关于断路器速度测量的意义和方法
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摘要：断路器（英文名称：circuit-breaker，circuit breaker）是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包括短路条件）下的电流的开关装置。断路器可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。目前，已获得了广泛的应用。
中图分类号： TM561 文献标识码： A 文章编号：
1简介断路器
断路器一般由触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器、外壳等构成。
当出现短路故障时，大电流（一般10至12倍）产生的磁场克服反力弹簧，脱扣器拉动操作机构动作，开关瞬时跳闸。当过载时，电流变大，发热量加剧，双金属片变形到一定程度推动机构动作（电流越大，动作时间越短）。
现在有电子型的，使用互感器采集各相电流大小，与设定值比较，当电流异常时微处理器发出信号，使电子脱扣器带动操作机构动作。
断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。而高压断路器要开断高电压，电流可达1500-2000A的电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。故灭弧是高压断路器必须解决的问题。
吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。
2断路器触头的运动速度进行测量的意义
2.1对断路器触头的运动速度进行测量的意义如下：
2.1.1断路器分、合闸时，触头运动速度是断路器的重要特性参数，断路器分、合闸速度不足将会引起触头合闸振颤，预击穿时间过长。
2.1.2分闸时速度不足，将使电弧燃烧时间过长，致使断路器内存压力增大，轻者烧坏触头，使断路器不能继续工作，重者将会引起断路器爆炸。
2.1.3如果已知断路器合、分闸时间及触头的行程，就可以算出触头运动的平均速度，但这个速度有很大波动，因为影响断路器工作性能最重要的是刚分、刚合速度及最大速度。因此，必须对断路器触头运动速度进行实际测量。
因此，断路器速度测量在断路器交接试验和预防性试验中是考察断路器特性的一项重要试验。
3断路器的速度测量方法
断路器的速度特性测量,是断路器的基本特性的重要检测项目。随着计算机技术的广泛应用.电位器在断路器的特性测量中应用得越来越广泛。电位器测速现在已经成为一种趋势。
由于没有相应的标准明确规定高压断路器的刚分速度和刚合速度的计算方式，故需分成几种情况设置速度测量的软件。高压断路器测量系统的分合速度可以根据开关出厂试验由用户自己定义，这项功能由软件来完成，即用户可根据开关类型不同而修改分合速度的定义方式。
在多次的现场试验中发现，测量自带的传感器与现场各类开关之间如何正确配合安装是一个非常关键的问题，它直接影响到测量系统的使用范围。故设计了多种采样尺，以便尽可能地适应更多的断路器，满足不同断路器实际测量需求。实践证明，这种方法收到了很好的效果。
3.1光栅传感器测量速度
光栅传感器的输出为频率不等的方波脉冲，将其输入DSP的/O口只有四个，故用74LS244扩展的／O口来作为信号的输入端。当光栅传感器开始动作时，记录DSP内部定计器的当前值，然后不停地检测／O口，每次来一个脉冲信号就记录一次定时器的当前值，并且把接收到的信号次数存储起来，根据公式可以计算出断路器触头的运动速度。由于传统的高压开关动特性测试仪大多采用此种传感器，故在此就不详细叙述了。
3.2旋转编码器测量速度
旋转编码器的测量原理同光栅传感器的测量原理基本相同，只是其制造标准比较高，使其测量的精度要比光栅传感器高，故在光栅传感器无法满足精度要求时可以选用。但由于旋转编码器测量的触头的运动轨迹为角度，又可用角度传感器替换，该测量系统配备了旋转编码器。
测量速度时，用DSP记录其发出两次脉冲信号时的时间值，然后用软件计算出间隔时间，根据所采样的脉冲的总个数就可以计算出断路器动触头的速度。
3.3位移传感器测量速度的设计方案
采用位移传感器测量断路器的触头运动速度是一种非常新颖的测量方法，而且其测量的精度可以很高，基本上能够满足大多数断路器测量参数的需要，值得在全国范围内大力推广。目前选用意大利GEFRAN公司的LT系列直线位移传感器，这里以LT-150型直线位移传感器为例进行分析（即传感器的最大可测量长度为150mm）。由于LT-150的内阻为10kΩ，对于速度的变化反应快，最高可达10m/s，其工作电压只需小于42V即可，但为了A/D转换器测量方便A/D芯片的型号定为ADS7805）让其在10V下工作，则0.05mm对应的电阻为
（10kΩ/150mm）X 0.05mm≈3.33Ω
0.05mm对应的电压变化为
（10V/150mm）X 0.05mm≈3.33mV
同时考虑到噪声信号的影响以及A/D转换器的差分非线性DNL、积分非线性INL和量化误差LSB，为了分辨出最小电压3.33mV，需要选择16位的并行接口A/D转换器。
当其速度为10m/s（10mm/ms）时，对应的电压变化为
（10V/150mm）X 10mm/ms≈0.7V/ms=700mV/μs
综上所述，必须选择16位的A/D转换器。又因为ADS7805可以用5V的单电源供电，输入信号的最大电压可达10V，并且其采样速度非常快，仅仅是10μs，能实现最大测量速度为10m/s精度为0.01的技术指标，故选择ADS7805作为速度采样的模数转换器。
目前试验现场普遍使用的是旋转编码器测量速度和位移传感器测量速度。有了断路器的行程、速度的定义、传感器安装位置就可以进行速度测量并与厂比较作出参考。