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断路器导电回路电阻的测量(大连)

作者:高飞来源:大连理工大学 日期:2010年10月14日 09:55

1 引言

    断路器导电回路的电阻主要取决于断路器的动,静触头间的接触电阻,接触电阻又由收缩电阻和表面电阻两部分组成。接触电阻的存在,增加了导体在通电时的损耗,使接触处的温度升高,其值的大小直接影响正常工作时的载流能力,在一定程度上影响短路电流的切断能力。因此,断路器每相导电回路电阻值是断路器安装、检修、质量验收的一项重要数据。接触电阻的测量有许多种方法。

    日本学者Isao Minowa提出用超导量子器件测量接触电阻,H.Archi提出利用电解槽法测量接触电阻,波兰学者Jerzy Kaczarek提出用三次谐波法测量接触电阻,这些方法一般是在实验室条件下进行电接触研究所采用的方法。工程中,通常采用四端子法来测量实际触点的接触电阻。

    以前,通常采用直流双臂电适量为测量断路器的接触电阻。但是,当使用双臂电桥进行断路器导电回路电阻的测量时,由于双臂电桥测量回路通过的是微弱的电流,难以消除电阻较大的氧化膜,测出的电阻示值偏大,但氧化膜在大的电流下很容易被烧坏,不妨碍正常电流通过。又当触头因调整不当(如触头压力变化)、运行中发生变化或触头烧损严重等使用有效接触面积减小时,双臂电桥的微弱电流,在其接触处不会产生收缩,即无法测出收缩电阻,而在大电流或正常电流通过时,就会使该接触处的电阻增加,引起触头的过度发热和加速氧化。对此,GB763-90、DL405-91等标准均已明确规定:测试采用直流电压降法,通入的电流不得小于100A。

2 微欧仪测量原理

    在实际应用中,测量电气开关(断路器)的接触电阻、回路电阻的测试仪表中,常见的是微欧仪。断路器导电回路电阻的测量,是在断路器处于合闸状态下进行的,是采用直流电压降法进行测量。常见的测量方式有电压降法(电流、电压表法)和微欧仪法。

    电压降法:在被测回路中,通以直流电流时,在回路接触电阻上将产生电压降,测出通过回路的电流值以及被测回路上的电压降,根据欧姆定律计算出接触电阻。其中:回路通入的直流电流值不大于100A;测量应选用反映平均值的仪表(如电磁式),测量表计等的精度不低于0.5级;毫伏表接在被测回路端内侧,在电源回路接通后再接入,并防止测量中断路器突然分闸或测量回路突然开断损坏毫伏表。

    微欧仪法:其原理仍是直流电压降法,通常将220V电压经整流后,通过开关电路转换为高频电流,最后再整流为100A的低压直流,用作测量电源。具有自动恒流,并数显测试电流值和回路电阻值。如图1,测量时,微欧仪内的标准电阻分流器(Rr)与被测回路电阻(Rx)呈串联关系,有Ux/Rx=Ur/Rr=I,即Rx=(Ux/Ur)Rr,所以即使测量通入的电流值稍有偏离100A,也不影响测量结果。 

 

     微欧仪采用四线制测量原理,数字显示测量结果。

    如图2,使用微欧仪时,应将电压测量线(细线)接内侧,电流引线(粗线)接外侧。 

 

     微欧仪与传统的直流双臂电桥和普通电阻测试仪相比,其主要区别是测试电流大。所以电桥法和直流电压降法的测量是有差别的,而直流电压降法更能反映断路器的实际工作状况。

    电流源采用先进的开关电源技术,具有抗干扰、稳定性强等特点。

    电源模块将AC电源转换成供恒流源等电路工作的DC电源。工频交流电流整流后由电力电子器件将其变成20kHz交流电流,经变压器隔离后整流成低压直流电流,采用脉宽调制技术PWM起到恒流的目的。恒流源电路由脉宽调制开关稳压控制电路和达林顿管功放电路组成,具有闭环反馈自动稳流和温度补偿功能,为测量电路提供恒定的测试电流。电流流过被测电阻时,产生的电压降被采样,经过A/D转换进入CPU系统处理,遵从欧姆定律直接显示、打印、存储被测电阻值。

    当直流测试电流通过被测电阻Rx时产生压降Ux,同时通过机内标准电阻Rr,标准电阻Rr上的电压降为Ur。即:回路电流为I=Ur/Rr,则被测电阻为:

    Rx=Ux/I=Ux*(Rr/Ur)

    每次按下测试按钮后,仪器在测量回路中产生电流等达到稳定后,在CPU的控制下,连续测量三次,求取平均值。

3 提高测量精度的措施

    (1)克服测量引线电阻的影响。对于微电阻的精密测量,测量引线电阻的影响是不容忽视的,必须采取有效措施加以克服。为达此目的,采用了四端子的引线方式,如图3所示。四端子引线示意图中Rx是被测电阻,R1~R4是引线电阻(包括接触电阻),AP是仪用放大器AD623。恒流源的输出电流Ic经R1、R2加在Rx上。电流恒定时,R1、R2的大小对于Rx上的电压降没有影响。由于AP的输入阻抗高达50MΩ因此完全可以认为流经AP的电流Iv=0,而且AP的输入电压即为Rx两端电压,这样就克服了R3、R4的影响。当增益为1时,AP的输出电太Vs等于Rx两端电压。 

 


    测试电流较大,为100A,因此,电流的测量可采用分流器或电流互感器。机内标准电阻Rr可采用分流器。分流器是一个小电阻。一般分流器有四个接线端钮,其中两个大的叫电流端钮,与被测电路串联,另两个小的叫电压端钮,用专用导线与测量机构相连接。分流器的规格用通过它的最大电流和相应的电压降来表示。如300A、75mv的分流器。只要测量分流器的电压降便可得知电路中的电流。一般分流器的额定电压降是75mV或45mV。

    (2)减小工频信号产生的电磁干扰对测量精度的影响。对于工频信号可能产生的电磁干扰对测量精度的影响,在硬件上采用了电池供电方案和工频滤波电路,在软件上采用了多次数据采样的数字滤波,滤除干扰后取平均值的方法。

    (3)减小环境温度变化对测量精度的影响。对于环境温度变化而引起的系统性能的变化,一方面,在元件选用上予以考虑,如程控运放环节的分压电阻采用精度为0.01%、温度系数为15ppm(1.5×10-5)的精度电阻,放大器采用了低温漂、低失调电压的器件,仪用放大器AD623;另一方面调节程控运放的放大倍数,使电压、电流信号的幅值尽量接近于A/D转换器的满量程范围,以减小量化误差。双路A/D转换器AD1674同是测量电压、电流,计算出绕组的电阻值。如图4。 

 


    (4)恒流源的电流脉动的影响。由于被测触头结构为纵向磁场触头时,触头上增加了轮状线圈。因此,被测触头是感性元件。流过电流的微小变化都将产生较大的感应电势,从而影响测量精度。对此影响,主要通过改善恒流控制环节的性能,采用PI、PD控制予以消除。

4 抗干扰设计部分

(1)地线设计

    应主要考虑以下几点:

    数据地和模拟地分开,特别加大线性电路的接地面积:

    接地线尽量加粗,一般应在2.5mm以上;

    各印刷板的接地线皆构成环路;

    每个印刷板的接地线之间用精导线连接。

(2)电源线布置

    尽量加粗电源线,设计时一般为2mm左右(最小为1mm)。并采用使电源线、地线的走向于数据传递一致,这样有助于增加仪器的抗噪声能力。

(3)其他抗干扰措施

    配置去耦电容:在各芯片的电源与地线端之间跨接一个0.01μF的去耦电容。

CMOS电路中不使用的输入引脚应接地,否则会引起逻辑电平的不正常,易接受外界干扰产生的的误动作。

5 结论

    智能高精度微电阻测试仪(微欧仪),以单片机ATMEL89C52为核心,采用了开关电源技术和四端子钮接技术,利用高精度,低噪声的仪用放大器AD623及12位的A/D转换器AD1674,有效的减小了测量误差,提高了测量精度。

所属类别: 高压电器设备测试技术

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