低压电器部分试验原理培训

1、低压电器试验站及检测项目原理简述1. 低压电器试验简介：1. 基本内容： 对低压电器在正常工作和故障情况下所应具备的各种 性能的验证。低压电器的试验项目主要有一般检查、 电压降 测 定、温升实验、绝缘电阻和耐压试验、额定接通和分断能力试 验、短路接通和 分断能力 试验、短时耐受电流能力试验、动作特 性试验、寿命试验、抗干扰度试验等。2. 系统原理设计：低压电器自动检测系统从功能上可分为六个部分，分别为：变压器回路，选相控制器，试品端口，测量回路，接通分断能力试验回路和阻抗负载，如图所示。1) 变压器回路：主要功能是将厂用的 380V 交流电转换成试验用 的各种电压值的电源，传送到下级的选相控制

2、器。回路的主 体为一个 50KVA 的交流三相变压器，采用原副边均分档的方 式进行电压选择，档位选择通过控制 PLC接触器来实现。2) 选相控制器：串联在主回路中，主要功能是在短路试验要求 的相位角闭合主回路，在系统进行其他试验时处于常通状 态。回路的主体是一个可通过 1500A 电流的三相交流选相可 控硅，通过工控机的通讯控制选相控制器来驱动选相可控 硅。3) 试品端口：主要功能是根据试验流程和要求控制试品的操作 台，接触器、继电器试品为锁扣装置，断路器试品的主体是 通过 PLC控制的一组或多组汽缸，用来推动抓手接通分断试 品。4) 测量回路：测量回路分为电压测量和电流测量回路。电压测 量回

3、路的主要元器件是 LEM 电压传感器，用来测量三相电源 的线电压和相电压，测量所得的结果转换成模拟量信号传送 到工控机的模拟量插件。电流测量回路的主要元器件是罗氏 线圈和积分器，用来测量三相电源的电流，测量结果通过积 分器转换成 0-1V 的直流信号传送到工控机的模拟量插件。5) 接通分断能力试验回路：串联在 AB 两相之间，仅服务于接通 分断能力试验。主要作用是在进行接通分断能力试验时，进 行 AB 两相阻抗负载的切换，并且保证切换的安全性。6) 阻抗负载：主要功能是根据试验要求调节回路中的电流大 小，起到负载的作用。阻抗负载由各级大小的绕线电阻和电 抗器组成。2. 低压电器电寿命试验和温升

4、试验原理分析1. 电寿命试验试验步骤：a 在中央控制台上打开控制柜断路器，在控制面板上设置参数b 调节三相阻抗数值将电流、功率因数调到试验范围 ; 通过计算得 出阻抗值，调节阻抗柜档位 ,先进行预期波采集调试 , 看低压数据采集 器中试验数据，如果没有达到要求值时，则需重新调整电阻，电感， 功率因数，直到调到符合要求（测试数值波动均 5%左右）为止 ;c 试品安装接线 ,按照国标 14048.4 要求，按照对应电流选择合适 的导线接线 , 按照试品规格选择合适的试品固定方式 ;d 试验开始 ,当试验电参数调好后，按下中央控制台上的通断、寿 命控制的试验投入。填写实验数据，在电寿命实验记录单上填

5、写数据 内容、负载档位等；e 试验停止，测试完成后，关闭控制柜控制电源开关断路器 ,按下 电源分闸 ,关闭试品电源柜的试品电源开关 , 故障排除，拆下试品。2. 温升试验步骤： .a 试品安装接线；均按照试品正常使用情况接线并完整安装在其 固有等效支架上，施加到电器连线端子螺钉上的拧紧力矩按照国标要 求和制造厂规定；b 控制台操作界面参数设置 , 按下电源合闸，按下试验投入 ;c 记录数据将数据界面和曲线界面截图保存，根据截图数据填写 记录单 ;d 试验停止 ,按下试验停止按钮、电源分闸、试品电源关闭 , 拆下 试品。3. 交流接触器的工作原理： 当接触器电磁线圈不通电时，弹簧的反 作用力和衔

6、铁芯的自重使主触点保持断开位置。当电磁线圈通过 控制回路接通控制电压 （一般为额定电压 ）时，线圈电流会产生磁 场，产生的磁场使静铁芯产生电磁吸力吸引动铁芯电磁力克服弹 簧的反作用力将衔铁吸向静铁芯，带动主触点闭合，接通电路， 辅助接点随之动作。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放 弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭 合。4. 低压电器试验 接触器电寿命试验开关闭合前后的物理现象和对 应的判定情况及原理分析：电寿命试验中，主要的动作是特性是触头的分断，其大致分为四个过程 ：第一个过程 吸合。动触头在电磁吸力的作用下，克服反力 以速度 V2 撞击在静触头上，两者合并后以 速

7、度 V1继续运动了一段，接着就反弹，然 后第二次撞击、第三次撞击，直到稳定。此 过程中触头弹跳涉及到触头的动量和能量平 衡关系。主要现象 :触头的振动（主要）和熔焊（轻微）及电弧（轻 微）。此过程大约持续几个毫秒 , 在导电的动静触头间因为开始流 过运行电流，触头气隙中必然会出现短时电弧（相对也较弱），触头一旦接触，电弧熄灭，电流接通，接触电阻由无限大迅速下降到 很小的数值，接触电阻发热。第二过程 闭合。触头相对稳定后运行电流开始稳定提升（热稳定过程），当到一定程度时，触头的 接点表面斑点处薄层金属开始熔化，接触电 阻也开始下降。 如果流过的电流超过触头开 始熔化电流的 20%- 30%，则导

8、电斑点及其附 近的金属会有较大面积的熔化，触头开始焊 接。这时要使触头分开必须施加一定的拉 力。这时的电流叫做开始焊接电流。 如果通 过触头的电流再继续加大，则斑点附近熔化 区向纵深发展，使触头基底金属熔为一体。 电流越大，焊接越牢固，焊接力也越大，直 至达到或接近触头基底金属的抗拉强度。主要现象 : 触头的静熔焊 。此过程主要在热稳定过程中发 生，流过正常的运行电流时，它的温升并不高。（但触头流过短路电流或者短时强脉冲电流时，其温升很高，这时就会出现熔焊现 象。）第三个过程 断开。a 当触头开始分离时，动触头朝着与静触头分离的方向运动。由于超程的原因，电路并未断开，但超程和接触压力在逐渐 减

9、小，接触点也在减小，直至剩下最后一 个接触点。b 此接触点内电流密度很大，温升剧烈 升高，以至于触头熔融。动静触头互相脱 离（触头斥力已经大于触头压力），但熔 融的金属形成液态金属桥。c 由于金属桥的电阻大于固体金属，而 热量又高度集中在桥内，使得金属桥的温 度达到沸点，随后金属桥发生爆炸性断 裂，触头间隙就此形成。d 间隙中充满金属蒸汽和空气。由于电 流被瞬间切断，因此产生过电压，将空气 介质和金属蒸汽击穿，并形成电弧。e 随着触头间隙继续扩大，各种熄灭电 弧的因素在起作用，随着电弧电流和温度 降低，电弧最终转化为非自持放电并且熄 灭。触头间隙恢复为绝缘体，触头分断过 程就此结束。主要现象

10、:电弧，触头的动熔焊（热熔焊） 。此过程中两接触面分 离瞬间产生的金属桥以及电弧互相影响恶性循环使触点烧蚀寿命大 幅降低。5. 低压电器试验 温升试验过程中的物理现象及原理分析：温升的定义是指：电子电气设备中的各个部件高出环境的温度。 在接低压电器温升试验中，动静触头间存在接触电阻，有电流流过时 就会发热，流过的电流越大、触头温升越高。产生的热能将严重影响 电器工作的可靠性和使用寿命。接触电阻有两种，一种叫做收缩电阻，一种叫做膜电阻。收缩电阻就是触头的的触点电阻，它是金属性的。收缩电阻又被 称为导电斑电阻；膜电阻包括表面膜电阻、尘埃膜电阻、吸附膜电阻、无机膜电 阻、有机膜电阻等。 如此说来，接

11、触电阻与金属材料结下了不解之 缘。例如银的导电性和导热性都是最好的，而铜则次之。金的导电性 仅次于银和金。 触头材料一般都是合金，例如银氧化镉、银镍系、 银碳系、银钨系和非晶态触头材料等等。触头一旦稳定接触后，触头的接触电阻及其温升成为主要矛盾。在直流稳态电流下，改变电流值然后保持不变，测量接触电压Uj 和电流 I，可以得到接触电阻 Rj 与接触电压 Uj 之间的函数关系，称为电 接触的 Rj -Uj静特性。在低压电器技术手册中有如下 Rj -Uj静特 性图：我们看到，整个 Rj-Uj 特性可分成五段：第一段 （ab 段 ）：通过电接触的电流增大，接触电压和导电斑点的温 度增高，接触电阻随温度

12、升高而增大。第二段（bc 段）：接触电压降及导电斑点的温度达到 b点也即材料的软化点时，由于材料的硬度大大降低，实际接触面积很快扩大，接触电 阻便显著减小。对应于 b 点的电压是接触材料的软化电压。对于铜，软 化电压为 0.12V，相应的软化温度为 180。第三段（cd 段）：曲线达 c 点以后如果再继续增大电流，导电斑点及 收缩区的温度再继续增高，但由于材料达软化点以后的一段温度范围内 硬度不再减小，导电斑点的接触面积不再继续扩大。根据 ab 段相同的 规律，曲线又继续上升。第四段 （de 段）：当接触电压和导电斑点的温度达 d 点也即材料的熔 点时，导电斑点处的材料熔化，熔融金属在外力作用

13、下，被挤压向四周 漫延，此时导电斑点处金属熔为一体，接触电阻便突然下降至 e 点。对 应于 d 点的电压称为材料的熔化电压。铜的熔化电压为 0. 43V，相应的 熔化温度为 1083。第五段 （ef 段）：导电斑点熔化后，接触电阻突然减小，由于发热减 小，热传导能力增强，导电斑点处熔化金属迅速冷却凝固，整个收缩区 温度逐渐降低，曲线便沿 ef 段下降至 f 点。导电杆的发热功率 P1：式中的 L 为导电杆长度， S为导电杆截面积。 导电杆的散热功率 P2：式中的 A 为导电杆表面积，它近似等于导电杆横截面周长 M 与导 电杆长度 L的乘积。 T1为导电杆温升。导电杆温升：由 P1=P2得到触头

14、的温升：10触头接触压降为 ： ，触头温度：银的11201、什么是低压电器 ? 用 于交流 50Hz或60Hz、交流 1200V或直流 1500 伏及以下电路中的电器。 需要指出的是 :低压不等于安全电压。 我国规定 36 伏及以下为安全电压。2、低压电器有哪些种类 ?3、低压电器的全型号表示法及代号含义是什么？ 为了生产销售、管 理和使用方便，我国对各种低压电器都按规定编制型号，即类别代 号、组别代号、设计代号、基本规格代号和辅助规格代号几部分构成 低压电器的全型号，每一级代号后面可根据需要加设派生代号。4、低压电器有哪些主要技术参数 ? 额定电压。 a）额定工作电压 Ue。指电器长期通电的

15、工作电压，如 500 伏或 220 伏/380 伏等。 b） 额定绝缘电压 Ui。是与介电性能试验、爬电距离 （也叫漏电距离 ） 相关 的考核电压 ;任何情况下它都不得低于额定工作电压 （应高于或等于额 定工作电压 ）。 c）额定脉冲耐受电压 Uimp 。表示电器在系统发生最大 过电压时所能承受的能力。 额定绝缘电压和额定脉冲耐受电压，共 同决定了该电器的绝缘水平。 额定电流。是在规定的条件下，保 证电器能正常工作的电流值。 操作频率与通电持续率。开关电器 每小时内可能实现的最高操作循环次数。通电持续率是电器工作在断 续周期工作性质时，有载时间与工作周期之比，通常以百分数表示， 符号为“ TD

16、”。 通断能力和短路通断能力。通断能力和短路通断 能力两者数值可能相等，也可能不相等。 通断能力是开关电器在给 定电压下接通和分断预期电流值。短路通断能力是开关电器在规定条 件下，包括出线端短路在内的接通和分断能力。 机械寿命和电寿 命。机械寿命是指开关电器在需要修理或更换零部件前，所能承受的 无载操作循环次数。电寿命是指开关电器在需要修理或更换零部件 前，所能承受的负载操作循环次数。5、低压电器的主要技术指标有哪些？ 答 :低压电器的主要技术指标 有以下几项。 绝缘强度。指电器元件的触头处于分断状态时，动 静头之间耐受的电压值 （无击穿或闪络现象）。 耐潮湿性能。指保 证电器可靠工作的允许环

17、境潮湿条件。 极限允许温升。电器的导 电部件，通过电流时将引起发热和温升，极限允许温升指为防止过度 氧化和烧熔而规定的最高温升值 （温升值 =测得实际温度一环境温度 ）。 操作频率。 电器元件在单位时间 （1小时 ）内允许操作的最高次数。 寿命。 低压电器的寿命包括电寿命和机械寿命两项指标。 安全 类别。低压电器安全类别应与电气主接线中使用位置级别有关。低压 电器安全类共分为 4级:I级信号水平级； II 级负载水平级； III 级配电 及控制水平级； IV 级电源水平级。6 、低压电器的铭牌上的标出的“ IPXX”表示什么含义？ 低压电器的 名牌上标出的“ IPXX”是标识该电器或电动机的防

18、护型式，其中 IP 为低压电器和电动机外壳防护等级的标志字母，后面两个数字分别表 示第一防护（防固体异物进入内部）和第二种防护（防水进入内部） 的防护等级。7、为什么低压电器的电寿命总是短于机械寿命？ 带有触头的低压电 器，其电寿命实际上就是触头的寿命。由于在通断过程中产生电弧， 所以触头除了有机械磨损外，还遭受电弧所产生的电磨损，而且后者 比前者要严重的多。8、低压电器的四种工作制是如何定义的？ 8 小时工作制。电器的 载流回路工作通过小于额定电流，超过 8 小时必须分断。 不同断 工作制。又称为长期工作制。 短时工作制。有载时间与空载时间 互相交替，且前者比后者短的工作制。其通电时间不足以

19、让电器达到 热平衡，而两次通电时间的间隔却足以使电器温度恢复到环境温度。 断续周期工作制。也叫做反复工作制。其有载时间与空载时间循环 交替、且有一定比值。由于工作周期很短，因此电器达不到热平衡。9、低压电器正常工作条件与安装条件有哪些规定 ? 周围空气温度 上限不超过 +40，下限不低于 -5， 24 小时平均值不超过 35。 安装地点海拔高度不超过 2000 米。 大气相对湿度在周围空气温 度为 +40时不超过 50%。最湿月平均最大相对湿度为 90%，同时该月 平均最低温度为 25C，并允许产品表面因温度变化而发生的凝露。 安装应按说明书要求执行，若重力能影响动作时，则安装倾斜度不得 超过

20、 5 度。 无明显巅簸、冲击和振动。 介质无爆炸危险，且无 腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电尘埃。 无雨雪侵袭。10、为什么要对电器使用现场的海拔高度做出规定 ? 答：海拔越高空 气越稀薄，既让电器的数热能力变差 （由于对流散热介质空气密度减 少，可携带热量减少），又给电弧熄灭带来困难（降温是灭弧较为有 效的措施 ）。 海拔高度每升高 100 米，空气虽然逐渐稀薄，但空中带 电粒子却明显增加了，因此电气间隙和爬电距离的击穿强度将降低 0.510%所; 以，将电器产品用于 2000 米以上的海拔高度时，应降低对 极限分断能力的要求，一般降低一级规格使用为宜。11、触头的接触形式有哪些？ 分为点接触

21、、线接触、面接触。12、为什么大电流电器触头要镶焊一块银基合金触点 ? 铜 质触头在空 气中会发生氧化，铜的氧化薄膜的电阻率比铜要大 10倍以上，因 此，铜质触头氧化膜的接触电阻非常大，在通电后会很快产生不能容 许的温升。 银在空气和温度作用下也会发生氧化，并且其电阻率也 较大，但与铜的氧化膜对比，只占铜的 1/10以 下，况且在温度不太高 时就能分解、冲撞力不大时就可破碎。因此，除了能用机械冲撞力或 旋转磨擦力除去氧化膜的转动结构，一般大容量电器不选用铜材直接 作触点。 由于纯银硬度低，耐电弧、抗机械与电气磨损及抗熔焊能 力较弱，所以在 40 安及以上的电器触点都采用银基合金 :如银镍、银

22、钨、银氧化镉、银氧化锡等合金触点。 在继电器一类小电流电器 中，经常采用金、钼、铂等贵重金属制造触点，以增强其机电寿命。 所以，发现触点烧黑或产生少许班点，不要轻易用锉刀修平，说不定 你一锉刀下去就损失不少钞票呢。有些电弧烧熔痕迹并不用担心，二 次吸合后触点在压力和温度作用下，很快就会复原的。 当触点镶块 已严重损耗到原厚度的 20%甚至更少时，就得考虑另外更换同规格触 头了。13、电器上常用触头材料有哪些 ?14、大电流触头上为什么要增加一个弹簧 ? 触 头温升常会使金属受热 形变，导致接触状态恶化。为了在工作过程中稳定触头接触状态，就 要持续不断地给触头施加一定的工作压力使触头在接触后有更

23、多的塑 性变形余量，这就是触头弹簧主要功能 :产生并保持触头压力。 有些 小电流控制电器的触头联接片自身是用磷青铜或铍青铜材质，本身具 有良好的弹性功能，可以产生足够的触头压力，故无须另行设置头弹15、什么是触头的开距 ? 触头开距的全称是触头的断开距离，俗称触 头行程，指动、静触头间的最短距离。可能条件下尽量大，充分利用 灭弧室空间；小型断路器约为 5mm,塑壳断路器 10-30mm,TGW45为 30-35mm。16、什么是触头超程 ? 触 头超程全称触头超额行程，其定义是 :在触 头完全闭合位置时，移开静触头后动触头继续向下移动的距离。生产 厂家批量检测时则没有如此麻烦，而是间接的测量，

24、如用专用 塞规 来测量触头弹簧被拉、压的距离、由此得出触头实际超程是否符合工 艺要求。 取决于传动连杆的磨损和触头的磨损，必须把整在寿命终 了时，主触头仍能可靠接触，一般为 2-6mm。 实践中，超程是不断 地持续减小。传统上，超程减小 70%时触头就不宜再继续使用了。17、什么是触头的终压力 ? 触 头终压力是触头完全闭合，动触头已停 止向前运动时触头的压力。18、频率为 50Hz的电器可用 60Hz的电源吗 ? 在 国内，无论自备电源 或电力系统供电，电源频率均规定为 50Hz;进口的设备与电器也遵守 此规定。但对于出口产品，则应考虑下列相关因素 : 发热方面。一 般说来，我国设计的工工业

25、电器在 40 安以下的产品，温升裕量较 大，集肤效应又对小截面导体影响甚小，因此， 50Hz 电器用于 60Hz 电源完全没有问题。至于大容量电器，则应降低容量使用为宜。 动作特性方面。将 50Hz的电器直接用到 60Hz 的电源，频率升高 后，铁芯损耗和分磁环损耗也将增大，温升自然也有所增加。 通 断能力方面。 50Hz电器用于 60Hz 电网时，对通断能力的影响并不明 显。 对于三相交流电动机来说，应着重考虑电动机出力增大后对 电动机的损伤 :要么从设计上增强结构 （铁芯、导线、轴承、转轴、端 盖、散热方式等等 ），要么限制容量使用。但是，国内用于拖动钟表 机构的同步电动机，是无法直接适用

26、于国外 60Hz 电源的。19、为什么对电器使用环境温度要加以限制 ? 任何电器寿命都和工作 温度息息相关，同时电器最高发热温度也不允许超过一定范围的，否 则使其寿命急剧缩短并降低工作可靠性。因此规定了环境温度的上 限;同时，周围介质温度越高，电器允许温升也就越低，显然电器使 用容量也就越小。对于周围介质最低温度同样也有所限制，因为绝缘 油和润滑油在过低温度下发生凝冻，可能会导致动作失灵。限制下限 温度不一定是北方的冬季，例如江南有一用户在冷库里 （-28C）装有机 械式电度表，每月和室外电度表相比较要少 15%以上电量，电度表移 出冷库后即恢复正常。20、什么叫常闭、常开触点 ? 工 业电器

27、的辅助触点在不通电 （或不动作 的自然状态，如行程开关 ）的情况下，呈闭合状的触点叫做常闭触 点，呈断开状的触点叫常开触点。 辅助触点是为控制回路提供通、 断电信号的。如一对常闭触点接一个绿色指示灯，表示电器电源已 有，但电器尚未投入 ;一对常开触点接一个红色指示灯，通电后常开 触点闭合，红色指示灯亮表示电器已处于运行状态。21、怎样按电动机功率选用控制电器 ? 一般三相交流异步电动机的额 定电流是其铭牌功率的 2 倍，以此经验公式来选用控制与保护电器。 如 J02型 15千瓦三相交流异步电动机额定电流为 29.6安， J02型 75 千瓦三相交流异步电动机额定电流为 147.8安。22、是不

28、是现场条件与“正常使用条件不符”，产品就不能使用了？ 当然不是啦。使用现场不能完全满足规定的条件，也未必就不能使 用，只是使用中要引起重视。虽然大多数电器规定最低温度为 -5 C，而在我国东北、西北、华北、西南及中原地区气温常在 -10C 以 下，但正规企业生产的电器均可正常使用。规定最低环境温度主要是 考虑塑料零部件在低温下塑性程度降低而易脆化断裂，因而尽可能不 要在冬季安装拆卸、敲打、修理电器。再说，电器通常使用在室内或 配电柜及操作箱中，很少直接暴露在旷野环境中，使用环境大为改 观;其次，电器在运行中产生的热量，也使电器所处的小气候有所改 善。冬季润滑油脂有可能凝冻固化，对于小容量电器的活动部件有可 能使其动作失常，如继电器、小容量接触器动静铁芯可能被油脂粘 住;转动轴可能因油脂粘度变大而转动不灵活等。在海拨高度超过 2000 米的地方，只要根据具体情况适当降低电器容量，仍可正常操 控使用，一般降低一个等级即可，如 CJ20-160A交流接触器用于海拨 3000 4000 米高原地区，只须按 100 安左右使