一种接地故障分断器特性综合试验设备的制作方法

本实用新型涉及接地故障特性试验技术领域，具体涉及一种接地故障分断器特性综合试验设备。

背景技术：

接地故障特性试验是北美GFCI检测和认证中的最重要的测试项目之一。其测试过程步骤繁杂，技术要求高，检测结果判定难度大，是接地故障检测领域的要点难点。在分析了国内外认证行业、制造企业的检测手段的优缺点之后，结合我公司实验室实际状况，在满足UL943标准要求的前提下，通过合理化设计，构建综合成本合理、人员操作便捷、运行可靠、便于维护的GFCI测试设备。

目前，UL公司开发的GFCI特性测试设备在设计上就是要通过全自动化的操作达到节省人力资源、提高测试公正性的目的。整套装置自动化程度很高，操作人员只需装卸样品，所有测试步骤执行和实验数据的采集记录，全部由计算机完成。但是，每套35万美元的价格，对于GFCI制造企业而言是难以承受的，而且，在实际运行中，这种全自动化设备暴露出一些比较棘手的问题，全自动化设备在应对测试中出现的复杂情况常常显得无能为力。例如，计算机数据采集系统无法区分外部电磁干扰信号和实验数据信号，导致数据出现严重偏差；机电元器件出现异常，设备无法维持运行而频繁停机。总体来看，全自动设备的可靠性不高，要实现自动化设备更高的可靠性，可能需要更大的技改投入。

很多厂商也试图搭建GFCI测试平台以达到产品质量控制的目的。但是，由于对标准理解不充分或者研制成本方面的控制，国内厂家还未能研制出完全符合UL943标准要求的特性测试设备。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有技术存在的上述问题，提供了一种接地故障分断器特性综合试验设备，该接地故障分断器特性综合试验设备通过电机驱动的方位调节和复位动作，结合人工操作和数据观测的半自动化操作模式，将能实现GFCI特性综合测试的准确性、可靠性及可见性。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种接地故障分断器特性综合试验设备，包括试样电源开关、试样电源极性转换开关、高阻接地故障试验开关、负载断路器和HRGF/GN选择开关；所述试样电源极性转换开关的输入端通过试样电源开关与额定电压为120V且电压可调的外部试样用电相连；所述试样电源极性转换开关的输出端包括第一输出极和第二输出极，所述高阻接地故障试验开关的输入端与第一输出极相连，高阻接地故障试验开关的输出端和所述第二输出极分别与用于实验的样品的输入端相连；所述高阻接地故障试验开关的输出端还连接有示波器接口电路；所述样品的输出端通过所述负载断路器与外部负载相连；所述第二输出极还连接GN电路，所述HRGF/GN选择开关的GN端与GN电路相连，其HRGF端与样品输出端的其中一个输出极相连。

进一步优选地，所述综合试验设备还包括交流电压表、毫安电流表、负载电流表、试样复位控制机构和设备电源开关；所述交流电压表、毫安电流表、负载电流表、试样复位控制机构分别通过设备电源开关与外部220V设备用电相连以提供电源；所述试样复位控制机构上连接有复位电机，所述试样复位控制机构内设有DC电源模块和电机行程控制模块，以提供直流电并控制复位电机运行；所述交流电的检测端与试样电源开关输出端相连。

进一步优选地，所述HRGF/GN选择开关的HRGF端与样品输出端相连的输出极上还串联有正常/GN选择开关，所述正常/GN选择开关的GN选择端与GN电路相连；所述样品输出端上与所述输出极相对的另一输出极上还串联有负载开关，以及负载电流表的检测电路；所述样品输出端的两极之间还连接有输出电压指示灯。

进一步优选地，所述GN电路包括GN开关、RG开关、RN开关、RG电阻和RN电阻，所述GN开关的输入端的一个极与试样电源极性转换开关的第一输出极相连，其另一个极与所述HRGF/GN选择开关的HRGF端相连；所述RG电阻和RN电阻相串联后并联于GN开关的输出端；所述RG开关并联于RG电阻上，所述RN开关并联于RN电阻上。

进一步优选地，所述HRGF/GN选择开关的输入端连接有漏电开关，所述漏电开关的输入端与调节/测试选择开关的测试端相连，所述调节/测试选择开关的调节端与毫安电流表的测试端相连，其输入端与试样电源极性转换开关的第一输出极相连。

进一步优选地，所述示波器接口电路包括100kΩ可调电阻、500Ω固定电阻和波器接口，所述100kΩ可调电阻和500Ω固定电阻相串联后，一端与试样电源极性转换开关的第一输出极相连，另一端与毫安电流表的测试端相连；所述波器接口连接与并联后的100kΩ可调电阻和500Ω固定电阻的两端。

本实用新型的接地故障分断器特性综合试验设备，通过包括试样电源开关、试样电源极性转换开关、高阻接地故障试验开关、负载断路器和HRGF/GN选择开关；所述试样电源极性转换开关的输入端通过试样电源开关与额定电压为120V且电压可调的外部试样用电相连；所述试样电源极性转换开关的输出端包括第一输出极和第二输出极，所述高阻接地故障试验开关的输入端与第一输出极相连，高阻接地故障试验开关的输出端和所述第二输出极分别与用于实验的样品的输入端相连；所述高阻接地故障试验开关的输出端还连接有示波器接口电路；所述样品的输出端通过所述负载断路器与外部负载相连；所述第二输出极还连接GN电路，所述HRGF/GN选择开关的GN端与GN电路相连，其HRGF端与样品输出端的其中一个输出极相连。本实用新型通过电机驱动的方位调节和复位动作，结合人工操作和数据观测的半自动化操作模式，将能实现GFCI特性综合测试的准确性、可靠性及可见性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型接地故障分断器特性综合试验设备提供的高阻接地故障测试电路图。

图2为本实用新型接地故障分断器特性综合试验设备提供的中性点接地测试电路。

图3为本实用新型接地故障分断器特性综合试验设备提供的一实施例的电路图。

图中：1、设备电源开，2、交流电压表，3、试样电源开，4、试样复位控制机构，5、高

阻接地故障试验开关，6、试样电源极性转换开关，7、示波器接口，8、100kΩ可调电

阻，9、500Ω固定电阻，10、漏电开关，11、复位电机，12、GN开关，13、RG开关，

14、RN开关，15、RG电阻，16、RN电阻，17、可调电阻，18、可调电容开关，19、FT开关，20、输出电压指示灯，21、调节/测试选择开关，22、HRGF/GN选择开关，

23、毫安电流表，24、负载电流表，25、负载开关，26、正常/GN选择开关，27、负载断路器。

本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

接地故障的主要测试项目为：在最不利工况的条件下进行高阻接地故障测试和零线重复接地测试。

其中最不利工况的判定流程如下：

第一步设定最不利电源电压工况：不加负载，正确零火线极性连接，正常安装角度，图一中闭合开关S1，调节电源电压至额定的85％，测试10次6毫安故障条件、10次500欧姆故障条件；再调节电源电压至额定的100％，测试10次6毫安故障条件、10次500欧姆故障条件；再调节电源电压至额定的110％，测试10次6毫安故障条件、10次500欧姆故障条件，记录每次动作时间。平均动作时间最长的电源电压即是最不利电源电压工况。

第二步设定最不利负载工况：采用第一步测得的最不利电源电压工况，正确零火线极性连接，正常安装角度，图一中闭合开关S1，负载调节为额定最大，测试10次6毫安故障条件、10次500欧姆故障条件；再断开负载，测试10次6毫安故障条件、10次500欧姆故障条件。记录每次动作时间。平均动作时间最长的负载条件即为最不利负载工况。

第三步设定最不利电源极性：采用第一步测得的最不利电源电压工况和第二步测得的最不利负载工况，正常安装角度，零火线正确连接，测试10次6毫安故障条件、10次500欧姆故障条件；再将零火线反接，测试10次6毫安故障条件、10次500欧姆故障条件。记录每次动作时间。平均动作时间最长的电源极性即为最不利电源极性。

第四部设定最不利安装角度：采用第一步测得的最不利电源电压工况、第二步测得的最不利负载工况和第三步测得的最不利电源极性，分别在6个面的安装角度下，测试10次6毫安故障条件、10次500欧姆故障条件。记录每次动作时间。平均动作时间最长的安装角度即为最不利安装角度。

如图1所示，高阻接地故障测试电路的测试流程如下表：

表一：高阻接地测试标准流程

如图2所示，零线重复接地测试电路的其流程如下：

根据标准要求选取RN和RG的数值组合；

断开开关S3和S4，闭合开关S1和S2；

利用电流表A，通过调节RB将电流设定在6mA；

在S2和S4断开，S3闭合的情况下，闭合S1，如果装置脱扣，则脱扣时间无需记录；如果装置没有脱扣，再闭合S2并记录脱扣时间，重复10次；

在S2和S3闭合的情况下重复步骤4，闭合S1并记录脱扣时间；

在S2和S4断开，S1闭合的情况下，闭合S3；如果装置脱扣，则脱扣时间无需记录；如果装置没有脱扣，闭合S2并记录脱扣时间。重复10次；

根据标准要求的其他RN和RG的数值组合下重复步骤1到6；

在S4闭合(接通负载电流)以及RL＝额定电流负载的情况下，重复步骤1到7。

根据上述标准要求，本装置的将高阻接地故障试验电路和重复零线接地试验电路整合，一次性实现接地故障的全部试验要求，本实用新型的接地故障分断器特性综合试验设备的实现方式如下：

图3为本实用新型接地故障分断器特性综合试验设备提供的一实施例的电路图，如图3所示，一种接地故障分断器特性综合试验设备，包括试样电源开(3)关、试样电源极性转换开关(6)、高阻接地故障试验开关(5)、负载断路器(27)和HRGF/GN选择开关(22)；所述试样电源极性转换开关(6)的输入端通过试样电源开(3)关与额定电压为120V且电压可调的外部试样用电相连；所述试样电源极性转换开关(6)的输出端包括第一输出极和第二输出极，所述高阻接地故障试验开关(5)的输入端与第一输出极相连，高阻接地故障试验开关(5)的输出端和所述第二输出极分别与用于实验的样品的输入端相连；所述高阻接地故障试验开关(5)的输出端还连接有示波器接口(7)电路；所述样品的输出端通过所述负载断路器(27)与外部负载相连；所述第二输出极还连接GN电路，所述HRGF/GN选择开关(22)的GN端与GN电路相连，其HRGF端与样品输出端的其中一个输出极相连。

具体实施中，所述综合试验设备还包括交流电压表(2)、毫安电流表(23)、负载电流表(24)、试样复位控制机构(4)和设备电源开(1)关；所述交流电压表(2)、毫安电流表(23)、负载电流表(24)、试样复位控制机构(4)分别通过设备电源开(1)关与外部220V设备用电相连以提供电源；所述试样复位控制机构(4)上连接有复位电机(11)，所述试样复位控制机构(4)内设有DC电源模块和电机行程控制模块，以提供直流电并控制复位电机(11)运行；所述交流电的检测端与试样电源开(3)关输出端相连。

具体实施中，所述HRGF/GN选择开关(22)的HRGF端与样品输出端相连的输出极上还串联有正常/GN选择开关(26)，所述正常/GN选择开关(26)的GN选择端与GN电路相连；所述样品输出端上与所述输出极相对的另一输出极上还串联有负载开关(25)，以及负载电流表(24)的检测电路；所述样品输出端的两极之间还连接有输出电压指示灯(20)。

具体实施中，所述GN电路包括GN开关(12)、RG开关(13)、RN开关(14)、RG电阻(15)和RN电阻(16)，所述GN开关(12)的输入端的一个极与试样电源极性转换开关(6)的第一输出极相连，其另一个极与所述HRGF/GN选择开关(22)的HRGF端相连；所述RG电阻(15)和RN电阻(16)相串联后并联于GN开关(12)的输出端；所述RG开关(13)并联于RG电阻(15)上，所述RN开关(14)并联于RN电阻(16)上。

具体实施中，所述HRGF/GN选择开关(22)的输入端连接有漏电开关(10)，所述漏电开关(10)的输入端与调节/测试选择开关(21)的测试端相连，所述调节/测试选择开关(21)的调节端与毫安电流表(23)的测试端相连，其输入端与试样电源极性转换开关(6)的第一输出极相连。

具体实施中，所述示波器接口(7)电路包括100kΩ可调电阻(8)、500Ω固定电阻(9)和波器接口，所述100kΩ可调电阻(8)和500Ω固定电阻(9)相串联后，一端与试样电源极性转换开关(6)的第一输出极相连，另一端与毫安电流表(23)的测试端相连；所述波器接口连接与并联后的100kΩ可调电阻(8)和500Ω固定电阻(9)的两端。

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本实用新型的技术方案，下面简述本实施例的操作方法：

一、最不利工况设定流程：

固定样品到工装夹具，连接好样品的输入和输出，闭合设备电源开关(1)，闭合试样电源开关(3)，HRGF/GN选择开关(22)拨至HRGF位置，正常/GN选择开关(26)拨至正常档，示波器连接到示波器接口(7)，用以捕捉动作波形，记录脱扣反应时间。

第一步：调节/测试选择开关(21)拨至调节档，极性转换开关(6)拨至1档，闭合高阻接地故障试验开关(5)，断开负载开关(6)，调节外部试样用电的电压至额定电压的85％，调节100kΩ可调电阻(8)至毫安电流表(23)显示6mA；然后将选择开关(21)拨至测试档，按下漏电开关(10)，试样脱扣，观察示波器输出读取脱扣时间，重复10次；再将选择开关(21)拨至调节档，调节100kΩ可调电阻(8)至毫安电流表(23)显示到最大值后再将选择开关(21)拨回测试档，按下漏电开关(10)，试样脱扣，观察示波器输出读取脱扣时间，重复10次；调节外部电压至额定电压，重复上述操作；调节外部电压至额定值的110％，重复上述操作；计算获得的脱扣时间数据，得出最不利电源电压工况参数。

第二步：调节/测试选择开关(21)拨至调节档，极性转换开关(6)拨至1档，闭合高阻接地故障试验开关(5)，闭合负载开关(6)，调节外部试样用电电压至第一步中得到的最不利电源电压，调节100kΩ可调电阻(8)至毫安电流表(23)显示6mA；然后将选择开关(21)拨至测试档，按下漏电开关(10)，试样脱扣，观察示波器输出读取脱扣时间，重复10次；再将选择开关(21)拨至调节档，调节100kΩ可调电阻(8)至毫安电流表(23)显示到最大值后再将选择开关(21)拨回测试档，按下漏电开关(10)，试样脱扣，观察示波器输出读取脱扣时间，重复10次。第一步中的判定最不利电压工况的试验中已经获得了相应的断开负载开关(6)的数据了。计算两组数据，得出最不利负载工况。

第三步：调节/测试选择开关(21)拨至调节档，极性转换开关(6)拨至2档，闭合高阻接地故障试验开关(5)，调节外部试样用电电压至第一步中得到的最不利电源电压，负载开关(6)至第二部得到的最不利负载条件位置，调节100kΩ可调电阻(8)至毫安电流表(23)显示6mA；然后将选择开关(21)拨至测试档，按下漏电开关(10)，试样脱扣，观察示波器输出读取脱扣时间，重复10次；再将选择开关(21)拨至调节档，调节100kΩ可调电阻(8)至毫安电流表(23)显示到最大值后再将选择开关(21)拨回测试档，按下漏电开关(10)，试样脱扣，观察示波器输出读取脱扣时间，重复10次；第二步中的判定最不利负载工况的试验数据中已经获得了相应的极性开关(6)在1档时的数据了；计算两组数据，得出最不利电源极性工况。

第四步：调节/测试选择开关(21)拨至调节档，闭合高阻接地故障试验开关(5)，调节外部试样用电电压至第一步中得到的最不利电源电压，负载开关(6)至第二部得到的最不利负载工况位置，极性转换开关拨至第三步最不利电源极性位置，调节100kΩ可调电阻(8)至毫安电流表(23)显示6mA；然后将选择开关(21)拨至测试档，操作复位控制单元(4)，选择安装角度，按下漏电开关(10)，试样脱扣，观察示波器输出读取脱扣时间，重复10次；再将选择开关(21)拨至调节档，调节100kΩ可调电阻(8)至毫安电流表(23)显示到最大值后再将选择开关(21)拨回测试档，按下漏电开关(10)，试样脱扣，观察示波器输出读取脱扣时间，重复10次；根据标准要求控制复位控制单元(4)分别设定6个不同安装角度，重复操作上述第四步，得出6组数据；计算这6组数据，得出最不利安装角度。

二、高阻接地故障测试实现流程：

固定样品到工装夹具，连接好样品的输入和输出，闭合设备电源开关(1)，闭合试样电源开关(3)，按照最不利工况设定试验电压、负载工况、电源极性和安装角度，HRGF/GN选择开关22拨至HRGF位置，正常/GN选择开关(26)拨至正常档，示波器连接到示波器接口(7)，用以捕捉动作波形，记录脱扣反应时间。

拨动调节/测试选择开关(21)至调节档，调节100kΩ可调电阻(8)，观察毫安电流表(23)直至显示6mA，然后拨动调节/测试选择开关(21)至测试档完成触发电流6mA设定，根据下表进行测试：

表二、高阻接地测试实际操作流程

拨动调节/测试选择开关(21)至调节档，调节100kΩ可调电阻(8)，观察毫安电流表(23)直至显示标准规定的最大电流值，然后拨动调节/测试选择开关(21)至测试档完成最大触发电流设定。重复表二操作。所有测定值必须满足标准规定的公式要求。

三、零线重复接地测试实现流程：

固定样品到工装夹具，连接好样品的输入和输出，闭合设备电源开关(1)，HRGF/GN选择开关22拨至GN位置，正常/GN选择开关(26)拨至GN档，断开RG开关(13)和RN开关(14)，示波器连接到示波器接口(7)，用以捕捉动作波形，记录脱扣反应时间。

根据标准要求选取RN和RG的数值组合，调节相应的RN(16)和RC(15)值；

断开GNS3开关(12),断开产品本体开关，闭合开关S1(5)和S2(25)；

利用电流表(23)，通过调节可调电阻(8)，将电流设定在6mA；

在产品本体开关断开，开关S2(25)断开，GNS3开关(12)闭合的情况下，闭合开关S1(5)，如果装置脱扣，则脱扣时间无需记录；如果装置没有脱扣，再闭合开关S2(25)，并记录脱扣时间，重复10次；

在开关S2(25)和S3(12)闭合的情况下重复步骤d，闭合S1(5)并记录脱扣时间；

在S2(25)和产品本体开关断开，S1(5)闭合的情况下，闭合S3(12)；如果装置脱扣，则脱扣时间无需记录；如果装置没有脱扣，闭合S2(25)并记录脱扣时间。重复10次；

根据标准要求的其他RN和RG的数值组合下重复步骤a到f；

在产品本体开关闭合(接通负载电流)以及RL＝额定电流负载的情况下，重复步骤a到g。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本实用新型的原理和实质，本实用新型的保护范围仅由所附权利要求书限定。