一系统概述

1.1产品背景

温升试验也称发热试验，它是开关电器最基本的试验项目之一。开关电器在正常通电使用的情况下，内部不免有各种电能损耗。这些损耗可归纳为三种：一是金属导电体的有效电阻损耗，包括集肤效应和邻近效应的附加损起在内：二是铁磁体的涡流和磁滞损耗；三是绝缘体的介质损耗。对低压开关电器来说，由于电压低，介质损耗与其它两种损耗相这两种电能损耗最后几乎都转变为热能，使开关电器的各部分发热，从而使温度升高。

电器温度升高到一定限度后就可能出现下述几种影响正常工作的情况：

第一导电体的接触部分包括触头和固定接触连接，当温度升高至一定值后可能发生接触电阻的恶性增加现象。这主要由于接触电阻是由收缩电阻和表面电阻二部分组成的，其中表面电阻或称薄膜电阻是由氧化膜等薄膜所引起的电阻，此电阻一般随温度的升高而缓慢增加，但当温度升高至一定值后，电阻值的增加将明显加快，严重时可能转为恶性循环，即温度升高促使电阻增加，电阻的增加反过来又促使温度更快升高，如此相互作用，最后使接触点因过热而熔焊或烧坏。即使不发生恶性循环，接触部件的电阻过高也会影响运行的可靠性。例如由于接触电阻的不正常增大而出现的不通电或不稳定通电情况，尤其在电路电压较低或电器触头压力较小时更易发生。

第二，对绝缘体来说，温度升高可使绝缘部件的绝缘电阻和绝缘强度（耐压水平）降低，因而可能影响安全运行。此外，温度升高会加速绝缘材料的老化进程，即缩短绝缘寿命以及可能使得某些绝缘材料发生软化变形而不能继续使用。

第三，温度过高会影响电器的使用性能。例如继电器的电磁线圈温度过高可使某些继电器的延时不稳定：同样脱扣器的脱扣元件温度如超过一定值，也会使脱扣性能不稳定；灭弧室温度过高则影响电器的熄孤能力；触头弹簧在高温作用下弹性会消失，使触头的接触变得不可靠等。

第四，电器的操作手柄。外壳和底座等如温度过高也会影响操作人员的安全操作、由于上述这些原因，所以对电器中某些部件的温度加以限制是必要的。制定电器的最高允许温度（或称极限允许温度）的标准，就是为了限制电器在正常运行条件下温度不致过高，从而保证不出现上述影响电器正常运行的因素。

温升试验的目的则是验证、考核、检查或研究开关电器各部位的温升是否符合标准规定的温升限值，同时并验证设计及其所确定的数据是否正确。根据《GB.1-低压开关设备和控制设备第1部分：总则》、《GB.1-低压成套开关设备和控制设备第1部分：总则》及各高、低压电器与成套电器的相关标准中，均对不同电器产品温升提出了限制和要求。

维思自动化公司交流温升试验设备（以下称本设备）系列产品主要依据《GB.1-低压开关设备和控制设备第1部分：总则》及《GB.1-低压成套开关设备和控制设备第1部分：总则》要求设计、生产，可满足各种高、低压电器元件及成套电器的温升试验要求，也可用于进行开关电器脱扣试验。根据用户要求，产品输出试验电流可达交流三相A（长期）。输出精度、稳定性等参数均优于国标要求。

本方案根据相关标准要求设计，提供交流三相温升设备设计方案，供用户参考。实际订货时，产品各具体参数应以相应合同及技术文件参数为准。

1.2设计依据

国标对温升试验的环境、电流等参数均有严格规定。按照GB.1的要求，在温升试验中，每相电流应在±5%的允差范围内，多相电流的平均值应不小于相应的试验电流值。主电路的温升试验，应通以约定自由空气发热电流或（和）约定封闭发热电流，试验可在任何合适的电压下进行。

为满足国标要求，本设备电流允差范围远高于国标要求，维思自动化公司可根据用户要求，提供误差电流范围自±1%至±2.5%的产品。考虑到试验产品的阻抗，太低的试验设备输出电压可能导致设备出力不足，太高的试验设备输出电压又需要增加设备功率，造成不必要的投资浪费。考虑用户的不同要求，我公司可提供6V至56V不同输出电压的试验设备。

同时，在标准中对温升试验过程、测量、判定等均有详细要求。本设备严格按照标准及客户要求设计，可满足标准中有关温升试验的各项参数要求，并可根据用户研究需要，提供标准外双方约定的试验条件，如按时间分阶段升流等功能。本设备依据标准规定，成套提供试验设备、控制系统及数据采集系统，可完成开关电器温升试验全过程，并提供相应控制、保护和数据采集功能，可对试验数据进行记录和分析，并对试验过程中的故障进行报警及记录。

1.3执行标准

《GB.1-低压开关设备和控制设备第1部分：总则》；

《GB.1-低压成套开关设备和控制设备第1部分：总则》：

《GB/T-电力系统继电保护及自动化设备柜（屏）工程技术规范》；

《GB/T-人机界面标志标识的基本和安全规则操作规则》；

《GB/T.1-可编程序控制器第1部分：通用信息》；

《GB/T.2-可编程序控制器第2部分：设备要求和测试》；

《GB/T包装储运图示标志》。

1.4系统特点

与普通的试验系统相比，本设备具有以下特点：

（1）可靠性

本设备主要用于对开关电器元件及成套设备进行温升试验，具有时间长、电流大的特点，试验系统本身需要先经受住这种极端工况的考核，才能论及对试品的测试检验。本设备各部分的硬件均采用可靠性高的部件，确保系统可以在试验工况下长期稳定的工作，以确保试验系统的安全可靠。

（2）先进性

本设备软硬件选型均采用目前主流产品，在设计上充分借鉴现有类似产品的特点，积极引进先进的产品和设计理念，取长补短，确保系统在设计思路和方案上的先进性。控制系采用工业计算机+高精度控制与数据采集卡，系统接口采用主流的高速以太网接口，人机界面采用进口组态软件设计，通过目前工业行业最先进的解决方案，为用户提供先进、准确的试验系统。

（3）安全性

系统具备完善的保护功能，除了常规的配电电路短路、过载、欠压、过压等保护功能为，还设计有基于时间电流和产品状态的保护功能，对系统中出现的各种故障提供完善的保护，根据故障情况进行报警或跳闸处理，以确保试验设备及人身安全。系统操作及故障问题均自动记录归档，供问题排查时参考。

（4）成熟性

维思自动化公司作为专业的电器试验设备供应商，拥有丰富的寿命、温升、特性等可靠性与性能测试设备与试验室项目经验，从系统设计、设备选型各个环节把握试验要求，产品成熟可靠，可极大地提高用户效率。

二技术方案

2.1方案概述

本设备依据相关标准要求设计生产，用于进行最高三相交流7kA温升试验。

2.2方案结构

本设备从结构上分为配电、调压、升流、控制4部分。其中，配电部分提供整个设备主回路与控制回路电源，调压部分通过调节输出电压达到调节电流的效果，升流部分提供交流大电流输出，控制柜实现调节电流、稳流以及全部试验过程的控制功能，控制台用于进行设备操作及数据采集。

本设备主回路示意如下图，各主要开关及测量点均配有相应的控制及数据采集设备：

2.2.1参数计算

本设备用于进行三相交流温升试验。为保证设备出力，设备出线端开口电压设计为10V，以此为依据，进行设备容量计算，并考虑设备效率、回路压降等因素。

根据我公司设备生产经验及理论计算，该容量可完全满足试验电流需要。设备元器件、电缆、铜排等选型均以此为依据。

2.2.2元件选型

按照前节计算，设备主要元器件选型如下。

1、配电部分

进线断路器选择西门子A框架塑壳断路器，设置额定电流A；

调压器前级接触器选择投切电容器型产品，功率kW，以承受浪涌电流；

低压大电流侧母排选择TMY50*5规格三片拼接，以保证足够出力；

柜内同时安装有熔断器，控制回路配电断路器等元件。

2、变频调压电源

设备采用高精度大容量变频电源作为电压/频率调节器，通过调节变频器输出电压，控制升流器部分输出电流，变频电源采用科陆电子或国内同水平产品，正弦畸变率低，调节精度高，可完全满足温升试验电流调节精度的要求。本设备采用kVA变频电源，可充分保证A（低压侧）的输出电流要求。变频电源采用标准Modbus通讯协议，通过控制柜远程操作及调节，降低操作人员工作复杂度。

试验电源同时留有变压器一次电源出口接入，在不进行温升试验时，电源可用于小容量电寿命等试验，软件具备电寿命试验操作模式（需要另外配置电寿命试品控制器与负载以完成电寿命试验功能）。

3、升流器

考虑到交流试验时三相电流平衡性及耦合影响的因素，大电流变压器选用我公司大电流温升试验专用3X单相双绕组大电流试验变压器。三台变压器二次绕组可通过母排换接，在进行交流试验时，变压器二次绕组为星形接法，2组绕组可通过串联方式连接以提高电压或通过并联方式连接以增大电流。

4、直流电源

直流电源采用科陆电子或国内同水平产品，最大长期稳定输出电流不低于A，可满足直流温升试验的电流要求。电源采用标准Modbus通讯协议，通过控制柜远程操作及调节，降低操作人员工作复杂度。

5、控制柜

控制柜采用NI公司软硬件作为控制核心，采用NI公司LabVIEW控制软件与高速控制卡控制，主机采用西门子工业计算机，配合触摸控制屏，可通过键鼠或触摸操作。主要控制元器件选用西门子APT或同等产品，极大地提高系统的稳定性与可靠性。

下图为我公司最大A长期输出的交直流温升试验设备示意图。本设备由于输出电流较小，升流器与调压装置安装在同一个柜体中。

6、数据采集

设备数据采集分为电气与温度两部分，电气部分采用LEM公司电压、电流传感器，结合控制系统进行闭环控制，保证试验精度，温度部分采用自有高精度温度巡检仪结合32路热电偶进行温度采集。

2.4方案特点

采用我公司交直流温升试验设备与同类产品相比有明显的性能与技术优势，主要体现在以下几方面：

结构简单，无需水冷等特殊散热部件，主回路及控制回路结构较简单，

便于操作使用：

便于维护，设备无特殊或集成元器件，采用模块化设计，便于用户维修

维护；

交流波形好，由于高精度变频电源，调压回路精度高、波形畸变小；

控制与数采功能完善，设备采用集成的独立控制台进行控制操作，控制、

数据采集可通过软件设置，试验过程自动完成，可实现多段电流调节等功能，试验数据自动保存至数据库，并可根据用户要求导出为excel、图片等多种格式。

2.5技术参数

2.5.1主要技术参数

海拔高度：0m；

环境温度：-15℃-+45℃；

防护等级：IP20；

空气相对湿度：95%；

输入电压：交流V，±10%（三相四线）；

工作频率：50Hz；

输出电压：开口电压10V；

输出电流：ACA（三相四线，三相可并联使用），DCA；

电流精度：+1%；

三相不平衡度：+1%；

输出方式：铜排；

冷却方式：自然冷却；

耐压绝缘阻抗：ACV1分钟，50兆欧对地。

2.5.2功能特点

除满足标准的参数要求外，本设备还具有以下性能特点：

1.操作界面友好简单；用户仅需要设置电流、时间等基本参数，程序可自动完成整个试验过程；

2.多段稳流模式，用户可以根据需要，设置各段电流及通电时间，以实现

阶梯型升流、降流操作，最多可设置6段工作特性，以进行快速升降压测试；

3.具有可靠的过热、过流、过压、超温及短路等完善的保护功能；可显示并保存电流、温度等参数曲线；

4.可实现操作、报警等数据记录；

5.测量设备均通过国家认可试验室计量，附有计量报告，方便用户使用。