一种小型断路器热时间常数的快速测量方法

摘要

本发明提出一种小型断路器热时间常数的快速测量方法，该方法包括如下步骤：步骤一：建立双金属片的热平衡模型；步骤二：由步骤一中建立的热平衡模型获得温升；步骤三：在冷态环境下给待测小型断路器通高倍等效电流I，并将小型断路器加热至脱扣状态，获取脱扣温升；步骤四：将待测小型断路器冷却若干倍的脱扣时间nt，并由步骤二和步骤三，获得此时的小型断路器的温升；步骤五：在步骤四后将待测小型断路器再次通同样的高倍等效电流I使其瞬间加热至脱扣，记录此时的脱扣时间为t′，脱扣温升为τ′；步骤六：并由步骤四和步骤五得到两次通电的脱扣时间关系：

说明书

技术领域

本发明涉及一种小型断路器热时间常数的快速测量方法。

背景技术

小型断路器的热时间常数是指小型断路器通电加热到稳态温升的63.2％所需要的时间，是小型断路器过载保护特性等效校验方式的关键参数，因此如何准确的对小型断路器的热时间常数进行测量便成为一个问题。小型断路器的热时间常数取决于它的物理特性，如质量、比热容、面积和综合散热系数。由于小型断路器通电发热后，比热容等物理特性会随温度的变化而变化，而且采用传统的方法确定比热容和综合散热系数较为繁琐且误差较大。传统热时间常数的测量方法是通过测量小型断路器的温升来得到对应温升变化63.2％时的时间，这种方法需要测量小型断路器的温度，操作较为繁琐。现在需要测量小一种测量断路器热时间常数的新方法，与传统测量方法相比，不需要测量小型断路器的物理特性及表面温度，具有简便操作和精度高的优势。

实用新型内容

本发明的目的是提供一种小型断路器热时间常数的快速测量方法，间接测量小型断路热时间常数，简单有效。

一种小型断路器热时间常数的快速测量方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：建立双金属片的热平衡模型：Pdt＝cmdτ+K_TAdt；

式中：Pdt—在dt时间内双金属总的发热量；cmdτ—双金属片的蓄热量；c—比热容；m—双金属片的质量；dτ—dt时间内温升的变化值；K_TAdt—在dt时间内双金属片总的散热量；K_T—综合散热系数；A—散热表面积；τ—温升；

步骤二：由步骤一中建立的热平衡模型获得温升τ，τ＝τ_w(1-e^-t/T)+τ₀e^-t/T；

式中：τ_w—双金属片的稳定温升；τ₀—初始温升；t—通电时间；T—小型断路器的发热时间常数；该热时间常数T为小型断路器通电加热到稳态温升的63.2％所需的时间；

步骤三：在冷态环境下给待测小型断路器通高倍等效电流I，并将小型断路器加热至脱扣状态，获取脱扣温升：

式中：I—高倍等效电流；

步骤四：将待测小型断路器冷却若干倍的脱扣时间nt，并由步骤二和步骤三，获得此时的小型断路器的温升τ_n：

步骤五：在步骤四后将待测小型断路器再次通同样的高倍等效电流I使其瞬间加热至脱扣，记录此时的脱扣时间为t′，脱扣温升为τ′：

步骤六：并由步骤四和步骤五得到两次通电的脱扣时间关系：

t′+t·e^-100t/T＝t，获取热时间常数T：

所述步骤一中的等效试验电流I为3至4倍额定电流。

所述步骤二的温升τ，τ＝τ_w(1-e^-t/T)+τ₀e^-t/T在步骤四中的冷却若干倍的环境下，τ_w为0，即τ_n＝τ·e^-nt/T。

所述步骤三所述的冷态为当通电时间t＝0，温升τ＝0时。

本发明具有的有益效果，间接测量小型断路器热时间常数，方法简便可行、快速准确。

附图说明

图1为本发明通试验电流时双金属片的温升曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中及实施例，对本发明进一步详细说明。

当小型断路器通电后，由于断路器的外壳、热双金属向周围环境散热均存在热阻，热量的产生和散发是同时存在的，产生的热量和散发的热量达到平衡时，小型断路器的温度也就处于稳定状态。小型断路器的热平衡方程为：

Pdt＝cmdτ+K_TAdt

式中：

Pdt—在dt时间内双金属总的发热量；

cmdτ—双金属片的蓄热量；

c—比热容；

m—双金属片的质量；

dτ—dt时间内温升的变化值；

K_TAdt—在dt时间内双金属片总的散热量；

K_T—综合散热系数；

A—散热表面积；

τ—温升；

此热平衡方程的解为：τ＝τ_w(1-e^-t/T)+τ₀e^-t/T；

式中：

τ_w—双金属片的稳定温升；

τ₀—初始温升；

t—通电时间；

T—小型断路器的发热时间常数；

当小型断路器从冷态开始通高倍等效电流I(如4倍额定电流)时，小型断路器瞬间加热至脱扣，其脱扣时间记为t,此时小型断路器的脱扣温升为τ。小型断路器通高倍等效电流I时双金属片的温升曲线如图1所示，从图1中可以看出，由于通电电流大、时间短，基本可以忽略双金属片的散热问题，曲线近似是一条斜线，即此时双金属片总的发热量等于双金属片的蓄热量，有如下关系成立：

I²Rt＝cmτ

则脱扣温升

将小型断路器冷却若干倍的脱扣时间(如100倍的脱扣时间)，再次通同样的高倍等效电流I使其瞬间加热至脱扣，记录此时的脱扣时间为t′，脱扣温升为。冷却100t后，小型断路器的温升为：

τ₁₀₀＝τ·e^-100t/T

也就等于

再次瞬间加热至脱扣的脱扣温升为；

又有

得到

t′+t·e^-100t/T＝t

则热时间常数

只要测出两次通电的脱扣时间，便能得到小型断路器的热时间常数，这种方法简便高效，不需要借助额外的工具进行测量，因此具有精度高误差小的优势。