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1、第十章 低压电器的监测和诊断,10.1 低压电气接触检测技术 10.2 电磁系统的故障检修 10.3 自动断路器的检测与故障分析、处理 10.4 低压开关柜,10.1 低压电气接触检测技术,低压电器触点的接触电阻直接影响触点的电寿命，可作为电器的筛选指标之一。因此，有关接触电阻的检测方法与检测设备的研究，一直是电器学术界关注的热门课题。接触电阻包括收缩电阻和薄膜电阻两部份，前者是由于动、静触头表面的微观不平度，造成电器触头闭合时的不完整接触，形成电流线的收缩现象而产生的电阻；后者是由于电器触头表面的灰尘和氧化膜等因素而形成的电阻。传统的检测方法是让触头接通一个较大的电流，以消除薄膜电阻，此时触
2、头的接触电阻即认为是收缩电阻。然而电流的选择存在一定的难度，电流选择过小，不足以消除薄膜电阻，选得过大会损伤电器的触头。因此，收缩电阻的检测一直是电器检测的难点之一。,10.1.1 触头间电压降的特点,电器触头闭合时，其动、静触头之间的接触电阻为 (10-1) 式中 R j 接触电阻，单位为； R s 收缩电阻，单位为； R b 薄膜电阻，单位为。 设在常温下收缩电阻为R s0，流过收缩电阻的电流为 Is ,由此引起的温升Q可根据焦耳定律表示为 (10-2) 式中 接触材料电阻率，单位为m； 接触材料导热率，单位为W/(mK)。,(10-4),(10-5),(10-3),若触头上流过的电流Is
3、为恒定电流，则在收缩电阻上产生的压降Us为,令k =(12)，对于不同材料可得出不同的 k 值，则,设为电阻温度系数，则当温度增加时，触头的收缩电阻将增大为,若选择恒定电流 ，则触头间电压降为,则 ：,由式(10-7)可见，当对正弦波电流通过接触元件时，在接触处产生的接触电压降包括该正弦基波的三次谐波成分，它只与收缩电阻有关。因此，若能检测出接触电压降的三次谐波成分，就能计算出触头在常温下的收缩电阻R。,(10-7),令：,(10-6),10.1.2 触头间电压采集与处理 1.触头间电压采集 电压采集的原理见图10-1，电器触头两端接到频率为50Hz 交流恒流电源，电流可以选择在电器的额定电流
4、IN 以下(0.25IN IN )。电器触头闭合一定时间后，计算机以1 kHz的采集频率采集触点间的电压信号，并保存这些数据，以便处理后计算收缩电阻。,图101 电压采集原理图,2. 数据处理 傅里叶变换给出了信号时域或频域的相互转换的方法。这种方法可以分析时域信号的频谱，同样根据信号的频谱来再现时域信号：,(10-8),(10-9),式中 h(t) 时域信号； H(f) 对应的频域信号。 H(f)通常是一个复函数，它包含实部和虚部,(10-10),也可以采用幅度和相位表示为,(10-11),对信号的采样总是在有限的时间里进行，这个时间区间被称为时间窗。图10-2所示为在时间窗里的采样数据和它
5、们对应的谱。其中定义几个特征的时间间隔：1f0为谱的给定的分量周期；1f w为时间窗口周期；1f s为采样周期。它们的频域、时域特征值有：谱峰频率 f0；谱峰宽度 f w；谱的周期重复的间隔 f s。,图10-2 采样的数据和谱的特征量,3. 收缩电阻的计算 计算过程如下图10-4 Uj 信号频谱图 1) 以一定频率对触头两端电压信号进行采样，得到两个数据。 2) 对采样数据进行快速傅里叶变换，求出频域信号，它在电流基波频率与三倍频率处出现峰值（见图10-4）。 3) 选择适当的窗函数对频域信号进行处理，只保留三次谐波处的峰值。 4) 对经过处理的频域信号进行快速傅里叶反变换，转换为时域信号，
6、此时时域信号已去掉了基波频率信号Uf，而只剩触头间电压信号U 3f。 5)计算三次谐波信号U3f 的幅值A，然后由 可得：,(10-12),对于一定的触头材料，k为已知值，故常温下的收缩电阻RS0 即可确定,图10-4 Uj 信号频谱图,4.检测结果对比 表101给出三个试品的试验对比数据。由此可知，电阻R2和R3基本一致，说明收缩电阻检测方法的有效性。,表101检测数据对比,利用计算机的数据处理技术，可以实现电器触头收缩电阻的无伤害在线检测，避免了传统检测方法对触头的影响，使电器电寿命的下降。采用计算机虚拟仪器技术来计算电器试验、检测中的电参数，丰富了计算机控制试验与检测装置的功能，使其成为
7、一种集控制、检测、测量为一体的高性能试验与检测设备。,10.2 电磁系统的故障检修,10.2.1 励磁线圈断线 励磁线圈断线的原因： (1) 线圈工作电压过高 当电网负荷减轻时，电网电压的上升幅度较大，导致线圈过热而引起绝缘的热击穿，从而使线圈短路而烧毁。 (2) 线圈工作电压过低 交流接触器当线圈工作电压过低时不能吸合，导致线圈电流过大而烧毁。 (3) 操作频率过高 (4) 撞击与振动 接触器吸合时的衔铁与铁心的撞击以及外界的冲击振动会造成线圈内部断线或短路而将线圈烧毁。 (5) 线圈电流过大 交流接触器铁心中柱气隙过大或极面间有异物时，会导致线圈电流过大而将线圈烧断。此外，运动部分卡住而不
8、能吸合时，也会使交流接触器的线圈电流过大而将线圈烧断。 (6) 线圈绝缘不良 或腐蚀性气体、水分侵入线圈内部，使线圈绝缘损坏而导致短路，从而使线圈烧断。,10.2.2 吸合电压过高 控制电路中线路电阻及控制触点接触电阻的总和随控制系统的大型化、复杂化而有所增大，以及电网电压的波动等因素，都会导致控制电路中接触器线圈工作电压的降低。为保证接触器工作可靠，要求接触器具有较低的吸合电压值。 导致吸合电压值过高的原因主要有：反力弹簧的反力太大，触头超程及触头压力过大，衔铁位于打开位置时衔铁与铁心间的间隙过大，接触器安装位置不当，运动部分卡住，环境温度过高等。,表 10-2 国内外接触器吸合电压值,10
9、.2.3 释放电压过低或线圈断电后不能释放 导致接触器释放电压太低，甚至线圈断电后接触器不能释放的原因如下 1. 剩磁吸力过大 2磁极极面间的粘附力过大 3. 其他 （1）机械卡住 导轨和支架间的配合间隙过大、外界异物(如小螺订等)落入接触器内、接触器基座及触头支架等塑料件的后收缩(出模以后的尺寸变化)以及在使用中因受潮或在电弧作用下发生变形而使滑动间隙消失，均可使运动部分发生卡住现象，从而导致接触器的释放电压降低，甚至不能释放。 （2）触头发生熔焊 触头熔焊是指两电极接触区域金属熔化而结合在一起的现象。其原因：由于接触电阻存在，电流过大时导致接触区域更多的电能转换为热能，使触头材料强烈发热熔
10、化后发生的熔焊；电器在接通或分断电路时，电弧对触头材料烧蚀，导致触头弧根区域发生熔焊。 （3）衔铁闭合位置的反力过小 反力弹簧及触头弹簧刚度偏小以及触头超行程偏小都会使衔铁闭合位置的反力过小，从而导致接触器的释放电压降低。,10.2.4 铁心延缓释放 在铁心的两磁极极面间有油时，动、静铁心分开过程中油会流向极面中间，使磁极间产生动态粘附力。而这种粘性流动又需要时间，使两铁心不会立刻分开，导致铁心延缓释放。对于粘度约的低粘度油，延缓时间约等于数毫秒至数十毫秒，影响不大。但当采用溶剂稀释型防锈油时，溶剂挥发后在极面间形成的胶质膜，其粘度达，延缓时间可达数十秒，破坏了接触器的正常工作。 10.2.5
11、 电磁铁噪声严重 由于动、静铁心的端面接触不良或动铁心歪斜、短路环损坏、电压太低等，都会使衔铁噪声增大，甚至造成线圈过热或烧毁。交流电磁铁产生噪声的原因有两个：一是硅钢片铁磁材料在交变磁场作用下，产生磁致伸缩引起的振动；二是当衔铁所受最小电磁吸力小于闭合位置反力时，引起衔铁的周期性振动。前者所产生的噪声很难消除，但这种噪声小，影响不大；后者所产生的噪声较大，对周围可造成很大的影响，但是这种噪声是可以通过合理的设计及良好的工艺加以消除。 10.2.6 交流接触器常见故障及其分析与处理,10.3 自动断路器的检测与故障分析、处理,10.3.1 作用与分类 自动断路器时一种既有开关作用又能进行自动保
12、护的电器。配电用自动开关，安保护性能分，有非选择型和选择型两类。图103表示自动断路器的三种保护持续性曲线。,图10-3 自动断路器的保护特性曲线 a)瞬时动作式 b)两段保护式 c)三段保护式,10.3.2 检测内容 自动断路器在运行中除应定期进行耐压试验外，还应检查如下内容。 DZ型 检查符合电流是否符合额定值范围。 自动断路器的信号指示与电路分合状态是否相符。 自动断路器的过载元件容量是否与过负荷的规定值相符。 自动断路器与母线或出线的连接点有无过热现象。 自动断路器本题内有无放电声音。 自动断路器的绝缘外壳有无裂损现象。 自动断路器的电动合闸机构润滑是否良好，机件有无裂损状况。,表10
13、-5 交流耐压试验的试验电压值,2. DW 型 1) 检查所带负荷是否超过自动断路器的额定值。 2) 检查自动断路器的过载脱扣的整定值与所带负荷是否配合。 3) 检查信号指示与电路分、合状态是否相符。 4) 自动断路器与母线和出线的连接点是否有过热现象。 5) 自动断路器的辅助触点是否有烧损和腐蚀现象。 6) 自动断路器灭弧栅内，是否有因触头接触不良而发出的放电声响。 7) 灭弧栅有无破裂现象和松动现象。 8) 自动断路器失压脱扣线圈有无异常声音和过热现象，短路环有无损伤。 9) 自动断路器的绝缘连杆是否有损伤现象。 10) 自动断路器操动机构中的连接部位开口销以及弹簧等是否完好。 11) 自
14、动断路器的合闸电磁铁机构及电动合闸机构是否在正常状态。,10.3.3 常见故障及其分析与处理 自动断路器常见故障及其分析与处理方法见表10-2。,表10-2 常见故障及其分析与处理,10.4 低压开关柜,10.4.1开关柜的常见故障及处理 常见故障及处理: 开关柜内部发生断路 母线排的支持绝缘件或插入式触头的绝缘底座污秽或收到机械损伤造成断路。对策：对污秽应加强清扫。 电器元件选择不当，应选择开断容量合适的断路器。 误操作现象常发生的是带负荷操作隔离刀闸，为此，应严格执行操作规程，杜绝误操作。 金属检修工具遗忘在母排上，送电后发生短路。为此，检修结束后要清点工具，防止遗忘。 由于老鼠、蛇等小动
15、物钻入开关柜内，造成短路。应装设防护网，防止小动物钻入。,2.母线连接处过热 (1) 接触不良 母排接头接触不良，会引起连接母排发热。为此，可采用转移负荷、停电检修或更换母线排。对暂时不能转移负荷或检修的可临时加强冷却（如用电风扇吹）。 (2) 对接螺栓拧得过紧或过松 螺栓拧得过紧，母排垫圈部分被压缩，截面减小，电流通过后引起发热。螺栓拧得过松，母排接触不良，接触电阻很大，造成连接部位过热。为此，在旋紧母排对接螺栓时，其松紧程度要适当，一般紧固到弹簧垫圈压平为止。 10.4.2 低压开关柜电弧故障诊断与保护系统 1. 电弧的检测方法 2. 电弧光保护的工作原理 3. 现有的开关柜内部故障保护方案 4. 电弧光保护系统的组成 5. 电弧光保护系统的作用,
