镇江市产品质量监督检验中心 颜世灿

低压电器接通和分断能力试验是一种模拟性试验，主要模拟电路中发生各种过载和短路故障时，电路中的开关电器是否能可靠地接通和分断此故障电流。触头在分断电路时，如果开断电路的电压和电流大于升弧电压和升弧电流，则触头之间产生电弧。电弧会烧毁触头或引起相间短路，甚至导致电器爆炸引发火灾，因此必须考核电器的分断能力以保证电器能可靠的接通分断电路。

1 概念及相关参数

在燃弧过程中，电感中的能量释放到弧隙中，同时电源提供的能量也释放到弧隙中，所以电路中的电感越大、试验电压电流越大电弧越难熄灭。因此在接通和分断电路的能力试验时，相关标准都规定了试验电压、试验电流和功率因数等参数。

交流电弧在每半个周波内电流都会过零，此时电源停止给电弧输入能量，电弧温度迅速降低，此时电弧容易熄灭；交流电弧电流过零后是否重燃决定于弧隙内部的两个过程，一是弧隙中电离气体从导电状态迅速转变为绝缘状态，使弧隙能够承受电压作用而不发生电弧重燃的过程称为介质恢复过程；二是息弧后电路将被开断，电源电压加到弧隙两端触头上的过程称为电压恢复过程，这两个过程分别用介质恢复强度和恢复电压来表示。若介质恢复强度大于恢复电压则电弧趋于熄灭；反之则电弧可能重新燃烧。恢复电压包括瞬态恢复电压和工频恢复电压[1]。

瞬态恢复电压仅在电弧电流过零后几百微秒的时间内出现，此时是决定电弧能否熄灭的关键时刻，所以其幅值和波形反映出弧隙的状况。瞬态恢复电压用过振荡系数γ与振荡频率f两个参数表示其特征，其定义为：

其中，Uhfm为瞬态恢复电压的最大值，Ugm为电弧电流过零瞬间电源电压的瞬时值，tm为从电流过零起到Uhfm出现止所经历的时间。

为了对开关电器在分断电路时应能承受的恢复电压提出合理的要求，在相关国家标准中对模拟电动机负载（感性负载）电路条件的瞬态恢复电压的特性规定，瞬态恢复电压的振荡频率为①，Ic为分断电流，A；UN为开关电器的额定工作电压，V。过振荡系数为：γ=1.1±0.05。

为了调整负载电路以获得规定的特性，GB14048.1推荐了一种调试方法（图1）。振荡频率和过振荡系数主要取决于负载电路的固有振荡频率及其阻尼，与外部施加的电压及频率无关，可以用任一交流电源调整负载电路[2]。为了进行可靠的测量，高频信号发生器应提供一个适合二极管的电压，选取信号的频率为：试验电流小于等于1000A为2kHz，试验电流大于1000A为4kHz。

2 并联电容Cp的估算

实践证明，为使上述试验线路满足标准所规定的f和γ，调整工作是相当困难的。可以先通过理论分析计算得到一个估算的值，实际调试时在这个值附近进行调试，大大减小调试难度[3]。根据额定电压UN额定电流Ic代入公式①计算振荡频率f，根据额定电压UN调节负载阻抗RL，以获得预期试验电流Ic，根据LC谐振频率公式，代入电感值L估算电容Cp值：②。

表3 调试结果

表1 并联电容估算

3 参数调试

本部分以400V/250A参数为例，对瞬态恢复电压的振荡系数γ与振荡频率f进行调试。

表2 Cp、Rp对f、γ影响

试验设备：安泰负载试验阻抗装置、安泰f-γ调整装置、DDS数字合成函数信号发生器、泰克1052B示波器。

调试步骤：根据额定电压UN额定电流Ic调节阻抗装置，电阻1.736Ω，感抗0.848Ω，计算得L==2.70mH，将L代入公式②得并联电容 Cp=0.148uF，连接负载试验阻抗装置、f-γ调整装置、信号发生器、示波器，调节f-γ调整装置Cp=0.148uF，调节f-γ调整装置Rp，使γ约等于980/880≈1.11，如图2所示，微调f-γ调整装置Cp，使f约等于50kHz，如图3所示。由于分布电容的影响，实际调试得到的Cp略小于估算值，表3所示为调试结果。

4 结语

本文详细阐述了低压电器接通和分断能力试验的原理，分析了该实验在低压电器检验检测中的必要性。由于试验条件中瞬态恢复电压的振荡频率f和γ振荡系数调整难度比较大，因此本文以400V/250A参数为例，给出了这两个参数的规范调节过程，为低压电器检测的相关调试实验提供了参考。