断路器谐波电流试验

　　阐述了谐波的基本概念，分析了标准中规定的谐波电流产生的不同方式、试验方法以及性能标准，总结了不同低压断路器在试验中的注意事项。最后基于效率和检测人员安全等要素，结合实际检测过程，提出了谐波电流试验自动化测试的构想。

　　关键词：电子过流保护；低压断路器；谐波电流

　　伴随电力电子技术的推陈出新，整流器、逆变器、变频调速装置、电子镇流器等琳琅满目的非线性设备连接于低压电网中。这些设备大部分带有整流电路，并向公共电网注入各种高次谐波电流。断路器是低压电网中最重要的基础元件之一，它可以接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在要求的时间内承载和断开故障回路条件下的电流。针对安装在交流电路中，并带有电子装置的过流保护断路器，全国低压电器标准化技术委员会等同采用IEC60947-2:2006，制定出标准GB/T14048.2-2008《低压开关设备和控制设备第2部分：断路器》，标准中对谐波电流抗扰度的试验布置和试验方法进行了详细的说明，并指出将该项目列为常规检测项目。

　　1谐波的基本概念

　　将失真的非正弦周期性电流波形通过傅立叶级数变换为不同频率的正弦波电流，获取到一组由电网基波频率和高于电网基波频率组成的正弦波电流，高于电网基波频率的这部分正弦波电流被称为谐波电流，其中频率为基波电流频率整数倍的高次谐波电流称为n次谐波电流，非整数倍的高次谐波电流称为间谐波或分数谐波电流。对我国目前使用的交变电源，规定基波、3次谐波和5次谐波对应的频率分别为50Hz、150Hz和250Hz，以此类推。

　　2谐波电流的产生方式

　　GB/T14048.2-2008中规定试验电流由基波和各种高次谐波组合而成，因此实际检测活动中它可通过各种符合要求的电源产生，常见的有可控硅整流器、饱和铁芯的变压器、可编程电源以及其他符合要求的电源。依据标准的要求，试验电流波形允许通过以下二种方式产生，如表1所示。各检测机构可结合自身的实际情况合理选用。2016年5月，国际电工委员会发布新版标准IEC60947-2:2016，新标准对试验电流方式二进行了更全面的补充，在试验电流的谐波成分方面做了增补，即要求谐波电流成分含有21次谐波，且该成分至少为基波分量的1%。因此，如果实验室原有的谐波电流试验检测系统采用的是方式二，则需要紧跟步伐，对系统进行相应的升级，满足新标准的要求。

　　3谐波电流的试验方法

　　试验应根据被检测断路器的实际情况进行连接。通常情况下，断路器可以在任选的二个相极串联进行试验，在任何方便的电压下承载试验电流。标准做这样的表述说明，该试验只考核试验电流，对施加在断路器上的电压方面没有明确的要求，这为实验室开发适用于谐波电流试验的系统提供了便利。如果断路器具有缺相敏感特性，试验时可以依据三个相极串联或三个相极并联连接的方式进行。连接示意图见图1~图3所示。断路器如果配有欠电压脱扣的装置，试验时该脱扣装置可以通电，也可以拆除，但是其它的辅助机构应该断开。

　　4谐波电流的试验判定

　　标准要求谐波电流试验应分别在断路器的0.9倍电流整定值和2倍电流整定值状态下进行，依据如下要求判定其是否合格。第一步：断路器在0.9倍电流整定值时不能有误动作，同时断路器如果有监控功能，应正确指示其工作时的状态。判定断路器误动作（加载整定值的0.9倍电流）的试验时间规定不小于对应于两倍电流整定值时断路器脱扣时间的10倍。第二步：当负载在2倍电流整定值时，断路器应在制造商规定的时间电流特性的0.9倍最小值到1.1倍最大值之内动作，同时断路器如果有监控功能，应正确指示其工作时的状态。试验后，只有上述两种情况同时满足，才可判定断路器符合标准要求。

　　5试验时的注意事项

　　（1）谐波电流检测项目一般针对电流互感器被委托方约定根据有效值采集电流的断路器。（2）目前，常规断路器产品的整定电流可调范围：0.4IR~IR，试验前过电流继电器的设定电流IR应设置为最小值。检测中发现一些产品的可设定电流值较小（小于0.4IR），此时，与生产商协商一致后，允许把电流整定在适合试验的档位，并在报告中加以详细说明。（3）短延时和瞬时脱扣器的整定值（如适用）应设置为最小值（不能小于2.5倍IR）。（4）一些断路器产品带有缺相保护功能，考虑到该类产品的缺相敏感特征，谐波电流试验中应根据标准要求采用合适的电路进行试验。如果断路器带电子过流保护功能，采取以下任何一种方法进行该项试验，即可判断为脱扣特性一致。多个相极断路器中的一个相极；二个相极、三个相极进行串联；三个相极进行并联。（5）检测过程中，应实时监测断路器试验回路中的电流。如果发现试验电流值存在较明显的漂移，应立即停止试验，对样品连接的回路进行详细检查。出现该现象的原因较多，排查方向有：承载的电流与电缆匹配程度、串联节点的接触情况、断路器内部端子连接情况、电流互感器连接状态等。

　　6结语

　　标准中规定了试验电流波形的组成成分，以及各次谐波的含有量，在此基础上进一步限定了对应试验电流的峰值系数范围。被检测断路器种类繁多，产品负载特性相差较大，试验所需的谐波电流要根据实际测试环境随时调整，以满足标准测试需求，这个过程相当繁琐复杂，效率也不高。如果被检测的样品是万能式断路器，它的整定电流值最高可达上千安培，并且长时间地在线调整谐波大电流对实验操作人员的安全也存在着一定的隐患。因此，有必要研制出一套具有自主知识产权、硬件兼容性较好的高次谐波大电流生成系统，使之既能符合标准要求，能根据断路器负载的特性进行快速地调整便于测试，又能使操作人员的安全得到更好的保障。

　　参考文献

　　[1]GB/T14048.2-2008，低压开关设备和控制设备第2部分：断路器[S]．北京:中国国家标准化管理委员会，2008．

　　[2]IEC60947-2:2006,Low-Voltageswitchgearandcontrolgear-Part2:Circuit-breakers,2006[S]．

　　[3]IEC60947-2:2016,Low-Voltageswitchgearandcontrolgear-Part2:Circuit-breakers,2016[S]．

　　[4]詹思敏.基于GB14048.9-2008的控制与保护开关电器EMC试验研究[J].环境技术,2017,35(001):48-50

　　作者：思敏 蔡圣 王梦舟 张健