断路器回路电阻测试接线改进

断路器回路电阻测试接线改进

祝洁 张天元

国网西藏电力有限公司检修公司 西藏拉萨 850000

摘要：电力系统中断路器起着切断故障电流和关合正常电流的作用，其回路电阻包括导电材料本身的电阻，固定连接电阻以及动、静触头间的接触电阻，其中，接触电阻占主要部分。回路电阻直接影响断路器通载额定工作电流时的温升以及短路状态下的动、热稳定性，关系到断路器分合闸的可靠性和安全性。通过对断路器回路电阻的测试，可以估计触头的磨损程度和回路的接触状况。

关键词：断路器；回路电阻测试；接线改进

前言

1台良好的断路器，其回路电阻非常小，如果动静触头接触不良，回路电阻会非常大，当开关运行时，由于负荷很大，会产生发热现象，严重时将导致动静触头烧损甚至断路器爆炸。为了保证电网的安全运行，准确测量断路器的回路电阻非常重要。

1基本原理

根据串联电路电流处处相等的原理，通过欧姆定律R=U/I，由负载两端的压降U和回路中的电流I之比得出被测体的回路电阻值。由于测试仪器的输出功率一定，根据公式P=I2R，要根据被测设备不同电阻值选择不同的测试电流值，一般被测电阻值越大、测试用的电流值就要越小，否则因不能满足设置的充电电流而无法测试。当被测回路的电阻很小时施加小电流测试时仪器也是无法测试的，这是因为仪器对电压信号的灵敏度不够，由公式U=IR可知，测试微欧级的电阻时电流一般要施加大一点。测试高电压的一次回路电阻时一般要求测试电流要大于100A，这是因为不仅要考虑测试数据的正确性，还要考虑载流面积是否符合要求。

2测试方法

2.1回路电阻的异端单相测法

在测开关、闸刀或GIS等设备回路的单相电阻时，通常把仪器相同极性的电压线夹和电流线夹分别夹在被测回路的两侧来测试其单相回路电阻值。这种方法由于受到测试线长度的限制，只适用于被测回路两端距离非常近如开关和闸刀等，对于长距离的输电线路和电缆，或被测回路两端中间被墙隔断的情况下是无法测试的。这种方法通常电压夹必须夹在被测回路两端，而电流夹只要使被测回路有电流流过位置可以随意，如测试闸刀动静触头的回路电阻，电压夹必须夹在动静触头的两端，而电流夹可夹在动静触头两端、也可夹在闸刀进出两端的搭接面上，甚至可夹到两侧的导线上。其测得值实际就是电流测试线和电压测试线交汇处算起的回路电阻值。测试引线不同接法所引起的误差只有几百微欧，对于几欧姆的电阻值来说电流线和电压线不同接法所引起的影响可以忽略不计，但对于测小电阻时电流线和电压线不同接法所引起的影响是一定不可以忽略不计的，因为它本身也只有几十或几百微欧。当把电压线和电流线先合并在一起再用两个夹子测试时，所测值其实是线与夹子的接触电阻加上夹子本身的电阻再加上夹子与被测设备的接触电阻，再加上有载分接开关接触电阻的总和。这与在测互感器一二次回路电阻时用双夹子测比用四夹子测其值要大很多的道理是一样的。因此对于电阻值很小的一二次回路测试，为提高数据的精确性必须用四夹子测试其值。

2.2回路电阻的同端双相测法

对于长距离的输电线路、电缆和GIS的单相回路电阻测试，异端单相测法由于受测试线长度的限制显然不现实，通常用同端双相测法。就是在线路、电缆和GIS的另一端用接地闸刀或短接线将其短接，然后在这一端分别测出AB、BC和CA任意两相的电阻值，再用公式法将其换算出单相回路电阻值。根据测得的数据分别算出各相的回路电阻值：

RA=(RAB+RAC-RBC)/2，RB=(RAB+RBC-RAC)/2，RC=(RAC+RBC-RAB)/2。这种测法测得值包含对侧短接闸刀或短接线本身电阻和其接触电阻值，当线路和电缆相当长、其阻值相当大时，对于几十微欧甚至几百微欧的短接和接触电阻几乎可以忽略不计。但当线路和电缆的长度不是很长、特别是GIS测单相回路电阻时，其本身电阻值不是很大，这时对侧的接地闸刀或者短接片（线）短接不良时就会有很大影响，三相平衡率就会超标，此时就会很难判定到底是不是其内部回路真实存在故障。

2.3回路电阻的同端三相测法

当测短距离的输电线路和电缆单相回路电阻时，由于受测试线长度或隔墙的影响无法用异端单相测法测时，或当测GIS的单相回路电阻、对侧接地闸刀短接和接触不是很良好时用同端三相测法，就是在测试的另一端把要测的那相分别与其它两相短接，而其它两相间不用短接，在测试的一端把要测的那相接上仪器同极性的电压线和电流线，而把仪器另一极性的电压线和电流线分别接到其它两相上。这种同端三相测法测得的值就是真实的单相回路电阻值，并且也不用公式进行计算转换。

3回路电阻测试接线改进

3.1减少测试仪接线钳数量

测量断路器回路电阻时，电流和电压接线钳为独立线钳，如图1所示。

图1测量回路电阻时电流、电压接线钳连接方式

采用图2所示的四端子法测量回路电阻可以避免电流引线和接触电阻对测试结果的影响。

图2四端子法测回路电阻电路图

只要不在点1和点2位置选取电压信号，整个回路的电流线电阻和接触电阻就不会对测试结果产生影响。可以仅使用2个接线钳进行测试，每个接线钳的两边分别接电流线和电压线，当接线钳张开时，电流线和电压线之间绝缘。改进后接线钳连接方式如图3所示。

图3改进后的接线钳连接方式

3.2采用轻质细导线

测量回路电阻电路，由于测量回路是纯电阻回路，回路时间常数很小，一般测量时间t<5s，最长不会超过10s，所以可以适当减小电流线截面积。在测试时间内，只要电流线的温度低于外绝缘皮的耐热温度即可。

（1）估算选取电流线的截面积S，并综合考虑导线绝缘皮的耐热等级（使用A级绝缘，其耐热温度为105℃）。

S= ，（1）

式中I—流过铜线的电流，100A；

t—通电时间，30s；

γ—铜电阻率，0.017Ωmm2/m；

C—铜的比热容，0.39×103J/kg℃；

ρ—铜的密度，8.9×103kg/m3；

ΔT—铜线温升，75℃。

（2）根据估算的铜线截面积S=4.5mm²，利用AnsoftEphysics软件建模，对铜线进行温度场仿真分析。铜线中心处温度最高，越往外，温度越低，但铜线中心与边缘温度相差很小。铜线温度随时间变化，在70s内，铜线温度与时间呈正比例关系上升。

（3）利用红外测温仪对铜线温度进行测量，将铜线实测温度曲线与仿真值曲线进行比较，可知仿真值与实测值相似度较好且变化趋势一致，验证了仿真结果的正确性。现场实际测量断路器回路电阻时，测量时间一般小于5s，最长不超过10s。10s时铜线的温度为16.4℃，远未达到线绝缘外皮耐热温度105℃，在其承受范围内。

4结语

本文对断路器回路电阻测试接线进行了改进，将传统的4个接线钳改为只需2个接线钳即可准确测试回路电阻，解决了测试时间长、接线钳数量多等问题。采用改进后的测试方法，回路电阻首次测试成功率大幅提升，提高了工作效率，保证了电网设备运行稳定性和可靠性。

参考文献：

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[3]肖建涛，王毅，吕锦柏，等.新型断路器回路电阻测试系统的研究[J].电测与仪表，2014，51（5）：67-72.