【正文】 ing, analysis of mitsubishi FX series of PLC to control module, write PLC program, established the breaker type test of the automatic control system, in order to ensure the safety performance of the circuit breaker, reduce the working intensity. To improve work efficiency, and it is helpful to the research and development of new products. The system can, for life, high temperature, overload and characteristics of lowvoltage circuit breaker automatically control, and the experimental measurement of sampling test waveforms on PC, according to the different parameter determination, plete the circuit breaker performance testing. Keywords： lowvoltage circuit breaker； Type； PLC； Atuomatic control.基于 PLC的低壓斷路器的試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 課題背景 隨著新技術(shù)的發(fā)展，特別是電子、微電子和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 的迅速發(fā)展，將對低壓斷路器產(chǎn)業(yè)帶來深遠(yuǎn)的影響，在現(xiàn)代化電站和工礦企業(yè)中已經(jīng)廣泛采用電子計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，對與之配套的低壓斷路器提出了高智能的要求，并要求產(chǎn)品具有保護(hù) 、監(jiān)測、試驗(yàn)、自診斷、顯示等功能，故采用 PLC 控制系統(tǒng)來替代傳統(tǒng)的邏輯元件組成的控制系統(tǒng)，已是機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的主流。因此斷路器的型式試驗(yàn)有極其重要的作用。定型生產(chǎn)的產(chǎn)品也要經(jīng)常需要產(chǎn)品的試驗(yàn) ，以保證產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)部的標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品的技術(shù)條件規(guī)定，他所包含的項(xiàng)目較多，其中某些試驗(yàn)具有破壞性。 本 文通過對低壓斷路器的工作原理、各項(xiàng)特性及其型式試驗(yàn)的分析， 選用 三菱的 FX系列的 PLC 為 控制模塊 ， 編寫 PLC 程序，建立了斷路器的型式試驗(yàn)的自動控制系統(tǒng)，以保障斷路器的安全性能、減少試驗(yàn)人員的工作強(qiáng)度。 該 系統(tǒng) 可以對溫升、壽命、通斷 、過載和特性 等 低壓斷路器型式 試驗(yàn)自動 控制 、 并采樣試驗(yàn)中測的 波形給于上位機(jī)，根據(jù)不同的參數(shù)判定斷路器的性能好壞，完成型式試驗(yàn)。目前，可編程程序控制器向高性能、高速度、大容量發(fā)展已經(jīng)是一個(gè)不可阻擋的趨勢。三菱的AnA 系列可編程程序控制器使用了世界上第一個(gè)在芯片上實(shí)現(xiàn)可編程程序控制器全部基于 PLC的低壓斷路器的試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 功能的 32 位微處理器。在模擬控制方面，除了專門用于模擬量閉環(huán)控制的 PID 的指令和智能 PID 模塊，某些可編程程序控制器還具有模擬量的模糊控制、自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能，使調(diào)試時(shí)間減少，控制精度得以提高。如西門子公司的 TISTAR 和 PCS 工作站適用的 APT（應(yīng)用開發(fā)工具）軟件，是面向?qū)ο蟮慕M態(tài)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)和管理工具 軟件。 一個(gè)或若干個(gè) PLC 與 PC 機(jī)，到原編程器的人機(jī)界面操作站的作用，是現(xiàn)代 PLC發(fā)展的新潮流，為系統(tǒng)集成商帶來了商機(jī)，同時(shí)編程和人機(jī)界面軟件及軟件接口（或驅(qū)動軟件）也得到了發(fā)展。除用手機(jī)和 PDA 作為機(jī)界面外，還可與互聯(lián)網(wǎng)相連，這是 PLC 走出自動化信息孤島的途徑之一。目前不少保護(hù)電器的設(shè)計(jì)和使 用單位，對 100~250A斷路器的短路分?jǐn)嗄芰σ筮_(dá)到 35~50KA（在 380~415V 時(shí)），個(gè)別使用場所要求達(dá)到65KA。 基于 PLC的低壓斷路器的試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 第 2 章 斷路器 及其型式試驗(yàn) 斷路器的工作原理 低壓斷路器也稱為自動空氣開關(guān)，可用來接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路，也可用來控制不頻繁起動的電動機(jī)。 低壓斷路器具有多種保護(hù)功能 (過載、短路、欠電壓保護(hù)等 )、動作值可調(diào)、分?jǐn)嗄芰Ω?、操作方便、安全等?yōu)點(diǎn)，所以目前被廣泛應(yīng)用。 斷路器的結(jié)構(gòu) 如圖 所示： 圖 斷路器結(jié)構(gòu)圖 1主觸頭 2自由脫扣器 3過電流脫扣器 4分勵(lì)脫扣器 5熱脫扣器 6失壓脫扣器 7按鈕 低壓斷路器的主觸點(diǎn)是靠手動操作或電動合閘的。過電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯(lián)，欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯(lián)。當(dāng)電路過載時(shí)，熱脫扣器的熱元件發(fā)熱使雙金屬片上彎曲，推動自由脫扣機(jī)構(gòu)動作。也使自由脫扣機(jī)構(gòu)動作。 分勵(lì)脫扣器則作為遠(yuǎn)距離控制用，在正常工作時(shí)，其線圈是斷電的，在需要距離控制時(shí)，按下起動按鈕，使線圈通電，銜鐵帶動自由脫扣機(jī)構(gòu)動作，使主觸點(diǎn)斷開。 斷路器的主要結(jié)構(gòu) 低壓斷路器由主觸頭系統(tǒng)，輔助觸頭，脫扣器，分合閘操作機(jī) 構(gòu)，滅弧室和框架或外殼等部分組成的。滅弧室用于熄滅主觸頭系統(tǒng)在分?jǐn)嚯娐窌r(shí)產(chǎn)生的電弧。 脫扣器 脫扣器是低壓斷路器中用來接受信號的元件。低壓斷路器的脫扣器一般有過流脫扣器、熱脫扣器、失壓脫扣器、分勵(lì)脫扣器等幾種。 （ 1）電磁脫扣器 電磁脫扣器與被保護(hù)電路串聯(lián)。當(dāng)線路中出現(xiàn)短路故障時(shí)，電流超過正常電流的若干倍，電磁鐵產(chǎn)生的電磁力大于反作用力彈簧的作用力，銜鐵被電磁鐵吸動通過傳動機(jī)構(gòu)推動自由脫扣機(jī)構(gòu)釋放主觸頭。 （ 2）熱脫扣器 熱脫扣器與被保護(hù)電路串聯(lián)。若出現(xiàn)過載現(xiàn)象時(shí)，線路中電流增大，雙金屬片將繼續(xù)彎曲，通過傳動機(jī)構(gòu)推動自由脫扣機(jī)構(gòu)釋放主觸頭，主觸頭在分閘彈簧的作用下分開，切斷電路起到過載保護(hù)的作用。電源電壓正常時(shí)扳動操作手柄，斷路器的常開輔助觸頭閉合，電磁鐵得電，銜鐵被電磁鐵 吸住，自由脫扣機(jī)構(gòu)才能將主觸頭鎖定在合閘位置，斷路器投入運(yùn)行。 電源電壓為額定電壓的 75%～ 105%時(shí)，失壓脫扣器保證吸合，使斷路器順利合閘。 一般還可用串聯(lián)在失壓脫扣器電磁線圈回路中的常閉按鈕做分閘操作。它的電磁線圈 并聯(lián)在低壓斷路器的電源側(cè)。 在一臺低壓斷路器上同 時(shí)裝有兩種或兩種以上脫扣器時(shí)，則稱這臺低壓斷路器裝有復(fù)式脫扣器。主觸頭有單斷口指式觸頭、雙斷口橋式觸頭、插入式觸頭等幾種形式。在容量較大的低壓斷路器中 ，還常將指式觸頭做成兩擋或三擋，形成主觸基于 PLC的低壓斷路器的試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 頭、副觸頭和弧觸頭并聯(lián)的形式?；∮|頭用耐弧金屬材料制成，主觸頭和弧觸頭在斷路器分、合閘時(shí)有不同的作用和操作次序。所以在合閘時(shí)弧觸頭先閉合、主觸頭后閉合；分閘時(shí)主觸頭先斷開、弧觸頭后斷開 。 滅弧裝置 低壓斷路器 中的滅弧裝置一般為柵片式滅罩，滅弧室的絕緣壁一般用鋼板紙壓制或陶土燒制。 （ 2） 按結(jié)構(gòu)型式分 有框架式（又稱萬能式）和塑料外殼式（又稱裝置式）低壓斷路器。 （ 4） 按限流性能分 有一般不限流和快速限流型低壓斷路器。 （ 6） 按操作方式分 有直接手柄操作式、杠桿操作式、電磁鐵操作式和電動機(jī)操作式。它可以對變配電系統(tǒng)、電力輸送系統(tǒng)和用電設(shè)備 的過載、短路、單相接地及欠電壓等實(shí)現(xiàn)保護(hù) ,以避免或減小故障給電力系統(tǒng)及用電設(shè)備所造成的損失 ,確保供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。額定電流小，短路電流不大的選用塑殼式的；額定電流大的，或需要選擇性保護(hù)的選用框架式的；有漏電保護(hù)要求的需選用漏電保護(hù)斷路器等。對多相電路 是指相間的電壓值。除非型號產(chǎn)品技術(shù)文件另有規(guī)定，額定絕緣電壓是斷路器的最大額定工作電壓。 （ 2） 額定電流 ① 斷路器殼架等級額定電流用尺寸和結(jié)構(gòu)相同的框架或塑料外殼中能裝入的最大脫扣器額定電流表示。也就是脫扣器能長期通過的電流。 基于 PLC的低壓斷路器的試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 例如 DZ10100/330 型低壓斷路器殼架額定電流 為 100A，脫扣器額定電流等級有15A， 20A， 25A， 30A， 40A， 50A， 60A， 80A， 100A 等九種。 （ 3） 額定短路分?jǐn)嗄芰? 斷路器在規(guī)定條件下所能分?jǐn)嗟淖畲蠖搪冯娏髦怠? （ 4） 額定短時(shí)耐受電流 。 （ 6） 分?jǐn)鄷r(shí)間：包括固有斷開時(shí)間和燃弧時(shí)間 。 型式試驗(yàn) 低壓電器試驗(yàn)是鑒定低壓電器產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 低壓電器產(chǎn)品的試驗(yàn)分為型式試驗(yàn)、常規(guī)試驗(yàn)、特殊試驗(yàn)和抽樣試驗(yàn)。 本論文 著重介紹的 低壓 斷路器 的型式試驗(yàn) 有 ： （ 1） 介電強(qiáng)度試驗(yàn) （ 2） 短路通斷能力試驗(yàn) （ 3） 機(jī)械 壽命 和電壽命 試驗(yàn) （ 4） 溫升試驗(yàn) （ 5） 動作特性試驗(yàn) 基于 PLC的低壓斷路器的試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 第 3 章 低壓斷路器的介電強(qiáng)度 試驗(yàn) 絕緣電阻的測量 絕緣電阻 測量是測量電器在正常工作中屬于電隔離的部件之間的絕緣強(qiáng)度，它是一種設(shè)備簡單，測試方便且對絕緣結(jié)構(gòu)無破壞作用的介電性能檢驗(yàn)項(xiàng)目 。 （ 2） 實(shí)驗(yàn)步驟 ① 用兆歐表 測量 被試 低壓斷路器在斷開位置時(shí)，同級的進(jìn)線端與出現(xiàn)端之間的絕緣電阻，并記錄數(shù)據(jù)。 ③ 判別試驗(yàn)結(jié)果 表 31 測 量 部 位 絕緣電阻值 斷路器斷開 同級觸頭 無窮大 斷路器閉合 同級觸頭 0 觸頭與線圈 之 間 無窮大 主電路與控制電路之間 無窮大 結(jié) 論：被試低壓斷路器合格 （ 3） 注意事項(xiàng) ①測量絕緣電阻時(shí)被試的低壓斷路器應(yīng)該按照正常工作位置安裝，且測量前必須用干燥、清潔的抹布將電氣表面的污垢、灰塵擦干凈。 （ 1）試驗(yàn)原理圖 圖 工頻電壓試驗(yàn)設(shè)備接線圖 注： Q電源開關(guān) FU FU2熔斷器 TV調(diào)壓器 KOC KOC2過電流繼電器 PA電流表 T試驗(yàn)變壓器 PV電壓表 SP被試電器 (斷路器 ) AQW金屬安全網(wǎng) S安全開關(guān) HG、 HR、 HY綠色、紅色、黃色信號燈 SBP、 SBQ、 SBC停止、啟動、控制按鈕 SQ零位開關(guān) HA電鈴接觸器 KT時(shí)間繼電器 K中間繼電器 . （ 2）實(shí)驗(yàn)步驟 將被試電器 SP 接于高壓輸出端，觀賞安全網(wǎng)門，接通安全開關(guān)。調(diào)壓器 TV在零位時(shí)零位開關(guān) SQ 閉合，按下啟動按 鈕 SBT，接通接觸器 KM，其主觸頭 KM 接通，其主觸頭接通試驗(yàn)變壓器電源，同時(shí)電鈴 HA發(fā)出警報(bào)聲，警告其他人員勿近 試驗(yàn)區(qū)。調(diào)壓器 TV 由零勻 速上升 待試驗(yàn)變壓器輸出電壓達(dá)到試驗(yàn)電壓值時(shí)，保持規(guī)定的加壓時(shí)間。最后分?jǐn)嚯娫撮_關(guān) Q 切斷試驗(yàn)電源。施壓時(shí)間應(yīng)從達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)電壓值時(shí)算起，至降低電壓時(shí)為止。 基于 PLC的低壓斷路器的試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 （ 3）試驗(yàn)結(jié)果的判定 工頻耐受電壓試驗(yàn)過程中，被試 斷路器 應(yīng)無內(nèi)部或外部的絕緣閃爍、擊穿、或任何破壞性放電現(xiàn)象產(chǎn)生，但輝光放電是允許的。沖擊耐受電壓試驗(yàn)主要用來驗(yàn)證電器的電氣間隙和有關(guān)的電器固體絕緣的介電性能。 圖 標(biāo)準(zhǔn)沖擊耐壓試驗(yàn)儀工作原理圖 TV— 自耦變壓器； TU— 升壓變壓器； U— 整流硅堆； F— 放電球隙； Cz— 被測介質(zhì)； PV1— 直流高壓檢測用電壓表； AT— 觸發(fā)控制裝置； PV2— 峰值電壓檢測用電壓表； （ 2）電壓施加方式 斷路器的沖擊耐受電壓試驗(yàn)應(yīng)施加 （共計(jì)10 次）每次試驗(yàn)間隔時(shí)間應(yīng)不小于 1s。 ②觸頭處于所有正常工作位置時(shí)，主電路每極與連接在一起并接至外殼或金屬安裝板的其他極之間。 基于 PLC的低壓斷路器的試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 第 4 章 短路通斷能力試驗(yàn) 短路通斷能力的試驗(yàn)電路 電器在有關(guān)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下，應(yīng)能承受短路電流引起的熱效應(yīng)、電動力效應(yīng)和電場強(qiáng)度效應(yīng)。 表征電器接通和分?jǐn)喽搪冯娏髂芰Φ膮?shù)是額定 短路 接通 能力 和 額定 分?jǐn)?短路 電流 能力 。外施電壓如果指分?jǐn)嚯娏骱蟮碾娐冯妷海瑒t必須達(dá)到規(guī)定的工頻恢復(fù)電壓。 基于 PLC的低壓斷路器的試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 表 41 試驗(yàn)電流與相應(yīng)的功率因數(shù)和時(shí)間常數(shù) 試驗(yàn)電流 I（ A） 功率因數(shù) 時(shí)間常