一種柵片滅弧室滅弧效率的檢測方法及其測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柵片滅弧室滅弧效率的檢測方法，其步驟包括：a.對有柵片的弧柱和對無柵片的弧柱均加以同樣大小的瞬時電流使其產(chǎn)生感應(yīng)磁場，并對兩個弧柱內(nèi)側(cè)相同的若干個不同部位的磁感應(yīng)強度通過霍爾傳感器采集數(shù)據(jù)分別得到B1z1、B1z2、B1z3……；和B2z1、B2z2、B2z3……；c.通過公式獲得柵片滅弧室的滅弧效率η1、η2、η3、……；d.并對η1、η2、η3、……進行平均值計算，從而獲得表征柵片滅弧室的滅弧效率。本發(fā)明還公開了用于測量柵片滅弧室滅弧效率的測量裝置，其包括導(dǎo)電弧柱、數(shù)控瞬時恒流源、柵片、若干霍爾傳感器、示波器和存儲器。本發(fā)明可以對柵片滅弧室內(nèi)吹弧磁場進行直接測量，其檢測步驟簡單、結(jié)果可靠。
【專利說明】—種柵片滅弧室滅弧效率的檢測方法及其測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種滅弧效率的檢測方法，尤其是一種在短路或過載等大電流下，對金屬柵片滅弧室滅弧效率進行檢測的方法及其測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，金屬柵片滅弧是除了真空法滅弧和SF6滅弧之外最廣泛采用的一種滅弧方法。其基本原理是:斷路器分斷短路或者過載大電流時，觸頭間會產(chǎn)生電弧放電；而金屬柵片產(chǎn)生的感應(yīng)磁場形成磁吹弧力，將電弧吸入滅弧室，電弧被金屬柵片分割成若干小段，利用電弧的近陰極板效應(yīng)達到熄滅電弧的目的。磁吹磁場的大小是斷路器快速、有效滅弧的關(guān)鍵。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中通常是通過仿真技術(shù)，采用了有限元或者其他數(shù)值計算的方法求解滅弧室吹弧磁場分布以及磁吹弧力的大小?，F(xiàn)簡述如下:(1)《兩種靜導(dǎo)電回路對塑殼斷路器開斷性能的影響分析》[J].電工技術(shù)學(xué)報，2010，08: 45-51.該文獻利用穩(wěn)態(tài)分析的方法，設(shè)計了兩種不同的靜導(dǎo)電回路，利用有限元法計算對比電動力和吹弧磁場，分析了兩種不同靜導(dǎo)電回路結(jié)構(gòu)對塑殼斷路器的觸頭分短時間，觸頭推斥電動斥力，吹弧磁場在電弧分布以及燃弧初期吹弧磁場大小因素的影響。(2)《低壓塑殼斷路器觸頭系統(tǒng)三維磁場的可視化分析》[J].電工技術(shù)學(xué)報，2002，04: 31-35.該文獻運用可視化仿真技術(shù)，采用了積分方程法求解滅弧室吹弧磁場分布以及磁吹弧力的大小，分析了不同的觸頭結(jié)構(gòu)對吹弧磁場的影響。(3)《考慮觸頭間電流收縮影響的低壓塑殼斷路器中電動斥力分析》[J].電工技術(shù)學(xué)報，2004，10: 1-5.該文獻采用恒定場的方程對電流密度和磁通分布進行了計算，并研究了穩(wěn)態(tài)條件下觸頭間電流收縮對于斷路器電動斥力的影響。(4)《利用電弧動態(tài)數(shù)學(xué)模型的低壓斷路器開斷過程仿真分析》[J].中國電機工程學(xué)報，2009，21:107-113.該文獻利用插值方法，研究了利用電弧動態(tài)模型對斷路器開斷過程進行仿真的技術(shù)。通過有限元方法，計算穩(wěn)態(tài)時電流、磁場和電動斥力之間的數(shù)值表，利用二位插值的方法研究觸頭分斷的動力學(xué)過程。(5)《框架式斷路器滅弧室磁吹力大小的三維有限元分析研究》[J].歐洲物理學(xué)報，Vol.14, N0.3, 183-186.(《3_D finite element analysis ofmagnetic force on the arc for arc chamber design of molded case circuit breaker))[J].The European physical journal, Vol.14, N0.3, 183-186.)該文則利用有限兀軟件，計算了滅弧柵片采用不同形狀和分布時滅弧室內(nèi)磁吹弧力的大小。這些研究集中于采用穩(wěn)態(tài)分析的方法研究斷路器的分斷過程，在理論上，對于斷路器滅弧室及柵片的設(shè)計與優(yōu)化有一定指導(dǎo)作用。然而，這些方法過度依賴于數(shù)值計算與仿真，研究中均缺乏對滅弧室內(nèi)磁場分布及大小的實驗驗證，缺乏進行實驗的方法和裝置，數(shù)值計算結(jié)果存在不可靠的問題。因此，設(shè)計一種可以對柵片滅弧室內(nèi)吹弧磁場大小及分布進行直接測量的方法和裝置，對于研究如何提高柵片滅弧室滅弧效率以及斷路器電氣壽命、安全性、可靠性顯得極為重要。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的一:為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種檢測步驟簡單、檢測結(jié)果可靠的可以對柵片滅弧室內(nèi)吹弧磁場大小進行直接測量的方法。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種柵片滅弧室滅弧效率的檢測方法，其特征在于包括以下步驟:a.用弧狀導(dǎo)電體模擬弧柱，并對滅弧室內(nèi)有柵片的弧柱加以瞬時電流，柵片產(chǎn)生感應(yīng)磁場形成磁吹磁場，弧柱內(nèi)側(cè)通過霍爾傳感器對磁吹磁場若干個不同部位采集數(shù)據(jù)得到磁感應(yīng)強度數(shù)值Blzl、Blz2, Blz3……；b.拆掉滅弧室中的柵片后對滅弧室中的弧柱加以步驟a中同樣大小的瞬時電流，并通過霍爾傳感器按步驟a中的若干個不同部位進行同樣的采集數(shù)據(jù)得到另一組數(shù)值B2z1、B2z2, B2z3……；c.通過公式
η =?Β:_-— B:: j/B^:xlOde+0計算獲得用來表征柵片滅弧室的滅弧效率n2,
n3>……；d.并對上述弧柱內(nèi)側(cè)各點測得的滅弧效率值進行平均值計算，從而獲得表征柵片滅弧室的滅弧效率。
[0006]作為本發(fā)明的進一步設(shè)置，所述霍爾傳感器從滅弧室內(nèi)不同空間位置接收到磁感應(yīng)強度后通過示波器對霍爾傳感器輸出的信號進行實時數(shù)據(jù)采集形成波形圖像，并通過存儲器將實時數(shù)據(jù)進行存儲。
[0007]采用上述方案，本發(fā)明基于數(shù)控瞬時恒流源技術(shù)可以給滅弧室提供瞬時大電流，使得柵片可以產(chǎn)生感應(yīng)磁場形成磁吹弧力以便于霍爾傳感器可以對柵片滅弧室內(nèi)不同部位的吹弧磁場大小進行直接測量得到真實數(shù)據(jù)，從而根據(jù)上述真實數(shù)據(jù)計算柵片滅弧室的滅弧效率；該結(jié)果更加真實可靠，更有利于研究如何提高柵片滅弧室的滅弧效率以及斷路器的電氣壽命、安全性和可靠性等；另外，通過示波器將霍爾傳感器輸出的信號直接轉(zhuǎn)換成波形圖像更便于直觀觀察比較，數(shù)據(jù)經(jīng)過存儲卡進行存儲，可以重復(fù)測量對比使用。
[0008]發(fā)明目的二:為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種操作方便、檢測結(jié)果可靠的可以對柵片滅弧室內(nèi)吹弧磁場大小進行直接測量的裝置。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的二，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種用于檢測柵片滅弧室滅弧效率的測量裝置，其特征在于:包括導(dǎo)電弧柱，弧柱端部連接有數(shù)控瞬時恒流源，弧柱上可拆卸式安裝有柵片，所述導(dǎo)電弧柱內(nèi)側(cè)由上至下分布有若干霍爾傳感器，所述霍爾傳感器與所述柵片的間隔槽對應(yīng)設(shè)置；霍爾傳感器的輸出端連接有示波器，示波器的輸出端連接有存儲器。
[0010]采用上述方案，本發(fā)明可以通過上述裝置對弧柱的不同部位進行測量，為了對弧柱內(nèi)側(cè)的磁感應(yīng)強度分布進行檢測，在導(dǎo)電弧柱內(nèi)側(cè)從上至下設(shè)置霍爾傳感器，檢測到的數(shù)據(jù)通過示波器顯示，其波形圖像更明顯更便于觀察。采用瞬時恒流源建立的上述測量裝置可以對滅弧室內(nèi)吹弧磁場進行直接測量得到真實數(shù)據(jù)，可以對仿真模型進行驗證，也可以通過定量分析研究柵片滅弧室內(nèi)的滅弧效率。
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]附圖1為本發(fā)明具體實施例測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為本發(fā)明具體實施例金屬柵片產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度作用示意圖；
附圖3為本發(fā)明具體實施例結(jié)構(gòu)框圖；附圖4為本發(fā)明具體實施例安置了金屬滅弧柵片時測量的示意圖；
附圖5為本發(fā)明具體實施例去除滅弧柵片后對相同部位的磁感應(yīng)強度進行測量的示意圖；
附圖6為本發(fā)明具體實施例瞬時恒流源輸出1000A的電流波形圖；
附圖7為本發(fā)明具體實施例瞬時恒流源輸出1000A時I號霍爾傳感器測得的滅弧室的磁感應(yīng)強度示意圖；
附圖8為本發(fā)明具體實施例瞬時恒流源輸出1000A時2號霍爾傳感器測得的滅弧室的磁感應(yīng)強度示意圖；
附圖9為本發(fā)明具 體實施例瞬時恒流源輸出1000A時3號霍爾傳感器測得的滅弧室的磁感應(yīng)強度示意圖；
附圖10為本發(fā)明具體實施例瞬時恒流源輸出1000A時4號霍爾傳感器測得的滅弧室的磁感應(yīng)強度示意圖；
附圖11為本發(fā)明具體實施例瞬時恒流源輸出500A的電流波形圖；
附圖12為本發(fā)明具體實施例瞬時恒流源輸出500A時I號霍爾傳感器測得的滅弧室的磁感應(yīng)強度示意圖；
附圖13為本發(fā)明具體實施例瞬時恒流源輸出500A時2號霍爾傳感器測得的滅弧室的磁感應(yīng)強度示意圖；
附圖14為本發(fā)明具體實施例瞬時恒流源輸出500A時3號霍爾傳感器測得的滅弧室的磁感應(yīng)強度示意圖；
附圖15為本發(fā)明具體實施例瞬時恒流源輸出500A時4號霍爾傳感器測得的滅弧室的磁感應(yīng)強度示意圖；
附圖16為本發(fā)明具體實施例瞬時恒流源輸出800A的電流波形圖；
附圖17為本發(fā)明具體實施例瞬時恒流源輸出800A時I號霍爾傳感器測得的滅弧室的磁感應(yīng)強度示意圖；
附圖18為本發(fā)明具體實施例瞬時恒流源輸出800A時2號霍爾傳感器測得的滅弧室的磁感應(yīng)強度示意圖；
附圖19為本發(fā)明具體實施例瞬時恒流源輸出800A時3號霍爾傳感器測得的滅弧室的磁感應(yīng)強度示意圖；
附圖20為本發(fā)明具體實施例瞬時恒流源輸出800A時4號霍爾傳感器測得的滅弧室的磁感應(yīng)強度示意圖。
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明的用于檢測柵片滅弧室滅弧效率的測量裝置的具體實施例如圖1所示，其包括導(dǎo)電弧柱1，該導(dǎo)電弧柱I有弧狀銅導(dǎo)體模擬燃弧形成，弧柱I端部連接有數(shù)控瞬時恒流源，弧柱I上可拆卸式安裝有柵片2，導(dǎo)電弧柱I內(nèi)側(cè)11由上至下分布有4個霍爾傳感器如圖2、4所7^，分別為I號霍爾傳感器A、2號霍爾傳感器B、3號霍爾傳感器C和4號霍爾傳感器D，霍爾傳感器與柵片2的間隔槽對應(yīng)設(shè)置；霍爾傳感器的輸出端連接有示波器，示波器的輸出端連接有存儲器如圖3所示。
[0014]本發(fā)明關(guān)于柵片滅弧室滅弧效率的檢測方法的具體實施例，其步驟包括:a.用弧狀銅導(dǎo)線作為導(dǎo)電弧柱1，對有柵片2的弧柱I和對無柵片2的弧柱I均加以同樣大小的瞬時電流使其產(chǎn)生感應(yīng)磁場，并對上述兩次實驗中的弧柱I內(nèi)側(cè)相同的4個不同部位的磁感應(yīng)強度分別通過I號霍爾傳感器A、2號霍爾傳感器B、3號霍爾傳感器C和4號霍爾傳感器D，采集數(shù)據(jù)分別得到Blzl、
BiZ2、B1z3、B1z4 ;和 B2zlλ B2z2λ Β2ζ3λ B2z4 ；c.通過公式(I)
η = (Blr — B;: l/B:； X IOC^o獲得柵片滅弧室的滅弧效率 Πι、Π 2 Λ Π 3Λ Π 4 ? ^.并對
1、η2、η3、Π4進行平均值計算，從而獲得表征柵片滅弧室的滅弧效率H。當斷路器分斷短路或者過載大電流時，觸頭間會產(chǎn)生電弧放電；一般情況下，可以認為柵片滅弧室的磁路系統(tǒng)為線性磁介質(zhì)。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，各載流體以及磁介質(zhì)產(chǎn)生的磁場可以進行線性疊加。電弧產(chǎn)生時，由于柵片2感應(yīng)磁場的作用，在弧柱I內(nèi)側(cè)11部位即如圖2中所示的左側(cè)，其ζ方向的磁感應(yīng)強度得到增強；弧柱I外側(cè)12部分即如圖2中所示的右側(cè)，其ζ方向的磁感應(yīng)強度受到減弱。因此，分別測量有無滅弧柵片2時弧柱I不同部位的磁感應(yīng)強度后，計算兩者的差值，可以用來定量描述柵片滅弧室的滅弧效率。上述兩個實驗可以同時進行測量即設(shè)計一組導(dǎo)電弧柱帶有柵片的滅弧室和另一組導(dǎo)電弧柱不帶有柵片的滅弧室同時進行實驗，也可以分步測量，首先對導(dǎo)電弧柱帶有柵片的滅弧室進行測量，然后拆掉柵片再測量導(dǎo)電弧柱不帶柵片時滅弧室的磁感應(yīng)強度數(shù)值；本實施例采用的是后者方法，更節(jié)省實驗器材減少實驗成本。
[0015]數(shù)控瞬時恒流源為弧柱提供的輸入電流可以根據(jù)具體實驗需求設(shè)置大小，而本
實施例中數(shù)控瞬時恒流源為弧柱I提供輸入電流為 /ir I = 1SM! 100 -},大小為
500~1000Α ;霍爾傳感器的輸入電壓為+5V，輸出電壓為O到5V。通過泰克示波器同時對4個霍爾傳感器的4路輸出進行同步采集，并通過儲存卡將上述采集的數(shù)據(jù)存儲于其中。
[0016]實施例一，當輸入瞬時電流為1000Α如圖6中的波形時，I號霍爾傳感器Α、2號霍爾傳感器Β、3號霍爾傳感器C和4號霍爾傳感器的測量結(jié)果分別如圖7-10所示。其中柵
片2產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度按照公式⑴ η = IBlr - Ell ι/Biz χ 100%進行計算，n
的大小為有無柵片2時弧狀導(dǎo)體內(nèi)側(cè)磁感應(yīng)強度的差值。
[
【權(quán)利要求】
1.一種柵片滅弧室滅弧效率的檢測方法，其特征在于包括以下步驟:a.用弧狀導(dǎo)電體模擬弧柱，并對滅弧室內(nèi)有柵片的弧柱加以瞬時電流，柵片產(chǎn)生感應(yīng)磁場形成磁吹磁場，弧柱內(nèi)側(cè)通過霍爾傳感器對磁吹磁場若干個不同部位采集數(shù)據(jù)得到磁感應(yīng)強度數(shù)值B1z1、B1z2、B1z3……；b.拆掉滅弧室中的柵片后對滅弧室中的弧柱加以步驟a中同樣大小的瞬時電流，并通過霍爾傳感器按步驟a中的若干個不同部位進行同樣的采集數(shù)據(jù)得到另一組數(shù)值B2zl、B2z2、B2z3……；c.通過公式 (B11-BkiZBhX 100%計算獲得用來表征柵片滅弧室的滅弧效率1、n2> n3>……；d.并對上述弧柱內(nèi)側(cè)各點測得的滅弧效率值進行平均值計算，從而獲得表征柵片滅弧室的滅弧效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵片滅弧室滅弧效率的檢測方法，其特征在于:所述霍爾傳感器從滅弧室內(nèi)不同空間位置接收到磁感應(yīng)強度后通過示波器對霍爾傳感器輸出的信號進行實時數(shù)據(jù)采集形成波形圖像，并通過存儲器將實時數(shù)據(jù)進行存儲。
3.一種用于檢測權(quán)利要求1或2所述的柵片滅弧室滅弧效率的測量裝置，其特征在于:包括導(dǎo)電弧柱，弧柱端部連接 有數(shù)控瞬時恒流源，弧柱上可拆卸式安裝有柵片，所述導(dǎo)電弧柱內(nèi)側(cè)由上至下分布有若干霍爾傳感器，所述霍爾傳感器與所述柵片的間隔槽對應(yīng)設(shè)置；霍爾傳感器的輸出端連接有示波器，示波器的輸出端連接有存儲器。
【文檔編號】G01R33/07GK103926542SQ201410081055
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】舒亮, 吳桂初, 葉鵬, 章上聰 申請人:溫州大學(xué)