电涌保护器直流短路试验检验方法及装置

摘要

本发明公开了一种电涌保护器（SPD）直流短路电流试验检验方法及装置，可完成电涌保护器在各种条件下的直流短路试验，并可在此基础上对电涌保护器的直流短路性能进行评判。装置包括智能化控制模块、大功率直流试验电源、大功率可变电阻箱和试品箱；其大功率可变电阻箱分别与大功率直流试验电源、试品箱实现信号互通连接，其智能化控制模块分别与大功率直流试验电源、大功率可变电阻箱和试品箱实现控制性连接。具有方法全面可行、装置结构简单、试验安全可靠等优点，可在太阳能发电直流系统、AC变化DC直流系统中广泛应用。

说明书

技术领域

本发明属于电气工程技术领域，特别涉及一种电涌保护器（SPD）直流短路电流试验检验方法及装置。

背景技术

近年来我国大力发展清洁能源，太阳能发电作为最清洁度的能源之一，得到了快速发展，直流SPD广泛用于太阳能光伏发电系统，此外在AC变换DC直流系统中应用的直流SPD数量、电压等级也越来越多。为防止直流系统SPD失效、损坏低阻模式下直流短路电流或过载电流流过直流SPD可能引起的火灾及系统短路事故，急需开发研究相应的直流系统电涌保护器直流短路试验检验方法及装置。SPD直流短路电流试验是考核SPD过流保护装置以及其自身安全性能的一个重要试验，目前直流系统用的SPD还没有提出直流短路电流试验及制定相关的检验标准。本发明专利提出一种电涌保护器直流短路试验方法，该试验方法兼顾实际系统在不同运行条件下的系统短路电流不同，提出可选择在七条试验曲线下进行不同规模的SPD直流短路试验，并根据该试验方法开发了一套用于电涌保护器直流短路试验的试验装置。

发明内容

本发明的目的就是针对上述背景技术存在的不足，提供一种电涌保护器直流短路试验检验方法及装置。

本发明的技术方案是：

一、一种电涌保护器（SPD）直流短路试验检验方法，其特征在于包括下列步骤：

步骤1（试验准备）：对同一类型的SPD随机抽取一定数量的产品，并用金属块替代件替代其内部的电压开关元件，且确保其连接方式、周围材料以及包装不变，以作试品备用；

步骤2（基本试验）：将试品及脱离器放在一个正方形木盒内，木盒侧面离试品外表面(500±50) mm，木盒的内表面用薄纸或纱布覆盖；对不同的试品分别在其两输入端施加10A、I_SC（标准条件系统的预期最大短路直流电流）、2I_SC、3I_SC、4I_SC、5I_SC、6I_SC 的试验电压，并同时维持其两端的试验电压在0—U_OV （标准条件系统的预期最大开路直流电压，反映在日照最充分的情况）之间；在上述条件下，观察并记录覆盖在木盒内表面的薄纸或纱布是否着火和具有分离功能的试品中的外部脱落器是否永久断开；

步骤3（检验判定）：根据步骤2的观察记录结果，如果覆盖在木盒内表面的薄纸或纱布没有着火或具有分离功能的试品中的脱离器在规定的加压时间内永久断开，则表明该类型电涌保护器的性能优异；反之，则表明该类型电涌保护器的性能存在问题。

作为上述方法的完善和优选方式有：

1、所述步骤2（基本试验）中，在同一试验条件下，用不同的试品试验3次；

2、在所述的步骤2（基本试验）和步骤3（检验判定）之间有一补充试验步骤。即在步骤2（基本试验）完成后，再在试品的两端施加其最大持续运行电压Uc并维持1分钟，测量其两端流过的直流电流；当其直流电流的有效值≤0.5mA时，则表明其脱落器已永久断开。

3、所述步骤2（基本试验）中，与试验直流电流相对应的试验时间为：

a、当试验直流电流为I_SC——6I_SC时，其试验时间为（2—10）T（T为电涌保护器所在直流系统中过电流保护、主保护及后备保护的跳闸时间）；

b、当试验直流电流为10A时，其试验时间为10—30分钟。

二、一种电涌保护器（SPD）直流短路试验检验装置，根据上述方法设计而成。其特征在于包括智能化控制模块、大功率直流试验电源、大功率可变电阻箱和试品箱；其大功率可变电阻箱分别与大功率直流试验电源、试品箱实现信号互通连接，其智能化控制模块分别与大功率直流试验电源、大功率可变电阻箱和试品箱实现控制性连接。

作为上述装置的优选方式有：

1、所述的智能化控制模块采用可编程逻辑控制器（PCL），实现包括大功率直流试验电

源的开闭和其直流电压的调节、大功率可变电阻箱的投切和调节在内的控制。

2、所述的大功率直流试验电源采用三相可控硅整流，包括有熔断器、大功率接触器、三相变压器、大功率晶闸管模块、大功率晶闸管控制模块、平波电抗和稳压电容，其电压输出范围为：500VDC -1500V DC，其电流输出范围为：0-600A DC。

3、所述的大功率可变电阻箱包括有接触器、大功率电阻、散热风机、温度传感器、本控按钮、风压开关；

4、所述的试品箱包括有熔断器组、排气扇和由防火木料制成的木箱；其中熔断器组上设有与不同型号电涌保护器配合使用的多种型号外部脱落器相适配的熔断器底座。

本发明的电涌保护器直流短路试验检验方法，选择在下述7种条件下进行，其分别对应的工作状态是：

条件1：试验电流为6I_SC，试验电压为0—U_OV，表示在日照最充分的情况下，系统可能具有的的最大参数值；

条件2：试验电流为5I_SC，试验电压为0—U_OV，表示在日照强度不同的情况下，系统可能具有的的最大参数值；

条件3：试验电流为4I_SC，试验电压为0—U_OV，表示在日照强度不同的情况下，系统可能具有的的最大参数值；

条件4：试验电流为3I_SC，试验电压为0—U_OV，表示在日照强度不同的情况下，系统可能具有的的最大参数值；

条件5：试验电流为2I_SC，试验电压为0—U_OV，表示在日照强度不同的情况下，系统可能具有的的最大参数值；

条件6：试验电流为I_SC，试验电压为0—U_OV，表示在日照较弱的情况下，系统可能具有的最大参数值；

条件7：试验电流为10A，试验电压为0—U_OV，表示试品声明其最大短路耐受电流I_SC不大于10A时，需要按此条件进行试验。

试验时：

1、将抽取的SPD中的电压开关元件应采用适当的金属（例如，铜）块（元件模型）来代替，并确保内部连接，连接的截面和周围的材料（例如，树脂）以及包装不变，以作为试品。

2、将试品及脱离器放在一个正方形木盒内，木盒侧面离试品外表面(500±50) mm。盒的内表面用薄纸或纱布覆盖。盒的一面（不是底面）保持打开，以便能按制造厂的说明连接电源电缆。试验样品按照制造厂规定的方式安装，并使用最大截面面积的导线，在试品箱内部连接导线长度不超过0.5m。

3、对于每种条件的试验，均准备一组3只的试品。试品遵照制造商的要求安装，如果制造商声明有外部脱离器，需要安装。当进行每种条件的试验时，应在试验电路中串联一个过电流保护装置，此过电流保护装置的额定电流应是I_SC 的80% ~ 120%。如果制造商声明的有外部脱离器的时候，此过电流保护装置可以与制造商所声明的外部脱离器为同一型号。如果制造商没有声明外部脱离器的时候，可以选择gR型号的熔丝。

4、试验时间：试验条件1—6下，根据SPD所在直流系统中过电流保护、主保护及后备保护跳闸时间，考虑2倍到20倍裕度，确定对应短路电流倍数下的试验时间；试验条件7下，根据系统保护重要性及保护配置状况，可按10—30min确定。短路电流时间内，试验装置的过电流保护装置不允许动作。

5、检验判定：试验过程中，如果薄纸或纱布着火，则表明产品不合格，立即停止试验；在薄纸或纱布不着火的前提下，如果脱离器动作，且有明显的、有效的和永久断开的迹象，则表明产品合格可用。实际使用中，为了验证脱离器动作，且有明显的、有效的和永久断开的迹象，应采用等于Uc的工频电压施加1min，流过的电流不应超过0.5mA（有效值）。

本发明的电涌保护器直流短路试验检验装置：1、其智能化控制模块控制大功率直流电源的开启或关闭、直流电压的调节，自动将大功率可变电阻箱的电阻值投切到相应的档位以满足试验的要求，智能化控制模块是基于PLC与触摸屏来操作的，整个控制简单可靠，操作界面美观友好。2、其大功率直流试验电源采用可控晶闸管模块来进行整流和调压，通过大功率接触器控制大功率直流试验电源投切，熔断器确保大功率直流试验电源工作在额定范围之内，通过大功率晶闸管模块对三相变压器输出的交流电压来进行整流，晶闸管控制模块控制晶闸管模块的导通角控制电压的输出，平波电抗和稳压电容用来减小整流输出电压的纹波系数。3、 其大功率可变电阻箱通过接触器来组合不同的电阻来满足试验方法中规定的不同试验条件下的试验曲线，散热风机、温度传感器和风压开关来保证电阻箱安全可靠的运行，可通过本控按钮和继电器组来就地控制不同档位电阻的接触器投切，也可通过触摸屏在远方控制不同档位电阻的接触器投切。4、其试品箱由熔断器组、排气扇、木箱体组成，熔断器组配备了五种不同的熔断器底座，可安装所有与电涌保护器配合使用的脱离器的型号，更换方便，木箱体采用防火木料制作，外观美观大方，排气扇确保木箱体内空气对流，及时排出用于浪涌保护器燃烧所产生的浓烟。

本发明可完成电涌保护器在各种条件下的直流短路试验，并可在此基础上对电涌保护器的直流短路性能进行评判。具有方法全面可行、装置结构简单、试验安全可靠等优点。可在太阳能发电直流系统、AC变化DC直流系统中广泛应用。

附图说明

图1是电涌保护器直流短路电流试验方法示意图（即不同试验条件下的电流—电压曲线图）；

图2是SPD直流短路试验系统框图；

图3是大功率直流试验电源接线图；

图4 是大功率可变电阻箱的内部控制图；

图5是试品箱结构示意图；

其中：

1—智能化控制模块；

2—大功率直流试验电源

2.1—熔断器，2.2—接触器，2.3—三相变压器，2.4—大功率晶闸管模块，2.5—晶闸管控制模块，2.6—平波电抗，2.7—稳压电容。

3—大功率可变电阻箱

3.1—大功率电阻，3.2—接触器，3.3—散热风机，3.4—温度传感器，3.5—本控按钮，3.6—开关电源，3.7—继电器组，3.8—风压开关。

4—试品箱

4.1—熔断器组、4.2—排气扇、4.3—木箱体。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明的装置作进一步的说明：

本发明采用模块化设计，参见图2，工作原理是通过智能化控制模块（1）选择对应试验条件进行试验。开始试验时，使大功率直流试验电源（2）带电，根据每种条件规定的不同试验方式通过智能化控制模块（1）控制大功率直流试验电源（2）的电压输出，以及大功率可变电阻箱（4）的阻值来满足输出设定的预期短路电流值，给在试品箱（5）中的试品进行试验。

图3为大功率直流试验电源的接线图，通过大功率接触器（2.2）控制大功率直流试验电源投切，熔断器（2.1）确保大功率直流试验电源工作在额定范围之内，通过大功率晶闸管模块（2.4）对三相变压器（2.3）输出的交流电压来进行整流，晶闸管控制模块（2.5）控制大功率晶闸管模块的导通角控制电压的输出，平波电抗（2.6）和稳压电容（2.7）用来减小整流输出电压的纹波系数。

图4为大功率可变电阻箱的内部控制图，可变电阻箱由多组电阻（3.1）串并联组成，由接触器（3.2）来实现不同的串并联组合，来达到需要的电阻值，就地控制和远程控制由本控按钮（3.5）和智能化控制模块的输出端来完成，可实现两种控制方式，方便用户的使用。风压开关（3.8）用来保障散热风机（3.3）处于正常工作状态，温度传感器（3.4）反映电阻箱内部温度，保证电阻箱工作在额定温度范围内。

图5为试品箱结构图，熔断器组（4.1）配备了五种不同的熔断器底座，可安装与浪涌保护器配合使用的脱离器型号。木箱体（4.3）采用防火木料制作，排气扇（4.2）确保木箱体（4.3）内空气对流，及时排出用于浪涌保护器燃烧所产生的浓烟。