歐陽(yáng)森，李 翔，劉 平，劉麗媛

（華南理工大學(xué) 電力學(xué)院 廣東省綠色能源技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640）

0 引言

低壓脫扣器是低壓斷路器中的核心裝置，在電壓跌落到一定程度時(shí)使斷路器斷開(kāi)，保護(hù)下游的設(shè)備安全，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，電壓暫降已逐漸成為最嚴(yán)重的電能質(zhì)量問(wèn)題［1-4］。據(jù)文獻(xiàn)［5］，近年來(lái)，南方電網(wǎng)珠三角地區(qū)發(fā)生了數(shù)起輸電線(xiàn)路相間故障導(dǎo)致電壓暫降，進(jìn)而引起低壓脫扣器跳閘導(dǎo)致負(fù)荷大量損失的事件，給電力用戶(hù)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如何在保證安全的前提下，盡可能減小甩負(fù)荷量是值得思考的問(wèn)題。目前而言，一種合理的解決途徑是對(duì)用戶(hù)進(jìn)行電壓暫降敏感等級(jí)劃分，對(duì)不同等級(jí)的用戶(hù)配置不同動(dòng)作閾值的保護(hù)裝置。

美國(guó)的信息技術(shù)工業(yè)協(xié)會(huì)（ITI）針對(duì)電力系統(tǒng)中大型計(jì)算機(jī)對(duì)電能質(zhì)量的要求，從幅值和持續(xù)時(shí)間2個(gè)維度制定了電壓容限曲線(xiàn)（ITI曲線(xiàn)），該曲線(xiàn)被IEEE Std 446—1980標(biāo)準(zhǔn)收錄，為生產(chǎn)廠(chǎng)家、用戶(hù)、供電企業(yè)都提供了有價(jià)值的參考。而目前我國(guó)的行業(yè)或者國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于低壓脫扣器動(dòng)作范圍的規(guī)定只涉及電壓幅值，且非常粗略。如市場(chǎng)上生產(chǎn)的合格的低壓脫扣器都滿(mǎn)足現(xiàn)行國(guó)標(biāo)GB 14048.1—2012［6］的要求，但是其真實(shí)的動(dòng)作范圍和動(dòng)作特性則不清楚，難以滿(mǎn)足應(yīng)對(duì)電壓暫降的需求。在此背景下，對(duì)低壓脫扣器的電壓暫降敏感特性進(jìn)行研究具有重要的科研價(jià)值和工程意義。

針對(duì)用電設(shè)備電壓暫降敏感性，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了廣泛的試驗(yàn)研究，但所研究設(shè)備集中于交流接觸器［7-8］、調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置［9］、計(jì)算機(jī)［10］、照明燈具［11］，研究低壓脫扣器電壓暫降敏感性的文獻(xiàn)很少。文獻(xiàn)［12］首次嘗試對(duì)低壓脫扣器的電壓暫降敏感特性進(jìn)行了試驗(yàn)分析，但未能從機(jī)理上對(duì)低壓脫扣器在電壓暫降作用下的動(dòng)作特性進(jìn)行解析。低壓脫扣器通常是由電子電路和電磁結(jié)構(gòu)組成，這兩部分的協(xié)同作用決定了其整體的動(dòng)作特性。其中電磁結(jié)構(gòu)只是動(dòng)作的執(zhí)行部分，研究電磁結(jié)構(gòu)特性的文獻(xiàn)較多，從經(jīng)典的磁路計(jì)算［13-14］，到近些年的有限元分析和ANSYS軟件仿真［15-18］，可見(jiàn)對(duì)電磁結(jié)構(gòu)的研究已非常成熟；而電子電路負(fù)責(zé)電壓的采樣、分析，并向電磁結(jié)構(gòu)輸出動(dòng)作或者不動(dòng)作的信號(hào)，對(duì)低壓脫扣器的動(dòng)作性能起著決定性的作用。因此，對(duì)低壓脫扣器電子電路進(jìn)行電壓暫降敏感特性研究，將對(duì)其電壓暫降特性的動(dòng)作機(jī)理有更深入的認(rèn)識(shí)，此研究?jī)?nèi)容目前尚無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、論文等。

本文首次采用試驗(yàn)方法對(duì)低壓脫扣器電子電路的電壓暫降敏感特性進(jìn)行研究。首先，采用磁路方法深入分析低壓脫扣器電磁結(jié)構(gòu)存在的4種工作狀態(tài)，即吸持、釋放、吸合和分離；然后，改進(jìn)文獻(xiàn)［12］中所述試驗(yàn)方案，選取市場(chǎng)上主流的若干種不同型號(hào)的低壓脫扣器進(jìn)行電壓暫降敏感特性試驗(yàn)，得出其電壓耐受曲線(xiàn)，同時(shí)記錄電子電路部分在不同電壓暫降信號(hào)作用下的輸出電壓波形；最后，依據(jù)電壓耐受曲線(xiàn)，劃分出6種不同的工作模態(tài)，以某款低壓脫扣器為例，分析電子電路部分在每種模態(tài)下的輸出電壓波形特性，實(shí)現(xiàn)電子電路部分電壓暫降敏感性的研究，同時(shí)結(jié)合電磁結(jié)構(gòu)的動(dòng)作特性，闡述了低壓脫扣器電壓暫降作用下的動(dòng)作機(jī)理。

1 現(xiàn)行國(guó)標(biāo)規(guī)定

我國(guó)現(xiàn)行的多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，涉及脫扣器及其電子控制器的保護(hù)特性和試驗(yàn)的規(guī)定如下。

GB14048.1—2012標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：欠電壓繼電器或脫扣器與開(kāi)關(guān)電器組合在一起，當(dāng)外施電壓下降，甚至緩慢下降到額定電壓的70%至35%范圍內(nèi)時(shí)，與開(kāi)關(guān)電器組合在一起的欠電壓繼電器和脫扣器應(yīng)動(dòng)作，使電器斷開(kāi)；當(dāng)外施電源電壓低于欠電壓繼電器或脫扣器的額定電壓的35%時(shí)，欠電壓繼電器和脫扣器應(yīng)防止電器閉合；當(dāng)外施電源電壓等于或高于其額定電壓的85%時(shí)，欠電壓繼電器和脫扣器應(yīng)保證電器能閉合。

GB/T 22710—2008［19］標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)低壓脫扣器的電子控制器的欠電壓保護(hù)特性進(jìn)行了規(guī)定，給出了控制器的動(dòng)作電壓閾值為0.35Ue～0.70Ue（Ue為低壓脫扣器額定工作電壓），這與 GB 14048.1—2012［6］規(guī)定的低壓脫扣器的動(dòng)作電壓閾值一致。

GB/T 17626.11—2008［20］標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了電壓暫降試驗(yàn)優(yōu)先采用的試驗(yàn)等級(jí)和持續(xù)時(shí)間。其中明確給出的最嚴(yán)酷的等級(jí)為3類(lèi)的要求，在電壓頻率為50 Hz的情況下，優(yōu)先采用的電壓暫降的試驗(yàn)等級(jí)和持續(xù)時(shí)間組合有：40%Ue-200 ms、70%Ue-500 ms、80%Ue-5000 ms。

這些國(guó)標(biāo)對(duì)本文的試驗(yàn)研究提供了重要參考。

2 低壓脫扣器電磁結(jié)構(gòu)動(dòng)作原理分析

低壓脫扣器主要由電子電路和電磁結(jié)構(gòu)兩部分組成。其中，電子電路主要由電源輸入端、濾波、整流、電壓采樣、處理及線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)構(gòu)成；電磁結(jié)構(gòu)由磁軛、勵(lì)磁線(xiàn)圈、靜鐵芯、動(dòng)鐵芯和反力彈簧等組成。電磁結(jié)構(gòu)的原理圖如圖1所示。圖1中，uo為電子電路的輸出電壓，即電磁結(jié)構(gòu)中勵(lì)磁線(xiàn)圈的輸入電壓；i為勵(lì)磁電流；k為反力彈簧的彈性系數(shù)；x為動(dòng)靜鐵芯之間的距離；l為動(dòng)鐵芯在磁場(chǎng)中的部分的長(zhǎng)度。

圖1 電磁結(jié)構(gòu)原理圖Fig.1 Schematic diagram of electromagnetic mechanism

低壓脫扣器的動(dòng)作由電磁結(jié)構(gòu)中的動(dòng)鐵芯來(lái)完成。動(dòng)鐵芯受到反力彈簧的彈力、靜鐵芯的電磁吸力、重力、摩擦力和空氣阻力等的作用，這里只考慮彈簧彈力和電磁吸力。

設(shè)動(dòng)靜鐵芯吸持狀態(tài)下反力彈簧的壓縮量為x0，脫扣器動(dòng)作過(guò)程中x的最大值為x1，勵(lì)磁線(xiàn)圈匝數(shù)為N。

動(dòng)鐵芯受到的彈簧彈力為：

忽略漏磁通，可畫(huà)出電磁結(jié)構(gòu)的磁路圖，如圖2所示。圖2中，F(xiàn)為磁動(dòng)勢(shì)，F(xiàn)=iN；R1為動(dòng)鐵芯的磁阻；R2為動(dòng)鐵芯與靜鐵芯之間的氣隙磁阻；R3為靜鐵芯磁阻；R4為磁軛磁阻；R5為動(dòng)鐵芯與磁軛之間的氣隙磁阻；φ為磁通量。其中，R3、R4、R5為常量，其余為變量。

圖2 電磁結(jié)構(gòu)磁路圖Fig.2 Magnetic circuit of electromagnetic mechanism

則有：

其中，μ0為空氣的導(dǎo)磁系數(shù)；μ1為動(dòng)鐵芯的導(dǎo)磁系數(shù)；S為動(dòng)鐵芯的截面積；F2為動(dòng)鐵芯受到的電磁吸力；c為常數(shù)。

電磁結(jié)構(gòu)存在吸持、釋放、分離和吸合4種不同的工作狀態(tài)。

結(jié)合式（1）—（5）進(jìn)行分析，易得到如下結(jié)論：電磁結(jié)構(gòu)從吸持狀態(tài)進(jìn)入釋放過(guò)程，只需要適當(dāng)降低勵(lì)磁線(xiàn)圈輸入電壓，使其低于臨界電壓；從分離狀態(tài)進(jìn)入吸合過(guò)程，則需要向勵(lì)磁線(xiàn)圈輸入很大的啟動(dòng)電壓。釋放過(guò)程和吸合過(guò)程一旦啟動(dòng)，條件會(huì)越來(lái)越利于動(dòng)鐵芯動(dòng)作完成，即具有“自加速效應(yīng)”。

圖3為低壓脫扣器電子電路部分的示意圖。電磁結(jié)構(gòu)的輸入電壓就是電子電路的輸出電壓，因此電磁結(jié)構(gòu)的動(dòng)作情況完全由電子電路的輸出電壓來(lái)控制。若要分析低壓脫扣器電壓暫降作用下的動(dòng)作機(jī)理，則必須對(duì)其電子電路部分進(jìn)行深入研究，本文采用試驗(yàn)方法，分析其電子電路的電壓暫降敏感特性。

圖3 低壓脫扣器電子電路部分示意圖Fig.3 Electronic circuit of low-voltage release

3 低壓脫扣器電子電路電壓暫降敏感特性試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)平臺(tái)

圖4 試驗(yàn)平臺(tái)原理圖Fig.4 Schematic diagram of experimental platform

本文對(duì)文獻(xiàn)［12］中所述的試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了測(cè)試低壓脫扣器電子電路電壓暫降敏感特性的試驗(yàn)平臺(tái)，原理圖如圖4所示。圖4中，電壓暫降發(fā)生儀采用自行研制的電壓暫降發(fā)生裝置［21］，可以產(chǎn)生電壓暫降信號(hào)，提供給被測(cè)試低壓脫扣器。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置采用日置HIOKI3196，該裝置具有交流通道和直流通道，其交流通道用于監(jiān)測(cè)電子電路的輸入電壓暫降信號(hào)，確保信號(hào)準(zhǔn)確、可靠；直流通道用于監(jiān)測(cè)電子電路的輸出電壓波形。

3.2 試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)步驟具體如下。

a.調(diào)節(jié)電壓暫降發(fā)生儀，使其輸出電壓幅值為低壓脫扣器額定工作電壓Ue，然后閉合開(kāi)關(guān)K，待低壓脫扣器通電穩(wěn)定工作后開(kāi)始試驗(yàn)。記錄此時(shí)電子電路的輸入和輸出電壓波形。

b.電壓暫降起始點(diǎn)相位設(shè)置為0°保持不變，電壓暫降幅值u從10%Ue開(kāi)始，以5%Ue為步長(zhǎng)，由小到大進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為10%Ue～90%Ue。

c.對(duì)于每個(gè)確定的電壓暫降幅值，持續(xù)時(shí)間t從10 ms開(kāi)始，以1 ms為步長(zhǎng)由小到大進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為 10 ms～1 min。

d.每組確定幅值以及持續(xù)時(shí)間的電壓暫降下的試驗(yàn)都要重復(fù)10次，為避免相鄰2次試驗(yàn)相互影響，每2次試驗(yàn)之間的時(shí)間間隔在10 s以上。

e.記錄每組確定幅值以及持續(xù)時(shí)間的電壓暫降下低壓脫扣器的動(dòng)作情況及電子電路的輸入、輸出電壓波形。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

按照本文建立的試驗(yàn)平臺(tái)和試驗(yàn)步驟對(duì)市場(chǎng)上主流的若干種不同型號(hào)的低壓脫扣器進(jìn)行了試驗(yàn)，各款低壓脫扣器的動(dòng)作特性和電子電路的輸入輸出特性在定量分析上存在差異，而定性分析時(shí)則基本一致。限于篇幅，本文以某款A(yù)C 220 V低壓脫扣器為例進(jìn)行分析，為敘述方便起見(jiàn)，假設(shè)其型號(hào)為T(mén)型。

試驗(yàn)結(jié)果包括：T型低壓脫扣器在試驗(yàn)電壓暫降信號(hào)下的動(dòng)作情況數(shù)據(jù)；T型低壓脫扣器的電子電路在試驗(yàn)電壓暫降信號(hào)下的輸入和輸出電壓波形圖。

4 試驗(yàn)結(jié)果初步分析

4.1 基本數(shù)據(jù)分析

由于電子電路與低壓脫扣器的動(dòng)作特性密切相關(guān)，繪制低壓脫扣器的電壓耐受曲線(xiàn)，是研究電子電路的電壓暫降敏感特性的基礎(chǔ)。

根據(jù)T型低壓脫扣器動(dòng)作情況，統(tǒng)計(jì)出不同電壓暫降幅值U下，其確定不動(dòng)作的最大持續(xù)時(shí)間t1和確定動(dòng)作的最小持續(xù)時(shí)間t2，如表1所示，進(jìn)而繪制出其電壓耐受曲線(xiàn)，如圖5所示。

表1 T型低壓脫扣器的試驗(yàn)結(jié)果Table1 Experimental results of T-type low-voltage release

圖5 T型低壓脫扣器電壓耐受曲線(xiàn)Fig.5 Voltage tolerance curve of T-type low-voltage release

4.2 電子電路輸入、輸出電壓波形總體分析

由圖5中低壓脫扣器電壓耐受曲線(xiàn)可看出，低壓脫扣器在電壓暫降作用下的動(dòng)作特性包括動(dòng)作區(qū)域、不動(dòng)作區(qū)域和模糊區(qū)域3個(gè)區(qū)域。模糊區(qū)域表示低壓脫扣器有時(shí)動(dòng)作，有時(shí)不動(dòng)作。

輸入電壓暫降信號(hào)時(shí)，根據(jù)低壓脫扣器動(dòng)作與否，可將電子電路的輸出電壓波形分為不動(dòng)作波形和動(dòng)作波形。當(dāng)電子電路輸出電壓波形為不動(dòng)作波形時(shí)，低壓脫扣器不動(dòng)作；當(dāng)電子電路輸出電壓波形為動(dòng)作波形時(shí)，低壓脫扣器動(dòng)作。

4.2.1 未輸入電壓暫降信號(hào)時(shí)的正常工作波形

當(dāng)向T型低壓脫扣器輸入220 V工頻交流電壓時(shí)，電子電路的輸出為周期性波動(dòng)的直流電壓，波峰35 V，波谷31 V，如圖6所示。

圖6 正常工作狀態(tài)下電子電路輸入和輸出電壓波形Fig.6 Input and output voltage waveforms of electronic circuit in normal operation mode

4.2.2 不動(dòng)作波形

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，不動(dòng)作波形都由下降和上升2個(gè)階段組成，且下降階段與輸入電壓暫降信號(hào)是完全對(duì)應(yīng)的。

以40%Ue-50 ms電壓暫降為例，該情形下電子電路輸入、輸出電壓波形如圖7所示。

由圖7可見(jiàn)，40%Ue-50 ms電壓暫降下，低壓脫扣器處于不動(dòng)作區(qū)域，與圖5相吻合。

4.2.3 動(dòng)作波形

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)作波形都由下降、低壓和高壓3個(gè)階段組成，且下降階段與輸入電壓暫降信號(hào)是完全對(duì)應(yīng)的。在低壓階段，電子電路輸出電壓接近為0，高壓階段電壓峰值接近300 V。

假設(shè)電子電路輸入電壓暫降的持續(xù)時(shí)間為t1，下降階段和低壓階段的總持續(xù)時(shí)間為t2，高壓階段的持續(xù)時(shí)間為 t3，且始終滿(mǎn)足 t2≈t1+400 ms、t3≈110 ms。

在低壓階段，電磁結(jié)構(gòu)進(jìn)入釋放過(guò)程，并到達(dá)分離狀態(tài)，在高壓階段，電磁結(jié)構(gòu)進(jìn)入吸合過(guò)程，并重新回到吸持狀態(tài)。整個(gè)動(dòng)作波形，即對(duì)應(yīng)低壓脫扣器的一次完整的動(dòng)作過(guò)程。

以40%Ue-110 ms電壓暫降為例，該情形下的電子電路輸入、輸出電壓波形，如圖8所示。對(duì)圖8中［0，240 ms］部分進(jìn)行局部放大，如圖9所示。

圖7 40%Ue-49 ms電壓暫降下電子電路輸入和輸出電壓波形Fig.7 Input and output voltage waveforms of electronic circuit for 40%Ue-49 ms voltage sag

圖8 40%Ue-110 ms電壓暫降下電子電路輸入和輸出電壓波形Fig.8 Input and output voltage waveforms of electronic circuit for 40%Ue-110 ms voltage sag

圖9 圖8的局部放大圖Fig.9 Partial enlarged detail of fig.8

由圖8、9可見(jiàn)，40%Ue-110 ms電壓暫降下，低壓脫扣器處于動(dòng)作區(qū)域，與圖5相吻合。

由于電子電路的所有動(dòng)作波形的低壓階段和高壓階段具有相同的規(guī)律，下面分析動(dòng)作波形時(shí)，都不再示出完整的動(dòng)作波形，只示出其下降階段。

5 低壓脫扣器電子電路電壓暫降下工作模態(tài)分析

為進(jìn)一步掌握低壓脫扣器電子電路在不同電壓暫降信號(hào)作用下，輸出電壓波形的變化規(guī)律，從而解析低壓脫扣器電壓暫降作用下的動(dòng)作機(jī)理，本文依據(jù)電壓耐受曲線(xiàn)分布特征，采用模態(tài)劃分的方法研究低壓脫扣器電子電路輸出電壓波形變化特征。

5.1 工作模態(tài)劃分

為不失一般性，以低壓脫扣器通用的電壓耐受曲線(xiàn)［12］為基礎(chǔ)，進(jìn)行電子電路工作模態(tài)的劃分。圖10給出了低壓脫扣器電壓耐受曲線(xiàn)，圖11給出模態(tài)劃分示意圖，相同的灰度表示同一種工作模態(tài)。

圖10 低壓脫扣器電壓耐受曲線(xiàn)Fig.10 Voltage tolerance curve of low-voltage release

圖11 低壓脫扣器電子電路工作模態(tài)的劃分Fig.11 Partition of electronic circuit working mode for low-voltage release

模態(tài)劃分參照控制變量的思想，當(dāng)有多個(gè)變量共同決定結(jié)果時(shí)，確定其他變量，觀(guān)察單一變量的變化對(duì)結(jié)果的影響。

圖10中的2個(gè)變量——幅值和持續(xù)時(shí)間，共同決定電子電路輸出電壓的變化，模態(tài)1和2確定幅值，觀(guān)察持續(xù)時(shí)間對(duì)電子電路輸出電壓的影響；模態(tài)4和5確定持續(xù)時(shí)間，觀(guān)察幅值對(duì)電子電路輸出電壓的影響；模態(tài)3是模糊區(qū)域，較為特殊，單獨(dú)分析；定義模態(tài)6為輸入電壓為額定電壓時(shí)，電子電路的工作狀態(tài)。

各模態(tài)下電磁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)及低壓脫扣器的動(dòng)作特性見(jiàn)表2。

5.2 不同模態(tài)下電子電路輸出電壓波形分析

以T型低壓脫扣器為例進(jìn)行分析。對(duì)比圖5和圖10，仿效文獻(xiàn)［12］中的近似矩形處理方法，對(duì)圖5作近似矩形處理，如圖12所示。

對(duì)比圖10和圖12，可知圖12中：U1=U2=50%Ue，T1=38 ms，T2=70 ms。為節(jié)省篇幅，本節(jié)中不再給出電子電路的輸入電壓波形，僅對(duì)不同模態(tài)下電子電路輸出電壓波形作比較分析。另外，已知T型低壓脫扣器電磁結(jié)構(gòu)維持吸持狀態(tài)的最低直流電壓為10 V左右。

表2 各種模態(tài)下電磁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)及低壓脫扣器動(dòng)作特性Table 2 Working state of electromagnetic mechanism and operating feature of low-voltage releases for different modes

圖12 T型低壓脫扣器電壓耐受曲線(xiàn)近似矩形處理Fig.12 Approximate rectangle processing of voltage tolerance curve for T-type low-voltage release

5.2.1 模態(tài)1

以電壓暫降幅值為10%Ue為例，該情形下的電子電路輸出電壓波形如圖13所示。圖中波形由上至下分別對(duì)應(yīng)的是10%Ue-10 ms、10%Ue-30 ms、10%Ue-70 ms、10%Ue-90 ms電壓暫降。

圖13 電壓暫降幅值為10%Ue時(shí)電子電路輸出電壓波形Fig.13 Output voltage waveforms of electronic circuit for 10%Uevoltage-sag

電壓暫降幅值為10%Ue，持續(xù)時(shí)間從10 ms到30 ms變化時(shí)，電子電路輸出電壓波形為不動(dòng)作波形，由下降階段和上升階段組成。隨著持續(xù)時(shí)間增大，下降階段的坡度和深度增加，但波形最低點(diǎn)電壓始終大于10 V，電磁結(jié)構(gòu)維持吸合狀態(tài)，低壓脫扣器不動(dòng)作。

電壓暫降幅值為10%Ue，持續(xù)時(shí)間從70 ms增加時(shí)，電子電路輸出電壓波形為動(dòng)作波形，由下降階段、低壓階段和高壓階段組成。隨著電壓暫降持續(xù)時(shí)間增大，電子電路輸出電壓波形的下降階段的下跌坡度和深度都未發(fā)生明顯變化。在低壓階段，電子電路輸出電壓持續(xù)小于10 V，電磁結(jié)構(gòu)進(jìn)入釋放-分離-吸合過(guò)程，低壓脫扣器動(dòng)作。

5.2.2 模態(tài)2

以電壓暫降幅值為70%Ue為例，該情形下的電子電路輸出電壓波形如圖14所示。圖中波形從上至下分別對(duì)應(yīng) 70%Ue-10 ms、70%Ue-30 ms、70%Ue-50 ms、70%Ue-70 ms、70%Ue-90 ms電壓暫降。

圖14 電壓暫降幅值為70%Ue時(shí)電子電路輸出電壓波形Fig.14 Output voltage waveforms of electronic circuit for 70%Uevoltage-sag

由圖14可見(jiàn)，電壓暫降幅值為70%Ue時(shí)，電子電路輸出電壓波形都為不動(dòng)作波形，由下降階段和上升階段組成。隨著持續(xù)時(shí)間的增加，下降階段時(shí)間增加，但電壓下降幅度逐漸變緩，波形最低點(diǎn)電壓始終在10 V以上，電磁結(jié)構(gòu)維持吸合，低壓脫扣器不動(dòng)作。

5.2.3 模態(tài)3

以電壓暫降幅值為45%Ue、持續(xù)時(shí)間為70 ms為例，該情形下的電子電路波形見(jiàn)圖15。由圖15可知，該條件下T型低壓脫扣器處于模糊區(qū)域。重復(fù)相同的電壓暫降信號(hào)多次，得到了2種電子電路輸出電壓波形，如圖15所示。波形1和波形2中的點(diǎn)Z對(duì)應(yīng)電壓暫降信號(hào)結(jié)束時(shí)刻。

由圖可見(jiàn)，同樣是在45%Ue-70 ms電壓暫降下，電子電路隨機(jī)輸出波形1（不動(dòng)作波形）和波形2（動(dòng)作波形）。2種波形在點(diǎn)Z之前的部分完全一樣，波形1在點(diǎn)Z之后逐漸恢復(fù)至正常電壓，電壓值始終在10 V以上，電磁結(jié)構(gòu)維持吸合狀態(tài)，外部表現(xiàn)為低壓脫扣器不動(dòng)作；而波形2在點(diǎn)Z之后跌落至0附近，進(jìn)入低壓階段，電壓值低于10 V，電磁結(jié)構(gòu)進(jìn)入釋放-分離-吸合過(guò)程，低壓脫扣器動(dòng)作。

由此可知，低壓脫扣器在模糊區(qū)域內(nèi)動(dòng)作與否，取決于電子電路的輸出電壓波形是動(dòng)作波形還是不動(dòng)作波形。

圖15 45%Ue-70 ms電壓暫降下電子電路的2種輸出電壓波形Fig.15 Two kinds of output voltage waveform of electronic circuit for 45%Ue-70ms voltage-sag

5.2.4 模態(tài)4

以電壓暫降持續(xù)時(shí)間為30 ms為例，該情形下的電子電路輸出電壓波形見(jiàn)圖16。圖中，波形由上至下分別對(duì)應(yīng) 90%Ue-30 ms、70%Ue-30 ms、50%Ue-30 ms、30%Ue-30 ms、10%Ue-30 ms電壓暫降。

圖16 電壓暫降持續(xù)時(shí)間為30 ms時(shí)電子電路輸出電壓波形Fig.16 Output voltage waveforms of electronic circuit for 30 ms voltage-sag

由圖16可見(jiàn)，電壓暫降持續(xù)時(shí)間為30 ms時(shí)，電子電路輸出電壓波形都是由下降階段和上升階段組成。隨著電壓暫降幅值的減小，電子電路輸出電壓下跌坡度和深度都變大，但波形最低點(diǎn)電壓始終大于10 V，電磁結(jié)構(gòu)維持吸合狀態(tài)，低壓脫扣器不動(dòng)作。

5.2.5 模態(tài)5

以電壓暫降持續(xù)時(shí)間為300 ms時(shí)電子電路輸出電壓波形為例。電壓暫降持續(xù)時(shí)間為300 ms，當(dāng)幅值從90%Ue變化至40%Ue時(shí)，低壓脫扣器處于不動(dòng)作區(qū)域，電子電路輸出電壓波形為不動(dòng)作波形，變化規(guī)律同5.2.4節(jié)；當(dāng)幅值從50%Ue變化至10%Ue時(shí)，電子電路輸出電壓波形為動(dòng)作波形（見(jiàn)圖17，圖中波形由上至下分別對(duì)應(yīng)50%Ue-300 ms、40%Ue-300 ms、30%Ue-300 ms、20%Ue-300 ms、10%Ue-300 ms電壓暫降），其由下降階段、低壓階段和高壓階段組成。隨著電壓暫降幅值減小，電子電路輸出電壓波形的下降階段的下跌坡度和深度都變大。在低壓階段，電子電路輸出電壓持續(xù)小于10 V，電磁結(jié)構(gòu)進(jìn)入釋放-分離-吸合過(guò)程，低壓脫扣器動(dòng)作。

圖17 電壓暫降持續(xù)時(shí)間為300 ms時(shí)電子電路輸出電壓波形Fig.17 Output voltage waveforms of electronic circuit for 300 ms voltage-sag

5.2.6 模態(tài)6

模態(tài)6下，電子電路的輸出電壓波形可參考圖6。此模態(tài)下，電子電路輸出電壓平穩(wěn)波動(dòng)，始終大于10V，電磁結(jié)構(gòu)維持吸合狀態(tài)，低壓脫扣器不動(dòng)作。

5.3 對(duì)照國(guó)標(biāo)分析

a.圖10為低壓脫扣器理論上的電壓耐受曲線(xiàn)圖，圖12為T(mén)型低壓脫扣器的實(shí)測(cè)電壓耐受曲線(xiàn)圖。兩圖都反映了低壓脫扣器的動(dòng)作情況，除了與輸入電壓幅值有關(guān)，與持續(xù)時(shí)間也有密切的關(guān)系。電子電路作為低壓脫扣器的關(guān)鍵組成部分，其輸出電壓波形同樣由輸入電壓幅值和持續(xù)時(shí)間共同決定，表2的模態(tài)劃分和5.2節(jié)各種模態(tài)下電子電路的輸出電壓波形圖可以充分說(shuō)明這一點(diǎn)。GB14048.1—2012和GB/T 22710—2008標(biāo)準(zhǔn)僅給出了低壓脫扣器及其電子控制器的動(dòng)作電壓閾值，顯得較為粗略。因此，本文建議GB 14048.1—2012和GB/T 22710—2008中增加對(duì)于低壓脫扣器及其電子控制器的輸入電壓暫降持續(xù)時(shí)間閾值的規(guī)定，起到更好的規(guī)范作用。

b.由5.1和5.2節(jié)的分析可以看出，在由電壓幅值和持續(xù)時(shí)間形成的二維面中，低壓脫扣器的動(dòng)作特性可劃分為3個(gè)區(qū)域（不動(dòng)作區(qū)域、模糊區(qū)域和動(dòng)作區(qū)域），電子電路的工作狀態(tài)可以劃分為6個(gè)模態(tài)。根據(jù)GB/T 17626.11—2008給出的優(yōu)先采用的電壓暫降的試驗(yàn)等級(jí)和持續(xù)時(shí)間組合40%Ue－200 ms、70%Ue－500 ms、80%Ue－5000 ms，則完全無(wú)法反映低壓脫扣器及其電子電路的動(dòng)作特性的豐富信息。因此，本文建議GB/T 17626.11—2008標(biāo)準(zhǔn)增加推薦的電壓暫降的試驗(yàn)等級(jí)和持續(xù)時(shí)間組合，更好地指導(dǎo)有關(guān)設(shè)備的電壓暫降試驗(yàn)。

本文為此進(jìn)行了一系列的初步探索，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，針對(duì)某款設(shè)備的完整的電壓暫降敏感性分析，遠(yuǎn)不是本文的工作所能完成的，還需要投入大量的資源進(jìn)行長(zhǎng)期嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)、分析與凝練，這是國(guó)內(nèi)非常缺乏的。

6 結(jié)論

（1）試驗(yàn)表明，低壓脫扣器電子電路的輸出電壓波形呈現(xiàn)分階段特征，主要包括2種情況：

a.當(dāng)發(fā)生電壓暫降，低壓脫扣器不動(dòng)作時(shí)，電子電路輸出電壓波形為不動(dòng)作波形，包含下降階段和上升階段2個(gè)階段；

b.當(dāng)發(fā)生電壓暫降，低壓脫扣器動(dòng)作時(shí)，電子電路輸出電壓波形為動(dòng)作波形，包含下降階段、低壓階段和高壓階段3個(gè)階段。

（2）結(jié)合低壓脫扣器的電壓耐受曲線(xiàn)，電子電路的工作條件可有效分為6種模態(tài)，結(jié)合電磁結(jié)構(gòu)動(dòng)作特性，解釋了低壓脫扣器電壓暫降作用下的動(dòng)作機(jī)理。

a.模態(tài)2、4下，電子電路輸出電壓波形為不動(dòng)作波形，最低點(diǎn)電壓高于電磁結(jié)構(gòu)的臨界動(dòng)作電壓，電磁結(jié)構(gòu)維持吸合狀態(tài)，低壓脫扣器保持不動(dòng)作。

b.模態(tài)1下，電子電路的輸出電壓波形由電壓暫降持續(xù)時(shí)間決定，持續(xù)時(shí)間小于T1時(shí)，電子電路輸出電壓波形為不動(dòng)作波形，電磁結(jié)構(gòu)維持吸合狀態(tài)，低壓脫扣器保持不動(dòng)作；持續(xù)時(shí)間大于T2時(shí)，電子電路輸出電壓波形為動(dòng)作波形，經(jīng)歷下降階段、低壓階段和高壓階段，使電磁結(jié)構(gòu)進(jìn)入釋放-分離-吸合過(guò)程，低壓脫扣器會(huì)發(fā)生動(dòng)作。

c.模態(tài)5下，電子電路的輸出電壓波形由電壓暫降幅值決定，幅值大于U2時(shí)，電子電路輸出電壓波形為不動(dòng)作波形，電磁結(jié)構(gòu)維持吸合狀態(tài)，低壓脫扣器保持不動(dòng)作；幅值小于U1時(shí)，電子電路輸出電壓波形為動(dòng)作波形，電磁結(jié)構(gòu)進(jìn)入釋放-分離-吸合過(guò)程，低壓脫扣器發(fā)生動(dòng)作。隨著電壓暫降幅值減小，電子電路輸出電壓下跌的坡度和深度都變大。

d.模態(tài)3下，低壓脫扣器處于模糊區(qū)域，相同幅值和持續(xù)時(shí)間的電壓暫降下，電子電路隨機(jī)輸出2種不同電壓波形，導(dǎo)致了低壓脫扣器動(dòng)作情況模糊不確定。

（3）在對(duì)本文試驗(yàn)結(jié)果深入分析的基礎(chǔ)上，對(duì)GB 14048.1— 2012、GB/T 22710— 2008 和 GB/T 17626.11—2008標(biāo)準(zhǔn)提出了修訂建議，建議GB 14048.1—2012和GB/T 22710—2008標(biāo)準(zhǔn)中增加對(duì)于低壓脫扣器及其電子控制器的輸入電壓暫降持續(xù)時(shí)間閾值的規(guī)定，建議GB/T 17626.11—2008標(biāo)準(zhǔn)增加推薦的電壓暫降的試驗(yàn)等級(jí)和持續(xù)時(shí)間組合。

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