一种电弧故障断路器智能测试系统及测试方法技术方案

本发明专利技术采用一种电弧故障断路器智能测试系统，通过将系统的组成包含故障电弧模拟发生装置、试品控制柜、试验负载柜及电源柜，电源柜用于提供试验所需的电源，试验负载柜用于模拟电弧故障断路器在实际使用中连接包含有电阻性负载或抑制性屏蔽负载的各用电设备，试验负载柜用于接入试验回路，为试验电路提供不同的试验电流及试验负载，满足标准UL1699《电弧故障断路器AFCI》动作特性试验的各项负载要求，通过试品控制柜设计，实现用于故障电弧模拟发生装置各试验的运动控制、试验电路的自动投切及试验数据的自动采集，也实现对于电弧故障断路器测试设备的自动化程度提高，实现对于国内故障电弧检测技术成熟度的更进一步完善。故障电弧检测技术成熟度的更进一步完善。故障电弧检测技术成熟度的更进一步完善。

【技术实现步骤摘要】
一种电弧故障断路器智能测试系统及测试方法


[0001]本专利技术涉及低压电器领域，尤其涉及一种电弧故障断路器智能测试系统及测试方法。

技术介绍

[0002]近年来随着科技的不断进步，电能得到了广泛的开发与利用，随之而来的电气火灾发生率也逐年增高，电气火灾发生的主要原因是线路过电流、线路与设备上的电火花与电弧故障、电气设备或电气线路上产生高温以及导线与端子接触不良产生高温，进而引发火灾，虽然传统的保护电器大多通过了过流保护、短路保护、温度保护、漏电保护等检测与保护手段，实现防止绝大多数电气火灾的发生，但当供电电路或电气设备中发生电弧故障时，以上涉及的若干保护手段均无法起到有效的保护作用。
[0003]且经研究结果表明，仅0.5A的电弧电流就能引发火灾，而2
‑
10A的电弧电流即可产生高达2000℃～4000℃的局部高温，进而引发严重火灾，并燃烧特殊物质，产生有毒气体，给人类的生命财产安全造成严重危害。因此，针对故障电弧及电弧故障保护电器的研究便愈发受到重视，由此也使电弧故障断路器顺势而生，同时，通过此类电弧故障断路器能有效检测电气线路中的故障电弧，并在引发电气火灾前切断线路，防止故障电弧引起的低压电气火灾。
[0004]电弧故障断路器最早在美国开始使用，1994年美国消费品安全委员会开始征集电弧保护技术，在1999年起草并出版了UL1699《电弧故障断路器AFCI》标准，同时经对标准的不断修订及不断应用实践，美国已将电弧故障断路器引入家居供电系统，并根据安装位置及保护对象的不同，标准将AFCI(即电弧故障分断器)划分为5种型式：支路式AFCI、插座式AFCI、组合式AFCI、移动式AFCI及线缆式AFCI。国际电工委员会于2007年开始着手电弧故障断路器的标准研究，在参考及借鉴了UL1699标准的基础上，于2013年形成了国际标准IEC62606《电弧故障保护电器(AFDD)的一般要求》，随着国内对电气火灾危害的不断深入，近年来国内的一些科研院所与企业相继开展相关理论的基础研究与技术应用的研究，2014年国家标准GB/T31143
‑
2014《电弧故障保护电器(AFDD)的一般要求》正式发布，宣告着我国已经正式把电弧故障检测与保护划入电器安全保护范畴。
[0005]然而，我国故障电弧相关研究及标准的制定相较国外起步较晚，为了促进国内故障电弧检测技术的成熟，标准的进一步完善，保障电弧故障断路器检测技术及相关产品与国际标准及国际市场的接轨，对国标GB/T31143
‑
2014《电弧故障保护电器(AFDD)的一般要求》、美标UL
‑
1699
‑
2017《电弧故障断路器(AFCI)标准》及ICE标准进行深入研究，并对实际效果进行差异性对比具有重要意义。目前，国内可进行UL
‑
1699
‑
2017《电弧故障断路器(AFCI)标准》所述动作特性试验的试验设备较少，且自动化程度较低。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种用于UL1699《电弧故障断路器(AFCI)标准》动作
特性试验，自动化程度高的电弧故障断路器智能测试系统。
[0007]为了实现以上目的，本专利技术采用一种电弧故障断路器智能测试系统及测试方法，包括故障电弧模拟发生装置，包括包括电弧发生器、碳化路径故障电弧模拟发生装置及点接触式故障电弧模拟发生装置，用于模拟不同类型故障电弧的产生；试品控制柜，包括工业控制用计算机、高速输入输出控制卡与高分辨率数据采集卡，通过工业控制用计算机、高速输入输出控制卡及高分辨率数据采集卡，用于故障电弧模拟发生装置的运动控制、以及用于故障电弧模拟发生装置中试验电路的自动投切及试验数据的自动采集；试验负载柜，包括电阻性负载及抑制性屏蔽负载，用于接入由试验电源、外界试验产品、故障电弧模拟发生装置、电阻性负载及抑制性屏蔽负载组成的试验回路，为电弧故障断路器智能测试系统测试所需的试验电路提供不同的试验电流及试验负载；电源柜，用于提供试验所需的电源。
[0008]本专利技术的有益效果在于：通过将电弧故障断路器智能测试系统的组成包含故障电弧模拟发生装置、试品控制柜、试验负载柜及电源柜，其中电源柜提供主要用于提供试验所需的电源，试验负载柜用于模拟电弧故障断路器在实际使用中连接包含有电阻性负载或抑制性屏蔽负载的各用电设备，同时试验负载柜也用于接入试验回路，为试验电路提供不同的试验电流及试验负载，满足标准UL1699《电弧故障断路器AFCI》动作特性试验的各项负载要求，此外，通过试品控制柜的设计，实现了用于故障电弧模拟发生装置中电弧发生器、碳化路径故障电弧模拟发生装置及点接触式故障电弧模拟发生装置的运动控制、以及故障电弧模拟发生装置中试验电路的自动投切及试验数据的自动采集，也实现了对于电弧故障断路器测试设备的自动化程度大大提高，同时实现了对于国内故障电弧检测技术成熟度的更进一步的完善。
[0009]本专利技术进一步设置为，试验控制柜还包括模拟信号采集模块与数字信号输出模块，所述的工业控制用计算机上包括有PCI口与PCIE口，所述的故障电弧模拟发生装置包括数字信号输入模块，高速输入输出控制卡、数字信号输出模块以及数字信号输入模块通过所述的PCI口与工业控制用计算机相连，高分辨率数据采集卡与模拟信号采集模块通过所述的PCIE口与工业控制用计算机相连。
[0010]通过上述设置，使得了通过工业控制用计算机可对试验控制柜以及故障电弧模拟发生装置进行所需的电流电压的可靠采集，以及对于系统状态的实时监控。
[0011]本专利技术进一步设置为，试验负载柜中的电阻性负载及抑制性屏蔽负载依据标准UL1699《电弧故障断路器AFCI》的动作特性试验项目所设定，所述的电阻性负载包括电阻丝绕制而成的阻性负载、以及通过加长线缆长度以增加阻值的限流线，所述的抑制性屏蔽负载包括真空吸尘器、空气压缩机、双金属器具、天花板风扇、空气净化器、手持式电动工具、电子式开关电源、荧光灯以及钨丝灯。
[0012]上述通过将用于负载项目试验，依据标准UL1699《电弧故障断路器AFCI》的动作特性试验项目所设定，由此实现本系统可实现可靠模拟现市面上使用的绝大数的负载，且所即使部分负载未在负载柜中体现，但现负载柜中涉及到的负载的功率，可实现已通过本系统试验后的断路器，可在国内市场进行可靠适用。
[0013]本专利技术进一步设置为，工业控制用计算机为电弧故障断路器智能测试控制系统的上位机，该上位机上预设有上位机平台，所述的上位机平台包括电弧发生器控制模块、碳化路径故障电弧模拟发生装置控制模块、点接触式故障电弧模拟发生装置控制模块、试验参
数设置模块、试验回路自动控制模块、数据采集及存储模块、故障监测及报警模块、试验结果分析显示及存储模块、以及人机交互界面。
[0014]通过上述设置，实现在上位机中设置用于故障电弧模拟发生装置、试品控制柜、试验负载柜控制的各模块，实现了通过工业控制用计算机对于电弧故障断路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电弧故障断路器智能测试系统，其特征在在于：包括故障电弧模拟发生装置，包括包括电弧发生器、碳化路径故障电弧模拟发生装置及点接触式故障电弧模拟发生装置，用于模拟不同类型故障电弧的产生；试品控制柜，包括工业控制用计算机、高速输入输出控制卡与高分辨率数据采集卡，通过工业控制用计算机、高速输入输出控制卡及高分辨率数据采集卡，用于故障电弧模拟发生装置的运动控制、以及用于故障电弧模拟发生装置中试验电路的自动投切及试验数据的自动采集；试验负载柜，包括电阻性负载及抑制性屏蔽负载，用于接入由试验电源、外界试验产品、故障电弧模拟发生装置、电阻性负载及抑制性屏蔽负载组成的试验回路，为电弧故障断路器智能测试系统测试所需的试验电路提供不同的试验电流及试验负载；电源柜，用于提供试验所需的电源。2.根据权利要求1所述的电弧故障断路器智能测试系统，其特征在于：所述的试验控制柜还包括模拟信号采集模块与数字信号输出模块，所述的工业控制用计算机上包括有PCI口与PCIE口，所述的故障电弧模拟发生装置包括数字信号输入模块，高速输入输出控制卡、数字信号输出模块以及数字信号输入模块通过所述的PCI口与工业控制用计算机相连，高分辨率数据采集卡与模拟信号采集模块通过所述的PCIE口与工业控制用计算机相连。3.根据权利要求1或2所述的电弧故障断路器智能测试系统，其特征在于：所述的试验负载柜中的电阻性负载及抑制性屏蔽负载依据标准UL1699《电弧故障断路器AFCI》的动作特性试验项目所设定，所述的电阻性负载包括电阻丝绕制而成的阻性负载、以及通过加长线缆长度以增加阻值的限流线，所述的抑制性屏蔽负载包括真空吸尘器、空气压缩机、双金属器具、天花板风扇、空气净化器、手持式电动工具、电子式开关电源、荧光灯以及钨丝灯。4.根据权利要求1或2所述的电弧故障断路器智能测试系统，其特征在于：所述的工业控制用计算机为电弧故障断路器智能测试控制系统的上位机，该上位机上预设有上位机平台，所述的上位机平台包括电弧发生器控制模块、碳化路径故障电弧模拟发生装置控制模块、点接触式故障电弧模拟发生装置控制模块、试验参数设置模块、试验回路自动控制模块、数据采集及存储模块、故障监测及报警模块、试验结果分析显示及存储模块、以及人机交互界面。5.根据权利要求1或2所述的电弧故障断路器智能测试系统，其特征在于：所述的故障电弧模拟发生装置包括电弧发生试验柜体，所述的电弧发生试验柜体内还包括电弧发生试验平台，电弧发生器置于所述的电弧发生试验平台上，该电弧发生器包括固定底座、绝缘夹具、固定端电极、移动端电极、移动滑块、丝杆、步进电机、电弧发生器驱动及控制模块、限位保护模块及压力检测模块，所述的电弧发生器通过固定底座连接于电弧发生试验平台，所述的固定底座内开设有凹槽，丝杆通过所述的凹槽置入固定底座并限位，所述的步进电机分布于固定底座的一侧，并与固定底座内的丝杆连接，且通过步进电机的转动，构成驱动丝杆的转动，所述的绝缘夹具包括固定端绝缘夹具与移动端绝缘夹具，且固定端绝缘夹具与移动端绝缘夹具分别设于固定底座上，移动滑块分布于所述的移动端绝缘夹具与固定底座之间，且与固定底座内的丝杆联动，该移动滑块与移动端绝缘夹具连接，所述的移动端电极设于移动端绝缘夹具上，并朝向固定端绝缘夹具，所述的固定端电极设于固定端绝缘夹具上，且与移动端电极呈对向设置，并呈同一直线式设置，且通过步进电机的正反转，形成移
动滑块、移动端电极、移动端绝缘夹具沿丝杆方向前后移动，并作电弧试验。6.根据权利要求2所述的电弧故障断路器智能测试系统，其特征在于：所述的碳化路径故障电弧模拟发生装置包括碳化试验平台、绝缘碳化底盘、接线柱、试验导线、高压碳化回路、高低压切换模块、碳化通道检测试验回路，所述的碳化试验平台限位于碳化路径故障电弧模拟发生装置内，绝缘碳化底盘连接于所述的碳化试验平台上，接线柱设于所述的绝缘碳化底盘上，该接线柱的一端设有接线端子，试验导线连接于所述的接线端子上，接线柱的另一端与高压碳化回路及碳化通道检测试验回路输出端共连；所述的高压碳化回路用于在试验导线的绝缘层上形成碳化的导电路径，包括120V/15KV变压器、120V/7KV变压器、120V/2KV变压器、限流电阻R1、R2、R3及全控开关J1、J2、J3、J5、J6、J7，所述的全控开关J1、J2、J3分别接至120V/15KV变压器、120V/7KV变压器及120V/2KV变压器的一次侧，形成控制120V/15KV变压器、120V/7KV变压器、120V/2KV变压器一次侧电压的输入，所述的限流电阻R1、R2、R3分别接入120V/15KV变压器、120V/7KV变压器、120V/2KV变压器的二次侧输出回路，构成120V/15KV变压器输出开路电压15KV，短路电流30mA；120V/7KV变压器输出开路电压7KV，短路电流30mA；120V/2KV变压器可输出开路电压2KV，短路电流300mA，且三者所述的变压器的输出端分别通过全控开关J5、J6、J7分别控制输出，并三者所述的变压器各输出端共连，构成全控开关J5、J6、J7互为互锁关系；所述的高低压切换模块包括双向铡刀、交流电机、联动金属件及微型继电器XJ1、XJ2，双向铡刀两侧预设的端子分别连接至高压碳化回路及碳化通道检测试验回路，双向铡刀通过联动金属件与交流电机相连，交流电机正反转动可带动铡刀的转动，微型继电器XJ1、XJ2的输出端与交流电机的正反控制端相连，通过控制XJ1、XJ2的切换控制交流电机的正反转动，构成驱动双向铡刀投切至高压碳化回路一侧或碳化通道检测试验回路的一侧；所述的碳化通道检测试验回路包括120V/100W白炽灯、全控开关J4、J8、光敏传感器，所述的模拟信号采集模块包括模拟信号调理电路，所述的光敏传感器的光敏电阻侧正对120V/100W白炽灯安装，光敏传感器的输出端与模拟信号调理电路的输入端相连，模拟信号调理电路的输出端与高分辨率数据采集卡的模拟信号输入端子相连，通过控制双向铡刀切换至碳化通道检测试验回路侧及串联至回路中的全控开关J4、J8闭合接通低压试验回路。7.根据权利要求1或2所述的电弧故障断路器智能测试系统，其特征在于：所述的点接触式故障电弧模拟发生装置包括点接触试验平台、绝缘底座、绝缘杠杆臂、绝缘支撑臂、钢制刀片、绝缘杠杆臂运动控制模块、绝缘杠杆臂运动保护模块、试验电缆、接线端子、步进电缸推动台，所述的点接触试验平台限位于点接触式故障电弧模拟发生装置内，所述的绝缘底座设于点接触试验平台上，并连接，所述的绝缘杠杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢振华，杜量，黄惠根，侯林明，马蕾，
申请(专利权)人：浙江省机电产品质量检测所有限公司，
类型：发明
国别省市：