基于LabVIEW的塑壳断路器短路分断能力检测系统

苏景贤，王建生，林木峰，谢惠琴



基于LabVIEW的塑壳断路器短路分断能力检测系统

苏景贤1，王建生1，林木峰2，谢惠琴1

（1. 五邑大学 机电工程学院，广东 江门 529020；2. 中山职业技术学院 电子信息工程系，广东 中山 528404）

基于虚拟软件LabVIEW平台，选用ABB Tmax T2N160型号塑壳断路器作为试验对象，采用短接塑壳断路器的三相触点方法，开发了基于LabVIEW软件的短路电流分断能力的测试系统. 三相瞬间采集波形表明测试系统是可行的；尖峰检测结果表明系统能在短路情况下及时进行分断；另外，系统可通过远程上位机进行远程控制并由虚拟软件记录相关数据，能实现批量、自动和精准的检测，有较高的实用价值.

LabVIEW；ABB Tmax T2N160塑壳断路器；短路测试

塑壳断路器具有过载长延时、短路瞬动的二段保护功能，常在低压配电系统做终端开关或支路开关. 其中Tmax系列塑壳断路具有极高的性能水平，能极大地限制允通能量、减少电流峰值、避免装置过热、降低电动应力，多用于交流和直流用电工厂的主配电和子配电中. 塑壳断路器的短路电流分断能力直接影响着电力系统的安全，目前，国内外对其分断能力的测试研究重视程度不高、相关研究较少. 本文以新会低压开关有限公司研发的ABB塑壳断路器Tmax T2N160为短路测试对象，用ABB公司提供的三相短路试验台做试验平台，瞬间通断用远程上位机控制，相关数据的处理使用LabVIEW，通过对测试断路器短路电流分断能力的检验，验证了基于LabVIEW的检测系统的可行性以及产品性能的可靠性.

1 系统设计与组件选用

本试验的目标是开发一个通用的塑壳断路器短路分断能力检测系统，并将其应用于主流塑壳断路器产品的检测. 本研究选用新会低压开关有限公司研发的Tmax T2N160塑壳断路器为试验对象，其基本技术指标：额定电压（Ue）690 V，额定电流（In）160 A，额定短路分断电流（Icu）36 kA，工作频率50 Hz.

以ABB公司提供的三相短路电器试验台作为基础试验平台，在此基础上开发控制断路器开关的模块，实现被测塑壳断路器与试验台的连接. 在短路条件下进行通断试验，测试其在规定条件下能否分断短路电流. 试验品主回路电压由冲击变压器供给，输入110～690 V的三相交流电，与回路负载连接组成测试电路；短路测试电流最高可达到50 kA（大于被测产品的额定电流36 kA），并能实时显示测试主回路的三相负载电压、被试品三相开路电压和三相回路电流等9个波形. 利用LabVIEW软件[1-2]，开发了短路测试系统程序，该程序包括数据采集、运算、存储、测试结果分析等子模块，并与试验物理测试平台组成断路器短路分断能力检测系统. 试验系统的设计框图如图1所示.

图1 塑壳断路器短路测试系统框图

图2 三相电器短路接通和分断原理图

物理试验台主要由ABB三相短路电器试验台、被测塑壳断路器、电压变送器模块、电流传感器模块和记录测量数据的数据采集模块等构成. 本试验利用气缸实现被测塑壳断路器三相触点的短路，瞬间通断的短路大电流的采集采用自动控制方法. 为保证测试精度，选用稳定性高的电压变送器和电流传感器对短路情况下的三相电压和三相电流进行测量. 三相电器短路接通和分断原理如图2所示.

试验品主回路电压由冲击变压器供给，考虑低功耗和抗干扰能力，选用瑞士LEM公司生产的电压变送器[3]，型号是AV100-750，原边测量有效值最大为750 V，对应的输出最大值2.5 V、频率13 kHz. 三相交流电短路瞬间产生的大电流可实现瞬态电流的测量，本试验选用德阳蜀电电力技术有限公司生产的罗氏线圈[4]为电流传感器.

用NI公司的高精度PCI-6251数据采集卡采集试验数据. 依据短路测试技术的要求，短路测试电流最高要求达到50 kA，采集电流的输入电压要求±10 V，单通道采样的数据频率为100 kHz.

因测试电流过大，为保证测试人员的安全，试验借助远程上位机进行操控.

2 基于LabVIEW的短路测试系统流程

根据测量系统配置和三相短路通断原理，用LabVIEW软件创建的测试系统主程序流程图[5]和部分主程序分别如图3和图4所示. 从图3可知：系统首先判断16 ms峰的峰值与标准电压的误差是否合理，以此判断电压器主回路中是否有不符合的电压上下限值；其次，测试2 000 ms的9路电压和电流，以解决测试接通和分断瞬间采样时间的问题；最后，保存数据到数据库，以便日后检查.

图3 测试系统主程序流程图

图4 测试系统的部分主程序图

3 试验数据采集与分析

在电源端加载380 V三相交流电，把线路的电流调整到预期的短路电流值，利用气缸控制模块短接三相触点测试其短路电流. 重复多次.

3.1 三相瞬间采集波形分析

根据三相电压理论，三相电压相互之间的相位差为120°，其理论波形如图5所示. 通过大量的测试试验波形分析，本文开发的测试程序所测得的三相负载电压相互之间的相位差和三相开路电压相互之间的相位差也都为120°，如图6所示. 由此可见，本文开发的塑壳断路器的短路测试系统是可行的.

图5 三相电压理论波形

图6 三相负载电压、三相开路电压和三相电流波形

3.2 三相电流的尖峰问题

根据试验要求对短路测试采集2 000 ms的数据，经过多次试验，截取其中一次的波形图，如图6所示：当测试时间146～226 ms时，电流波形出现了一处非常明显的尖峰（如图6中的圈内），经计算，尖峰起始的时间差为80 ms；在出现尖峰现象之后，三相电流又处于稳定状态，这表明此时断路器已完全分断.

尖峰现象是含塑壳断路器的电路中是否出现短路情况的判断标志. 若波形中没有出现尖峰，则说明试验没有出现短路的情况，这可能是系统中的气缸控制模块出现了问题，检查程序中数字信号对气缸控制的子程序模块即可判断检修.

注意，测试发生尖峰现象的瞬间，塑壳断路器的三相接触点处会出现冒火花的现象，这是个危险报警信号：若火花持续时间长，会烧坏断路器的触点，同时造成其他用电器的损坏，严重时还易引发火灾.

4 结论

利用远程控制，基于LabVIEW的测试平台在多次短路大电流接通和分断情况下的测试结果表明：本文开发的塑壳断路器短路测试系统所采集的数据波形与预期设想的理论波形吻合，能在短路情况下及时进行分断. 此外，本测试系统的采样时间1µs，远小于电压变送器和电流传感器的反应时间；同时，其断路器分断能力最高值可达50 kA，远大于安全标准的36 kA；本测试系统测得的波形数据准确性和精度值更高（如NI PCI-6251数据采集卡可以达到16位精度，而其他数据采集卡只能达到12位精度），比传统的检测方法更可靠；本系统能实时分析和处理测试数据，实现了产品性能检测的自动化和智能化，具有较好的应用前景.

[1] 龙华伟，顾永刚. LabVIEW 8.2.1与DAQ数据采集[M]. 北京：清华大学出版社，2008: 127-145.

[2] 陈锡辉，张银鸿. LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通[M]. 北京：清华大学出版社，2007: 55-75.

[3] 徐会明，佟为明，韩卫群. LEM电流电压传感器模块及其应用[J]. 电测与仪表，1992(2): 41-44.

[4] 龚勇镇. 罗氏线圈电流传感检测技术研究概况[J]. 机械与电气，2011(2): 54-56.

[5] 李江全，刘恩博，胡蓉. LabVIEW虚拟仪器数据采集与串口通信测控应用实战[M]. 北京：人民邮电出版1 社，2010: 190-198.

A Short Circuit Breaking Capacity Test System for the Tmax Molded Case Circuit Breaker Based on LabVIEW

SUJing-xian1, WANGJian-sheng1, LINMu-feng2, XIE Hui-qin1

(1. School of Mechanical and Electrical Engineering, Wuyi University, Jiangmen 529020, China;2. Department of Electronic and information Engineering, Zhongshan Polytechnic College,Zhongshan 528404, China)

By using the ABB Tmax T2N160 molded case circuit breaker as the test object and adopting the three-phase contact method for short connected molded case circuit breaker, a testing system based on the virtual LabVIEW platform is constructed for short circuit breaking capacity. The three-phase instantaneous acquisition waveform indicates the testing system is feasible; spikes detection results show that the system can timely segment under short circuit conditions; in addition, the system can conduct remote control through remote host control, record related data using virtual software and realize batch, automatic and accurate detection and is therefore of high practical value.

LabVIEW; ABB Tmax T2N160 molded case circuit breaker; short-circuit testing

1006-7302（2012）02-0069-05

TM561

A

2012-01-06

苏景贤（1986—），男，福建漳州人，硕士研究生，主要从事自动化测试与控制的研究；王建生，教授，博士，硕士生导师，通信作者，从事机电一体化、特种机械等研究.