Резюме: Для автоматизации испытаний электрических свойств электрического противопожарного ограничителя тока на базе LabVIEW разработан комплект автоматического тестирования электрических свойств электрического противопожарного ограничителя тока. Устройство обеспечивает автоматическое тестирование электрических характеристик электрического противопожарного ограничителя тока с различными характеристиками, такими как 0 - 40A, 0 - 63A, 160 - 250A. Испытания включали испытание на короткое замыкание и ограничение тока, испытание на защиту от перегрузки и испытание на колебание напряжения. Испытательное устройство может автоматически захватывать форму испытательной волны короткого замыкания с ограничением тока и форму испытательной волны с защитой от перегрузки, точно вычислять время короткого замыкания с ограничением тока и время защиты от перегрузки, а также хранить форму волны, данные и генерировать отчет об испытании. В качестве протестированного образца был выбран электрический противопожарный ограничитель тока номинального рабочего напряжения 220 В и тока 10А. Результаты испытаний показали, что разработанное испытательное устройство повышает эффективность и безопасность испытаний, снижает затраты на испытания и реализует автоматизацию и интеллект тестирования электрического противопожарного ограничителя тока.

Ключевые слова: электрический противопожарный ограничитель тока; ограничение тока при коротком замыкании

1. Введение

В последние годы электрические пожары, вызванные короткими замыканиями на линиях, перегрузкой и неисправностью электрооборудования, стали одной из категорий пожаров с высокой частотой и большими потерями во всех пожарах. Согласно Китайскому пожарному ежегоднику, доля электрических пожаров в общем количестве пожаров в 2014 - 2017 годах растет с каждым годом, достигнув 35,7% в 2017 году, что создает большую угрозу для жизни и имущества людей. При коротком замыкании электрической линии, из - за существующих механических выключателей с медленной скоростью выключения, неспособностью ограничить ток короткого замыкания, при отключении возникает дуга и другие проблемы, которые часто приводят к расширению аварии, вызывая электрические пожары, такие как « 8.25» в Харбине и « 11.18» в Дасине в Пекине, которые привели к большим человеческим жертвам, все из - за короткого замыкания электрической линии, ненадежной защиты механических выключателей и воспламенения окружающих горючих веществ. Чтобы уменьшить пожарную опасность, Национальный технический комитет по стандартизации противопожарной безопасности по обнаружению пожара и пожарной сигнализации подкомитет по пожарной сигнализации совместно с соответствующими предприятиями разработал соответствующий национальный стандарт « Электрическая система мониторинга пожара часть 6: Электрический противопожарный ограничитель тока», который требует, чтобы электрический пожарный ограничитель тока завершил короткое замыкание с ограничением тока не более 150 мкс. Возможность микросекундной защиты от электрического короткого замыкания может значительно уменьшить пожарную аварию, вызванную коротким замыканием электрической линии. В настоящее время стандарт находится на стадии утверждения.

Для того, чтобы обеспечить синхронизацию исследований и разработок испытательных устройств с утверждением стандартов испытаний, заложить основу для успешной реализации стандартов после их официального введения. С этой целью, на основе методов испытаний, отвечающих требованиям стандартов испытаний, дальнейшее повышение эффективности испытаний, снижение затрат на испытания, проектирование и разработка системы автоматического тестирования электрических характеристик электрического противопожарного ограничителя тока на основе LabVIEW, с помощью которого можно реализовать автоматическое тестирование электрических характеристик электрического противопожарного ограничителя тока различных спецификаций, включая испытание на короткое замыкание, испытание на защиту от перегрузки и испытание на колебание напряжения. Отчет об испытаниях автоматически генерируется после завершения испытаний, что обеспечивает автоматизацию и интеллект тестирования электрических характеристик электрического противопожарного ограничителя тока.

II. Общая структура программы

2.1 Основа разработки программы

Согласно соответствующим положениям стандарта для испытания электрических характеристик электрического противопожарного ограничителя тока, схема испытания короткого замыкания на ограничение тока показана на рисунке 1, схема испытания на защиту от перегрузки показана на рисунке 2. На рисунках 1 и 2 GR является источником напряжения, TR - испытанным образцом, S - одноножевым переключателем, R - сопротивлением безиндукционного отбора проб 0,01 Омега, CR - осциллографом, T - кнопочным переключателем, Z1 - сопротивляемой нагрузкой 3 ~ 6A, на рисунке 2 A - плоскогубцовым амперометром, Z2 - сопротивляемой нагрузкой 25 ~ 50A.

Шаг испытания на короткое замыкание с ограничением тока: пробный образец будет подключен к устройству, как показано на рисунке 1, замкнутый переключатель S, защитный механизм работает нормально, нажимает кнопку включения Т, записывает и наблюдает форму волны напряжения R на обоих концах, отображаемую замкнутым мгновенным осциллографом, записывает время завершения короткого замыкания испытательного образца с ограничением тока.

Диаграмма 1

Шаг испытания на защиту от перегрузки: Испытаемый образец будет подключен к оборудованию, как показано на рисунке 2, и на проводе будет установлен плоскогубцовый амперметр А. После включения переключателя S будет записано время завершения защиты от перегрузки образца.

Шаг испытания на колебание напряжения: Испытуемый образец будет размещен в соответствии с нормальными требованиями работы, питая образец 110% и 85% от номинального напряжения, соответственно, повторяя вышеупомянутые испытания на короткое замыкание и испытания на защиту от перегрузки.

Рисунок 2

2.2 Общий дизайн

В соответствии с методами испытаний, указанными в стандарте, на основе LabVIEW была разработана система автоматического тестирования электрических характеристик электрического противопожарного ограничителя тока, как показано на рисунке 3. Тестовое программное обеспечение на основе LabVIEW установлено на рабочем контроллере, программное обеспечение для тестирования собирает напряжение на выходной стороне регулятора напряжения и ток в линии с помощью модуля контроля напряжения, высокоскоростного модуля сбора тока, автоматически контролирует выходное напряжение регулятора напряжения, значение сопротивления переключения регулируемой нагрузки, состояние переключателя KM контактора и короткое замыкание ветви в соответствии с тестовым содержанием.

Диаграмма 3

III. Дизайн аппаратного обеспечения

Конструкция аппаратного обеспечения в основном включает в себя выбор и проектирование рабочего управляющего устройства, блока питания, регулируемой нагрузки, высокоскоростного модуля сбора тока, ветви короткого замыкания и модуля контроля напряжения. Рабочий контроллер выбирает IPC - 610L от исследовательской компании; Модель регулируемой нагрузки - переменная нагрузка RXF - AC220V 1 - 64A, на регулируемой нагрузке установлено реле DC24V, которое можно переключать на сопротивление с помощью реле управления; Модуль высокоскоростного сбора тока использует многофункциональный гибридный осциллограф серии MDO - 2000E с твердой широтой, полосой пропускания 200 МГц, большая скорость отбора проб в реальном времени может достигать 1 GSA / с.

3.1 Конструкция энергоблока

При испытании электрических свойств электрического противопожарного ограничителя тока требуется испытание на колебание напряжения для питания протестированного электрического противопожарного ограничителя тока на 110% от номинального напряжения (около 242 В) и 85% (около 187 В) соответственно. Таким образом, блок питания должен соответствовать требованиям входного напряжения 220 В переменного тока и выходного напряжения 0 ~ 250 В для питания протестированного образца и всего устройства. Аппаратные схемы блока питания показаны на рисунке 4.

Диаграмма 4

Элемент питания состоит из регулятора напряжения, шагового двигателя и шагового привода двигателя. Выбранная модель регулятора напряжения - TEGGC2J - 30KVA, входное напряжение - однофазное 220 В, выходное напряжение 0 ~ 250В, выходной номинальный рабочий ток - 120 А; Выбранная модель шагового привода HST884A, с использованием постоянного тока 24 ~ 50В. Машина управления может регулировать выходное напряжение регулятора напряжения, управляя шаговым двигателем, избегая ручного управления.

3.2 Конструкция ветви короткого замыкания

При испытании на короткое замыкание контактор и двунаправленный тиристор образуют ветвь короткого замыкания. При выборе двунаправленного управляемого кремния в качестве ответвления короткого замыкания можно точно контролировать фазовый угол короткого замыкания, но из - за общего падения давления при проводимости управляемого кремния это в определенной степени ограничит рост тока короткого замыкания. Контактор имеет небольшое сопротивление при проводке и не влияет на размер тока короткого замыкания из - за контактора, но не может контролировать фазовый угол, в котором происходит короткое замыкание. Когда требуется фазовый угол короткого замыкания, в качестве ответвления короткого замыкания выбирается двунаправленный управляемый кремний; Если фазовый угол короткого замыкания не требуется, выбирайте контактор в качестве ответвления короткого замыкания. Аппаратная схема короткого замыкания, как показано на рисунке 5, выбранная двухсторонняя управляемая кремниевая модель TRIAC MTC1000A, номинальный ток 1000A, номинальное напряжение 1600V; тип тиристорного триггера SCR - Y, большая пусковая мощность, может непосредственно запускать управляемый кремний в пределах 3000A. При испытании на защиту от перегрузки контроллер управляет тиристорным триггером, блокирующим импульсный сигнал, двунаправленный тиристор не ведет или отключает контактор, ветвь короткого замыкания отключена; При испытании на короткое замыкание контроллер управляет тиристорным триггером, который посылает импульсные сигналы, так что двунаправленный тиристор находится в проводном состоянии или замкнутый контактор, который загружает короткое замыкание.

Рисунок 5

3.3 Выбор и проектирование модулей контроля напряжения

Используя модуль контроля напряжения для проверки напряжения переменного тока на выходной стороне блока электропитания, выбранный модуль контроля напряжения представляет собой изолирующий преобразователь напряжения переменного тока KBM - 44, диапазон обнаружения напряжения изолирующего преобразователя переменного напряжения составляет от 0 до 250 В, поддерживает протокол связи modbus, может напрямую общаться с верхней машиной, а обнаруженное эффективное значение напряжения переменного тока загружается в программное обеспечение для тестирования верхней машины.

1. Программное обеспечение

Чтобы в полной мере использовать возможности графического программирования LabVIEW, а также гибкие и эффективные методы управления приборами и повысить надежность разработанного программного обеспечения для тестирования, на основе LabVIEW 2018 было разработано программное обеспечение для тестирования устройств. Разработанная американской компанией National Instruments (NI), LabVIEW, основанная на языке программирования G, является идеальным выбором для разработки испытаний, измерений и управления приборами, подходит для сбора данных, управления, анализа данных и отображения изображений и в настоящее время широко используется в различных областях тестирования.

Тестовое программное обеспечение состоит из двух частей: тестового интерфейса и тестовой программы. Интерфейс тестирования используется для настройки параметров тестирования и содержимого теста; Программа тестирования выполняет соответствующие действия в соответствии с установленными параметрами тестирования и тестовым контентом, в том числе программу питания, программу тестирования на короткое замыкание, программу тестирования на защиту от перегрузки и подпрограмму расчета времени.

4.1 Тестирование программного интерфейса

Интерфейс тестового программного обеспечения, как показано на рисунке 6, слева установлена кнопка выбора напряжения электропитания, кнопка подтверждения параметров и кнопка подтверждения напряжения электропитания, для испытания на колебания напряжения в кнопке выбора напряжения питания установлены три напряжения 187, 220, 242 В, которые можно выбрать в соответствии с содержанием теста. На правой стороне установлены кнопка перечисления номинального рабочего тока, кнопка испытания на короткое замыкание, кнопка испытания на защиту от перегрузки и кнопка генерации отчета, в кнопке перечисления номинального рабочего тока установлены четыре спецификации: 10, 20, 32, 63A, соответствующий номинальный рабочий ток может быть выбран в соответствии со спецификациями протестированного образца.

Рисунок 6 Интерфейс тестового программного обеспечения

4.2 Программирование питания

Схема питания испытательного устройства показана на рисунке 7. При испытании электрического противопожарного ограничителя тока на колебание напряжения на выходной стороне регулятора напряжение должно быть 187V и 242V; При испытании на короткое замыкание и испытании на защиту от перегрузки на выходе регулятора напряжение 220 В. После того, как интерфейс тестового программного обеспечения выбирает напряжение питания, программное обеспечение в режиме реального времени считывает действительное значение напряжения на выходной стороне регулятора напряжения через модуль контроля напряжения и определяет, находится ли оно в заданном диапазоне напряжения, а если находится в пределах диапазона, то регулирование напряжения заканчивается; Вместо этого, продолжайте корректировать, чтобы определить, превышает ли он большее значение установленного диапазона. Если больше, то поверните шаговый двигатель вспять и уменьшите боковое напряжение на выходе регулятора напряжения; Напротив, пусть шаговый двигатель вращается прямо, увеличивая выходное боковое напряжение регулятора напряжения. Повторяйте вышеуказанные действия до тех пор, пока выходное боковое напряжение регулятора напряжения не будет отрегулировано в заданном диапазоне, чтобы обеспечить точность напряжения питания.

Рисунок 7 Схема питания испытательного устройства

4.3 Программное проектирование для испытания на короткое замыкание с ограничением тока и испытания на защиту от перегрузки

Процессы тестирования на короткое замыкание с ограничением потока и испытания на защиту от перегрузки показаны соответственно на рисунках 8 и 9. После подтверждения настройки напряжения питания испытательного устройства, Нажмите кнопку испытания на короткое замыкание с ограничением тока или кнопку испытания на защиту от перегрузки в интерфейсе тестового программного обеспечения, вы можете провести тест на короткое замыкание с ограничением тока или тест на защиту от перегрузки, выполнить соответствующий процесс, получить форму волны тока короткого замыкания, форму тока с перегрузкой, время короткого замыкания с ограничением тока и время защиты от перегрузки, а также сохранить форму волны и данные для последующей подготовки отчета об испытании.

Рисунок 8 Процедуры тестирования короткого замыкания

Рисунок 9 Процедуры испытаний на защиту от перегрузки

4.4 Программирование вычислений времени

Электрический противопожарный ограничитель тока завершает короткое замыкание с интервалом между моментом, когда значение тока отказа при коротком замыкании через протектор превышает значение сигнализации при коротком замыкании, и моментом, когда ток отказа при коротком замыкании падает до 5% от его значения. Подпрограмма расчета времени короткого замыкания с ограничением потока показана на рисунке 10.

Диаграмма 10

Время защиты от перегрузки - это промежуток времени между временем, когда значение тока нагрузки в протекторе превышает значение сигнала тревоги тока от защиты от перегрузки, и временем, когда ток нагрузки падает до 5% от его значения. Подпрограмма расчета времени защиты от перегрузки аналогична программе расчета времени ограничения тока при коротком замыкании, за исключением того, что скорость отбора проб высокоскоростного модуля сбора тока при перегрузке отличается от установки при коротком замыкании.

V. Электрический огнеупорный предохранитель Анкори

5.1 Общий обзор

Электрические противопожарные ограничители тока серии ASCP могут эффективно преодолевать недостатки, такие как большое короткое замыкание тока, длительное время действия, короткое замыкание дуги и короткий срок службы традиционных выключателей. В случае короткого замыкания неисправность может быть быстро ограничена током короткого замыкания со скоростью микросекунды для достижения защиты от дуги, что может значительно уменьшить электрическую пожарную аварию и обеспечить безопасность персонала и имущества на рабочем месте.

5.2 Функциональные характеристики

1) Ограничение тока при коротком замыкании: при коротком замыкании линии может быть обеспечена быстрая защита от тока в пределах 150us, электрическая пожарная авария, вызванная чрезмерным током короткого замыкания.

2) Ограничение тока при перегрузке: когда ток защищенной линии превышает номинальный ток, линия перегружена, а продолжительность перегрузки превышает заданное время (3 - 60 секунд), протектор обеспечивает защиту от перенапряжения.

3) Температурное ограничение потока: когда температура внутреннего элемента протектора превышает заданное значение, продукт запускает функцию защиты от сверхтемпературного ограничения потока, чтобы предотвратить повреждение продукта из - за высокой температуры.

4) Защита от избыточного / низкого напряжения: Когда протектор обнаруживает низкое или избыточное напряжение линии, протектор посылает акустический и световой сигнал тревоги, который может быть предварительно установлен для запуска защиты от ограничения тока.

5) Мониторинг температуры кабеля: Когда температура контролируемого кабеля превышает заданное значение сигнализации, защитный механизм посылает акустический и световой сигнал тревоги, который может быть предварительно установлен для запуска ограничительной защиты.

6) Мониторинг тока утечки: когда утечка в контролируемой линии превышает заданное значение сигнализации, защитный механизм посылает акустический и световой сигнал тревоги, который может быть предварительно установлен для запуска защиты от ограничения тока.

7) Функция связи: имеет 1 - канальный интерфейс RS485, 1 - канальный 2G беспроводной связи, может отправлять данные в фоновую систему мониторинга, обеспечивая удаленный мониторинг. Фоном мониторинга может быть компьютер Acrel - 6000 / B для мониторинга электрического пожара, облачная платформа Acrel - 6000 или стороннее программное обеспечение или платформа для мониторинга.

5.3 Выбор оборудования

VI. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

В этой статье разработан набор устройств автоматического тестирования электрических характеристик электрического огнеупорного предохранителя на основе LabVIEW может обеспечить автоматическое тестирование электрических характеристик электрического противопожарного ограничителя тока с различными характеристиками, такими как 0 - 40A, 0 - 63A, 160 - 250A, может автоматически захватывать форму волны испытания короткого замыкания с ограничением тока и форму испытания на защиту от перегрузки, точно рассчитать время короткого замыкания с ограничением тока и время защиты от перегрузки и может генерировать отчет об испытании. Испытания показали, что испытательное устройство повышает эффективность и безопасность тестирования, снижает затраты на тестирование и автоматизирует и интеллигентно тестирует электрические характеристики.

[Ссылки]

1. Luqiwei, Rutao, Ye Zeyu, Cheng Jinfei, электрическая противопожарная защита ограничителя тока автоматическая испытательная установка электрических характеристик;

2. Лю Исян, Тан Хао, ЦзиньЦзин и другие, типичная статистика городских пожаров на основе анализа причин

3. Облачная платформа управления безопасным потреблением электроэнергии Ancory версии 020.04;

4. Руководство по проектированию и применению микросетей компании Ancory версии 2020.06.