防爆开关通断试验装置的研制

防爆开关通断能力试验是模拟交流电路中发生各种过载或短路故障时，考核电路中安装的开关电器是否能及时可靠的接通和分断故障电流。随着煤矿井下供电网络及采掘设备单机容量的增大，对防爆开关通断能力要求越来越高。为保证防爆开关安全使用，除了防爆外壳外，还须缩短开关分断故障电流的时间，以防止电弧的熔融颗粒引起传爆，甚至烧穿防爆外壳，引起煤矿爆炸事故。因此，接通和分断能力是低压电器产品安全性能检验中非常重要的项目。

大容量分断能力试验的特点是系统庞大，人力、物力和资金的投人巨大，试验过程复杂并且是电量变化的瞬态过程，信号所含内容丰富，试验的结果对被试样品有破坏性，基本上不具有重复性。因而，准确可靠地捕获试验过程中的各种数据就极其重要。而原试验室使用的试验装置，采用光线示波器拍摄波形，电流分流器精度较低，安全性差;同时由于采用人工测量，故效率低，误差大。本设计采用了先进的测量系统，试验准确、可靠，试验装置达到了较先进的水平。

2 防爆开关通断试验装置简介

试验装置由主电路(试验变压器、保护开关、合闸开关、负载阻抗等)、控制系统(TDY-1电器通断试验控制台、功率驱动单元及试品控制电源柜)、测量记录系统(电量取样单元、BE494数据采集硬件系统)、保护(试品熔焊保护、主电路通电过长保护)及PLC等组成。

3 测量记录系统

采用计算机采集波形数据，采集到的波形可以在计算机上进行实时波形分析，通过相关软件将测量结果自动生成报告，并打印出来，完全排除了人为因素，保证了试验数据的科学性与准确性，同时也大大提高了检测效率。

(1)系统简介

系统由信号传感器(空芯电流互感器、霍尔元件),BE494数据采集板和个人计算机组成。其组成原理框图如图1所示。BE494数据采集板、控制软件TEAM490以及可用于直接进行波形分析的分析软件ProView是由Nicolet公司开发，适用于实验和产品检验，并能满足打印输出要求的系统。

图1 测量记录系统原理

(2)信号传感器

电压信号传感器采用LV100型LEM 模块，LV100型是原边电路与副边电路电绝缘的传感器，可测量直流、交流和脉动电压，并可进行精确测量，准确度达到0.5级，满足测量精度的需要。

电流信号传感器采用空芯电流互感器，它与积分器组成电流传感元件，并由放大器进行量程切换，电流灵敏度为10 - 60kA/V，按电流大小分4档可调。其静态精度经校准后优于±1.0%，灵敏度高，并且体积小巧，安装方便。

(3) BE494数据采集硬件系统

BE494数据采集硬件系统是通过PC机上插板实现的先进瞬态记录仪，BE494插入板提供数据采集的硬件系统，它在12位分辨率下采集数据的最大采样率为1M S/s(在单通道情况下，每秒采集105个数据),BE494可同时提供8个双端输入信号的采样。板上有128K采样存储器和扩展的数字触发功能。

(4) TEAM490数据采集控制软件

TEAM4 90数据采集控制软件在Windows环境下工作。主要是控制BE494采集板各通道的工作以及用于简单显示所采集的试验波形，并可对波形进行简单测量。在数据采集时只要打开Team490就可以进行波形采样工作。

(5) 数据采集系统软件包(ProView)

ProView软件由TeamView,T eamPlot以及Team490等模块组成。TeamView是本软件的核心，主要对软件的各个模块进行编辑，形成试验处理文件、调用所有已设置好的试验设置。它也是数据处理和控制中心，可以对所采集波形进行测量和计算，完成试验报告的关键步骤。

TeamPlot视窗用于编辑试验报告的页面，利用游标箭头可在纸面上拉出波形视窗、表格、文本框、图片框、线条及页眉、页脚等对象。可以利用对象定位对所选对象进行精确定位。在各个对象中可以加入波形、数据、文字等变量，以生成符合标准的试验报告页面。

4 控制系统

本低压电器通断试验控制台的主回路中，其保护开关、合闸开关的接通与分断、试品电源柜控制及出现意外情况时分断电源的急停按钮等各种操作均可在控制室完成，并且试验时的各种状况均可以通过指示灯显示出来。通断试验主要是通过控制试品和主回路中合闸开关(CK)的闭合与分断来完成，选用了OMRON可编程序控制器，可以将试品的接通与通断时间控制在较精确的范围内，并可以尽量减少试验时大电流对试验设备的冲击。考虑到多个配合需要通过时间调整才能完成，故梯形图中的指令和语句在编程器中固定不变，每次只需要改变定时器中的数值，即可完成试验需要的控制程序，梯形图如图2所示。

控制器的输出点与外围设备永久性连接见表1，通过控制台面板开关选择即可满足试验要求。

表1 控制器输出点与外围设备连接表

通过赋予定时器不同的数值，即可完成接通、分断、可逆转换、电寿命等各种类型的试验，通过对第一次拍出的波形进行数据分析后，如若设置的时间不能满足标准的要求，则可对计时器中的数值进行修改后再进行试验，直至满足标准要求。

5 系统的特点

(1)电压、电流信号传感器均采用了较先进设备。绝缘性能好，测试精度高，试验的安全可靠性与测试精度均得到了保障。

图2 控制程序梯形图

(2)采用计算机进行数据采集和波形分析，数据采集的准确度可达到0.5级，波形分析时的测量精度可达到0.01ms，使得试验结果的准确度大为提高。

(3)采用PLC可编程序控制器，不仅使通断时间控制的更精确，而且时间调整也更方便，开关熔焊保护等各种保护性能均能更加准确可靠动作，保证了试验的安全性。

(4)波形报告可直接打印，报告格式更清晰美观。

6 结语

本试验装置能对工作电压660V/114 0V ，电流630A的防爆电器进行检测，其最大电流可达15000A。运行一年多以来，性能稳定，安全可靠，充分体现了采用新技术来提高效率和检测水平的优越性，使防爆开关通断能力检测水平提高到目前国内先进水平，稳定的性能及数据准确的报告受到各方好评。