)裝置需要在短時(shí)間提供巨大的能量，這些能量一般由電網(wǎng)、短路發(fā)電機(jī)和高壓電容器儲(chǔ)能來(lái)提供。一.斷路器開(kāi)斷過(guò)程的描述及其特點(diǎn)：圖13-6是斷路器電流開(kāi)斷過(guò)程中幾個(gè)階段的電流、電壓原理波形圖。它可劃分為四個(gè)階段：a從觸頭別離瞬間起到主電流消失瞬間止的這一段時(shí)間為燃弧階段。b在每個(gè)燃弧半波，電弧電壓在電流過(guò)零前通常表現(xiàn)出顯著變化，這取決于弧隙特性，因此電流變化率也將偏離相應(yīng)的預(yù)期電流的變化率。這階段為電流零前弧壓顯著變化階段。隨后，斷口兩端的電壓與電流一起降至零，并改變極性，斷口兩端出現(xiàn)瞬態(tài)恢復(fù)電壓。c在電流零點(diǎn)后，由于存在瞬態(tài)恢復(fù)電壓和弧隙剩余電阻，斷口會(huì)流過(guò)弧后電流，這就是弧后電流階段。流過(guò)斷口的任何電流消失以后，斷口就象一段絕緣距離似地承受電壓。這就是介質(zhì)強(qiáng)度。d實(shí)際上由于不能精確確定這些階段的界線，常常是將弧壓顯著變化階段和弧后電流階段統(tǒng)稱為電流零點(diǎn)階段，即電流零區(qū)。二、網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)1.網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)是直接利用電網(wǎng)進(jìn)行開(kāi)斷能力試驗(yàn)，即把被試斷路器接到所需的電網(wǎng)上，人為造成電網(wǎng)短路來(lái)進(jìn)行斷路器開(kāi)斷能力的試驗(yàn)。2.優(yōu)點(diǎn)：不需專門(mén)電源，且可做三相試驗(yàn)。其試驗(yàn)條件比較符合實(shí)際運(yùn)行情況。3.缺點(diǎn)：〔1〕試驗(yàn)容量受到現(xiàn)有電網(wǎng)短路容量的限制；〔2〕試驗(yàn)時(shí)的參數(shù)由電網(wǎng)和試驗(yàn)地點(diǎn)所確定，調(diào)整很困難；〔3)造成電網(wǎng)的短路才能進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)電網(wǎng)有損害；〔4〕試驗(yàn)時(shí)間和次數(shù)受到限制；準(zhǔn)備試驗(yàn)太費(fèi)時(shí)間。所以，網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)有很大的局限性。4、為克服上述缺點(diǎn)，可建立專供試驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)站?！?〕其原理接線如圖13-2所示。圖中變壓器B用來(lái)改變?cè)囼?yàn)電壓，在需要時(shí)接入；電抗器DK和電阻R用以調(diào)節(jié)試驗(yàn)時(shí)的短路電流及功率因數(shù)；C0用以調(diào)節(jié)瞬態(tài)恢復(fù)電壓的特性。〔2〕假設(shè)只進(jìn)行“單分試驗(yàn)〞，可先使被試斷路器DLbs和后備斷路器DLhb閉合，再接通合閘開(kāi)關(guān)DLh，使線路中產(chǎn)生需要的短路電流，然后開(kāi)斷DLbs進(jìn)行試驗(yàn)。如果DLbs不能開(kāi)斷，那么由后備斷路器DLhb將短路電流開(kāi)斷而起保護(hù)作用。〔3〕假設(shè)進(jìn)行“合分〞試驗(yàn)，那么先將DLhb和DLh閉合，然后接通DLbs，產(chǎn)生短路電流，并立即使DLbs自動(dòng)分閘開(kāi)斷電路。同樣，此時(shí)假設(shè)DLbs試驗(yàn)失敗，也可由DLhb開(kāi)斷行路。我國(guó)已在北京、沈陽(yáng)和上海等地建立了網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)站。但是用網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)站做直接試驗(yàn)時(shí)，短路容量仍會(huì)受到限制，只有在網(wǎng)絡(luò)合成試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)容量才能提高。三、短路發(fā)電機(jī)回路試驗(yàn)：1.這是一種采用巨型三相短路發(fā)電機(jī)作為試驗(yàn)電源的短路開(kāi)斷試驗(yàn)。所謂短路發(fā)電機(jī)實(shí)際上是特殊結(jié)構(gòu)的同步發(fā)電機(jī)，只供重復(fù)地短時(shí)提供巨大的短路電流之用。它的電抗特別小，因此能提供的短路電流大，繞組的機(jī)械強(qiáng)度特別強(qiáng)，因此能經(jīng)受短路電流電動(dòng)力沖擊的反復(fù)作用。它由一臺(tái)普通交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)功率通常只要求能拖動(dòng)發(fā)電機(jī)正常空載運(yùn)轉(zhuǎn)即可。短路發(fā)電機(jī)回路試驗(yàn)的原理接線圖如圖13-3所示。同樣，試驗(yàn)回路中也可加裝變壓器B來(lái)改變?cè)囼?yàn)電壓。試驗(yàn)電流和功率因數(shù)Q通過(guò)調(diào)整L和R完成。2.短路發(fā)電機(jī)試驗(yàn)的兩種運(yùn)行操作方式：〔1〕突然短路：?jiǎn)?dòng)電動(dòng)機(jī)和勵(lì)磁機(jī)組，當(dāng)電動(dòng)機(jī)——短路發(fā)電機(jī)組到達(dá)額定轉(zhuǎn)速后，逐漸將勵(lì)磁電流通入短路發(fā)電機(jī)，使其電壓到達(dá)要求值。然后，將電動(dòng)機(jī)電源切除，并接通試驗(yàn)回路，執(zhí)行短路開(kāi)斷試驗(yàn)。此時(shí)靠發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子和飛輪所儲(chǔ)存的動(dòng)能提供試驗(yàn)?zāi)芰?，以保證試驗(yàn)時(shí)電壓和轉(zhuǎn)速的根本穩(wěn)定．〔2〕沖擊勵(lì)磁：試驗(yàn)前先將試驗(yàn)回路與短路發(fā)電機(jī)短接，但不接入勵(lì)磁電流。當(dāng)短路發(fā)電機(jī)到達(dá)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，將電動(dòng)機(jī)的電源切斷并突然參加勵(lì)磁電流，這時(shí)發(fā)電機(jī)的短路電流由零開(kāi)始急速上升，至一定程度時(shí)，被試斷路器開(kāi)斷。由于沖擊勵(lì)磁電流可達(dá)正常勵(lì)磁電流值的十幾倍之多，因此在試驗(yàn)回路開(kāi)斷后，必須迅速使勵(lì)磁繞組去磁，否那么發(fā)電機(jī)端電壓將急速上升而損壞繞組絕緣。這種運(yùn)行方式，短路電流內(nèi)沒(méi)有直流分量，因此可以增大發(fā)電機(jī)的短路容量。3等價(jià)性：短路發(fā)電機(jī)回路試驗(yàn)的等價(jià)性好，能做三相試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置還能進(jìn)行諸如重合閘試驗(yàn)、短時(shí)和峰值耐受電流試驗(yàn)等其它試驗(yàn)。4缺點(diǎn)：投資大，相當(dāng)于一座不供電的大容量電站設(shè)備；維護(hù)、操作等較復(fù)雜。試驗(yàn)裝置用作直接試驗(yàn)也受到容量的限制，但可做合成試驗(yàn)時(shí)的電流源。四、振蕩回路試驗(yàn)1.根本原理：用小電流在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖電容器組充電，儲(chǔ)存能量，然后經(jīng)電感和被試斷路器放電，以在短時(shí)間內(nèi)獲得交變的大電流供進(jìn)行斷路器開(kāi)斷能力試驗(yàn)。2.高列夫單頻振蕩回路的原理接線圖如圖13-4所示。2.分為充電回路和試驗(yàn)回路兩局部。先合充電斷路器DLc，將電容器充電至Ucm，翻開(kāi)DLc，使充電回路與試驗(yàn)回路脫開(kāi)。在被試斷路器閉合狀態(tài)時(shí)，接通DLh，形成振蕩的放電過(guò)程，此時(shí)將被試斷路器分閘，即可進(jìn)行開(kāi)斷能力試驗(yàn)。3.在忽略回路中的電阻和被試斷路器的電弧影響時(shí)，可得出放電回路中電流i和電容器上電壓uc的變化規(guī)律為：★4.單頻振蕩回路試驗(yàn)：〔1〕振蕩回路試驗(yàn)中的波形圖如圖13-5所示。只要適宜地選擇L和C，就可在放電回路中獲得工頻50Hz的正弦電流，而且回路中的正弦電流i落后于電容上電壓uc90°相角。振蕩回路中被試斷路器開(kāi)斷的電流相當(dāng)于電網(wǎng)中的純電感性電流。當(dāng)電流過(guò)零時(shí)，電容電壓uc為最大值Ucm，相當(dāng)于開(kāi)斷瞬間的工頻恢復(fù)電壓值?！?〕f0：在被試斷路器DLbs上并接有調(diào)頻電容C0，當(dāng)DLbs電流過(guò)零開(kāi)斷時(shí)，斷路器上將出現(xiàn)瞬態(tài)恢復(fù)電壓。瞬態(tài)恢復(fù)電壓的振蕩頻率f0為：調(diào)節(jié)C0的大小就可改變被試斷路器開(kāi)斷時(shí)的瞬態(tài)恢復(fù)電壓頻率。如尚需調(diào)節(jié)瞬態(tài)恢復(fù)電壓的幅值，那么可用一電阻與C0并聯(lián)或串聯(lián)。調(diào)節(jié)此電阻，即可改變恢復(fù)電壓幅值。由于實(shí)際回路中總有電阻存在，振蕩回路提供的是衰減振蕩過(guò)程；再考慮電弧電壓的影響，實(shí)際衰減就更大。因此，實(shí)際試驗(yàn)中有效的只是第一個(gè)半波。如果被試斷路器在后面幾個(gè)半波才開(kāi)斷，那么由于損耗的結(jié)果，電源能量已大大減小，為保證開(kāi)斷條件，須備有附加的特殊回路。〔3〕優(yōu)缺點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用較少，維護(hù)、操作方便，容易做成合成回路；但不適用于進(jìn)行燃弧時(shí)間較長(zhǎng)的斷路器的開(kāi)斷能力試驗(yàn)，且只能做單相試驗(yàn)。由于f0比工頻50Hz高得多，因此C′≈C0，式〔13-6〕可改寫(xiě)為：〔4〕單頻振蕩回路計(jì)算舉例〔××自學(xué)〕：假設(shè)采用圖13-4回路對(duì)一臺(tái)額定電壓Ur為10kV，額定〔短路〕開(kāi)斷電流Ike為20kA的三相斷路器作滿容量開(kāi)斷試驗(yàn)，試選擇振蕩回路的幾個(gè)主要參數(shù)：a．電容器充電電壓Ucm：由于只能進(jìn)行單相試驗(yàn)的工頻恢復(fù)電壓應(yīng)不低于下式確定的值：U1=1.5×Ur×0.9/√3=0.78Ur，式中Ur：線電壓，11.5kV。那么U1＝0.78×11.5＝8.79kV可得外施電壓幅值：假設(shè)暫不考慮衰減的影響，取Ucm=12.7kV．b．電容量C：試驗(yàn)電流幅值Im=√2Ike，所以如采用MY30-19電容器，那么至少需用374臺(tái)。c．電感量Ld．調(diào)頻電容C0對(duì)于10kV斷路器進(jìn)行滿容量開(kāi)斷試驗(yàn)時(shí)，其瞬態(tài)恢復(fù)電壓的固有振蕩頻率f0的規(guī)定值為5.9KHz，那么五．合成試驗(yàn)法的根本思想及根本分類：1.合成試驗(yàn)法的根本思想：將大電流和高電壓先后加在斷路器上進(jìn)行試驗(yàn)，以滿足斷路器開(kāi)斷過(guò)程中燃弧時(shí)的大電流和熄弧后的高電壓的要求。2.合成試驗(yàn)回路：采用兩個(gè)獨(dú)立的電源〔即低電壓、大電流的電流源和高電壓、小電流的電壓源〕來(lái)代替直接試驗(yàn)時(shí)的一個(gè)高電壓、大電流電源，兩個(gè)電源按需要先后加在被試斷路器上進(jìn)行開(kāi)斷能力試驗(yàn)。合成回路的電流源可以是網(wǎng)絡(luò)、短路發(fā)電機(jī)和單頻振蕩回路裝置中的任一種，而電壓源一般均采用振蕩回路。由于每個(gè)電源的容量都較小，從而可以用較小的設(shè)備獲得較大的試驗(yàn)容量，其投資費(fèi)用比同樣試驗(yàn)容量的直接試驗(yàn)設(shè)備實(shí)小得多。3.等價(jià)性：很好，已得到公認(rèn)，為開(kāi)展超高壓大容量斷路器提供了有利條件，但尚只能進(jìn)行單相試驗(yàn)。用合成試驗(yàn)法進(jìn)行斷路器型式試驗(yàn)已被國(guó)際電工委員會(huì)認(rèn)可而列入IEC標(biāo)準(zhǔn)中。電壓源提供的電流i2也通過(guò)DLbs弧隙，于是DLbs中流過(guò)的電流為i1+i2，波形見(jiàn)圖13-8。由于流過(guò)DLf中的電流i1比流過(guò)DLbs中的電流〔i1+i2〕要先過(guò)零，DLf中的電弧就先熄滅，使電流源與被試斷路器DLbs及電壓源脫離，免受高電壓的的危害。從圖中可以看到，由于電流i2的引入，使流過(guò)DLbs的電流發(fā)生了畸變。但是只要畸變不大，并且畸變區(qū)域離電流過(guò)零點(diǎn)較遠(yuǎn)，可以認(rèn)為不影響試驗(yàn)的等價(jià)性。在bc段時(shí)間內(nèi)〔通常為50～300μs〕，只有電流i2流過(guò)DLbs中的電流過(guò)零，電弧熄滅?；謴?fù)電壓就立即加在斷路器的弧隙兩端。R0、C0用來(lái)調(diào)節(jié)瞬態(tài)恢復(fù)電壓的參數(shù)。5.合成試驗(yàn)法是一種間接試驗(yàn)方法，它除了必須適宜地選擇回路參數(shù)以滿足開(kāi)斷條件外，尚需保證與相同開(kāi)斷條件下的直接試驗(yàn)方法等價(jià)。保證合成回路等價(jià)性的要求在IEC號(hào)427號(hào)出版物中作了詳細(xì)的規(guī)定?，F(xiàn)就電流引入回路的幾個(gè)主要要求說(shuō)明如下：〔1〕電流源必須提供所需要的試驗(yàn)電流，其電弧能量應(yīng)與等價(jià)的直接試驗(yàn)相同。燃弧時(shí)間內(nèi)釋放的電弧能量取決于電弧電壓及電流。當(dāng)斷價(jià)器開(kāi)斷電流時(shí)，電流總有些畸變，幅值和半波持續(xù)時(shí)間要相應(yīng)減小，畸變的大小取決于電弧電壓與回路電壓之比。在直接試驗(yàn)時(shí)，不需考慮斷路器電弧電壓在減小電流幅值及半波持續(xù)時(shí)間〔與預(yù)期電流相比較〕方面的影響，因?yàn)檫@一影響是斷路器的一種性質(zhì)。在合成試驗(yàn)中，由于工頻電流回路的電壓較低，以及由輔助斷路器和被試斷路器相加的總電弧電壓較高，電弧電壓對(duì)工頻回路電壓之比增大，對(duì)電流的影響就更顯著。因此，為了防止合成試驗(yàn)中加于斷路器的開(kāi)斷電流畸變到不可接受的程度，用開(kāi)斷電流的兩個(gè)特性值〔幅值和半波持續(xù)時(shí)間〕的誤差來(lái)確定可允許的最大影，即要求開(kāi)斷電流的幅值和電流半波持續(xù)時(shí)間的誤差小于10%。為滿足這一要求電流源的電壓不能太低，其電壓幅值至少應(yīng)為電弧電壓的10~15倍?！?〕在直流試驗(yàn)中，瞬態(tài)恢復(fù)電壓與工頻恢復(fù)電壓是連續(xù)的。在合成試驗(yàn)中恢復(fù)電壓或由電壓回路直接供給或與工頻電流回路串聯(lián)后供給。這時(shí)給出的是一直流電壓或一交流和直流組合起來(lái)的電壓，或一交流電壓，由于電壓源的能量有限，大局部情況下是衰減的，但恢復(fù)電壓至少要維持0.1s。〔3〕從被試電器電弧電壓示波圖來(lái)確定電孤電壓顯著變化階段。此階段決定了試驗(yàn)可采用的引入電流的最高頻率f2max。這是因?yàn)殡娀‰妷猴@著變化階段必須比電弧單獨(dú)由引入電流供給的時(shí)間短。為做到這一點(diǎn)，與f2max相當(dāng)?shù)闹芷谥辽賾?yīng)是電弧電壓顯著變化階段的4倍。引入電流的頻率f2不應(yīng)大于f2max，但又應(yīng)足夠高，以防止在燃弧階段因引入電流和工頻短路電流疊加而引起過(guò)度的電流畸變。而且人還應(yīng)足夠低于瞬態(tài)恢復(fù)電壓的基頻，使回路易于調(diào)整。通用的引入電流頻率f2為250Hz到1000Hz?！?〕為了保證過(guò)零前后電弧的物理過(guò)程相同，在投入電壓源后，被試斷路器DLbs中電流過(guò)零時(shí)的變化率應(yīng)與規(guī)定的預(yù)期電流過(guò)零時(shí)的di/dt相等。根據(jù)這一條件，電流源與電壓源的電流間的關(guān)系應(yīng)由下式?jīng)Q定：第四節(jié)機(jī)械特性試驗(yàn)一、機(jī)械特性試驗(yàn)的重要性1.意義：提高產(chǎn)品的機(jī)械性能，加強(qiáng)對(duì)斷路器的維護(hù)，這對(duì)系統(tǒng)的平安運(yùn)行有著非常重要的意義。2.機(jī)械性能：包括各部件的強(qiáng)度、機(jī)械操作的正確與靈活、運(yùn)動(dòng)特性是否滿足要求等，都直接影響到斷路器的性能和工作可靠性。它不僅是斷路器型式試驗(yàn)的主要工程，而且其中的機(jī)械操作試驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)特性試驗(yàn)等還列入出廠試驗(yàn)工程和斷路器的預(yù)防性試驗(yàn)中?！?〕機(jī)械操作試驗(yàn)：一般要求產(chǎn)品在操作電壓、氣壓或液壓的最高、最低額定值，以及在最高工作氣壓〔或液壓〕和最低操作電壓組合的情況下，能正確可靠地按規(guī)定的次數(shù)連續(xù)進(jìn)行合閘、分閘和自動(dòng)重合閘操作。在型式試驗(yàn)中還要進(jìn)行機(jī)械壽命試驗(yàn)，按規(guī)定完成操作次數(shù)，試驗(yàn)后不應(yīng)引起任何阻礙其正常工作的損壞，但允許作少量的修整。而在出廠試驗(yàn)和運(yùn)行中只是檢查產(chǎn)品安裝調(diào)整得正確與否及操作是否靈活可靠，通常以連續(xù)操作假設(shè)干次不出現(xiàn)異常情況即認(rèn)為合格。〔2〕運(yùn)動(dòng)特性試驗(yàn)①運(yùn)動(dòng)特性常用動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)速度和動(dòng)作時(shí)間來(lái)表示，其中，重要參數(shù)是：剛分速度、剛合速度、最大分閘速度、分閘時(shí)間、自動(dòng)重合閘無(wú)電流間隔時(shí)間以及金屬短接時(shí)間等。②.斷路器分閘時(shí)的速度——行程特性〔速度特性〕中，速度應(yīng)是動(dòng)觸頭在各個(gè)位置時(shí)的瞬時(shí)速度。但是要準(zhǔn)確測(cè)出各點(diǎn)的瞬時(shí)速度有一定的困難。一般要從動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)的時(shí)間特性〔即時(shí)間——行程特性〕計(jì)算出速度特性，因此就與測(cè)量和計(jì)算的精度有關(guān)。速度特性中各點(diǎn)的速度雖指瞬時(shí)速度，但測(cè)量中往往是以某一小區(qū)段內(nèi)的平均速度來(lái)代替，區(qū)段取得越小那么越接近瞬時(shí)值。③剛分〔或剛合〕速度確實(shí)定，一般采用剛分點(diǎn)后〔或剛分點(diǎn)前〕0.01s內(nèi)的平均速度來(lái)表示剛分〔或剛合〕速度。④運(yùn)動(dòng)特性測(cè)量方法：a．電磁振蕩法測(cè)速度特性:圖13-9示出電磁振蕩器測(cè)速原理圖。它的主體是一個(gè)交流電磁鐵，在街鐵上裝有振動(dòng)記錄筆。當(dāng)通以50Hz交流電時(shí)，銜鐵以每秒100次的頻率振動(dòng)，使振動(dòng)筆在運(yùn)動(dòng)紙板上繪出振蕩周期為0.01s的波形。紙板上波形的總長(zhǎng)度，就是觸頭的總行程。由于運(yùn)動(dòng)速度不同，各波峰之間的距離不相同，波形有疏有密。只要量得兩波峰之間的距離Δhi〔cm〕，就可得出該區(qū)段內(nèi)的平均速度：Vi=Δhi/0.01〔cm/s〕=Δhi〔m/s〕根據(jù)觸頭行程和所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，就可算出各段的平均速度，然后繪出v=f〔h〕的速度特性曲線。這種方法十分簡(jiǎn)便，立即可看出觸頭運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程，在出廠試驗(yàn)和運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)廣泛采用。但是它的測(cè)量誤差大，對(duì)運(yùn)動(dòng)速度很高的產(chǎn)品不宜采用。〔2〕．行程記錄器—示波器法測(cè)運(yùn)動(dòng)特性:圖13-10示出該方法的測(cè)量原理和線路圖。行程記錄器包括行程板和滑動(dòng)觸頭兩局部。行程板由厚度相等的絕緣片與導(dǎo)電片相間疊裝而成，滑動(dòng)觸頭與導(dǎo)電桿〔或操作桿〕相連接。當(dāng)串聯(lián)電阻R1＞R2＞R3，且滑動(dòng)觸頭與行程板的導(dǎo)電片逐片接觸時(shí)，就能在示波圖上記錄下依次改變振幅的波形圖。同樣，也可由此而求得斷路器的運(yùn)動(dòng)特性。這種方法可記錄多種訊號(hào)，能比較準(zhǔn)確地把多種參數(shù)的變化過(guò)程同時(shí)記錄于一張示波圖上〔見(jiàn)圖13-10，b〕，便于分析比較。但當(dāng)速度很高時(shí)，行程測(cè)量板上滑動(dòng)觸頭的接觸點(diǎn)容易產(chǎn)生彈跳，使波形失真，誤差增大?！?〕．電秒表測(cè)動(dòng)作時(shí)間電秒表或周波積算器是一種測(cè)量通電時(shí)間的儀表。接通時(shí)它就開(kāi)始計(jì)數(shù)，直到斷電為止。它最小的記時(shí)單位為一個(gè)工頻周波，即0.02s。測(cè)量斷路器的分閘時(shí)間、合閘時(shí)間以及各斷口之間的不同期性等均可采用電秒表法。此法簡(jiǎn)單，便于在運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)采用。其測(cè)定動(dòng)作時(shí)間的原理如圖13-11所示。其中同步接點(diǎn)K應(yīng)與操作訊號(hào)同時(shí)投入，DL即為斷路器觸頭?！?〕．微分式斷路器測(cè)速儀a用一根電阻絲，兩端接上直流電源，與斷路器動(dòng)觸頭相連的一滑動(dòng)觸點(diǎn)可在電阻絲上滑動(dòng)，那么當(dāng)斷路器分〔合〕閘操作時(shí)，動(dòng)觸頭帶動(dòng)滑動(dòng)觸點(diǎn)在電阻絲上移動(dòng)，用示波器錄下電阻絲一端與滑動(dòng)接點(diǎn)之間的電壓，即得到v=f〔t〕的時(shí)間特性曲線。這是將電阻絲上均勻分布的電壓用來(lái)模擬行程，如圖13-12曲線1所示。因?yàn)樗俣葀=dh/dt，就是曲線l上各點(diǎn)的斜率。因此，對(duì)曲線1上各點(diǎn)求微分，就可得到運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各點(diǎn)的瞬時(shí)速度與時(shí)間的關(guān)系曲線v=f〔t〕，如圖13-12曲線2。由于所獲得的信號(hào)是一個(gè)電壓信號(hào)，只要將該信號(hào)經(jīng)過(guò)RC微分電路進(jìn)行變換，即可直接得到速度隨時(shí)間變化的關(guān)系。b微分測(cè)速儀就是利用上述原理，從電阻采樣，獲得行程隨時(shí)間變化的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)微分電路變換，再放大，來(lái)得到v=f〔t〕的關(guān)系，由示波器記錄。所測(cè)速度的數(shù)值，可根據(jù)用定標(biāo)裝置錄取的標(biāo)準(zhǔn)波形，直接從示波圖上讀得。微分測(cè)速儀可分為采樣構(gòu)架、定標(biāo)裝置、微分放大器和電源四個(gè)局部。c圖13-13為用微分測(cè)速儀實(shí)測(cè)的斷路器分閘時(shí)的關(guān)系曲線，曲線1是斷路器分閘時(shí)行程與時(shí)間的關(guān)系；曲線2為速度與時(shí)間的關(guān)系；曲線3為觸頭分閘信號(hào)；曲線4為分閘線圈電流波形。其測(cè)量結(jié)果比較直觀，而且很容易獲得觸頭剛別離時(shí)的速度。第五節(jié)溫升試驗(yàn)溫升試驗(yàn)的目的是研究和驗(yàn)證高壓電器各局部的發(fā)熱情況，它是高壓電器型式試驗(yàn)之一。除適用于斷路器外，同樣適用于其他高壓電器。高壓電器在正常運(yùn)行情況下，其任何局部的溫升不得超過(guò)規(guī)定的允許極限值。該數(shù)值由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB763-74給出。一、溫升的測(cè)量l．線圈溫升的測(cè)量一般應(yīng)采用電阻法測(cè)量。僅當(dāng)電阻法不能使用時(shí)，才考慮使用其他方法。電器線圈內(nèi)部溫度的分布沿徑向是不均勻的，其最高溫度點(diǎn)在線圈內(nèi)部。測(cè)量外表溫度的方法不能真實(shí)反映線圈內(nèi)部的溫度。而用電阻變化法測(cè)量得到的是線圈平均溫升，也只能間接反映線圈內(nèi)部的發(fā)熱情況?！?〕用電阻法求線圈平均溫升的求法：①金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度變化，即R=R0〔1+aΘ〕式中R——溫度為0時(shí)線圈的電阻〔Ω〕；R0——0℃時(shí)的線圈電阻〔Ω〕；a——0℃時(shí)導(dǎo)線材料的電阻溫度系數(shù)〔1/℃〕。對(duì)于紫銅為1/234.5，對(duì)鋁為1/245。②設(shè)周圍空氣溫度為Θ01時(shí)，測(cè)得線圈冷態(tài)電阻為R1；線圖通電發(fā)熱至溫度Θ2時(shí)，測(cè)得線圈熱態(tài)電阻R2，分別代入式〔13-9〕，并求解可得：R2-R1/R1=Θ2–Θ01/〔1/a+Θ01〕整理后Θ2=[R2-R1/R1][〔1/a+Θ01〕+Θ01〔℃〕③如果測(cè)熱態(tài)電阻時(shí)周圍空氣溫度變成Θ02，那么線圈溫升用下式計(jì)算顯然，只需測(cè)得R1、R2和Θ01、Θ02，即可算出線圈的平均溫升。線圈的電阻常用單臂電橋或雙臂電橋來(lái)測(cè)量。2．電器零部件外表溫升的測(cè)量：對(duì)除線圈外的電器零部件不同部位的溫度應(yīng)使用適宜的溫度計(jì)或熱電偶，放在最熱的能測(cè)到的部位上進(jìn)行測(cè)量。用溫度計(jì)或熱電偶進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：〔l〕溫度計(jì)或熱電偶的球泡應(yīng)予保護(hù)〔用干而清潔的毛織品等進(jìn)行保護(hù)〕，以防散熱。而受保護(hù)的面積與受試電器的散熱面積相比可以忽略?！?〕應(yīng)確保溫度計(jì)或熱電偶與被測(cè)部件外表之間具有良好導(dǎo)熱性。當(dāng)球泡溫度計(jì)放在有交變磁場(chǎng)的受測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)使用酒精溫度計(jì)。實(shí)際測(cè)量中，除個(gè)別處用溫度計(jì)測(cè)量外，一般用熱電偶法來(lái)測(cè)量。當(dāng)熱電偶的熱端與冷端存在溫度差時(shí)，就會(huì)在熱電偶的回路中產(chǎn)生熱電勢(shì)，它是熱端與冷端溫度的函數(shù)。當(dāng)保持冷端溫度不變，那么所產(chǎn)生的熱電勢(shì)就僅是熱端溫度的函數(shù)。這就是熱電偶測(cè)溫的根