一種故障電弧模擬發生裝置及方法
2023-04-26 21:14:56
一種故障電弧模擬發生裝置及方法
【專利摘要】本發明提供了一種故障電弧模擬發生裝置，包括電源、固定底座、滑塊、移動電極、固定塊、固定電極、以及驅動滑塊在固定底座上橫向移動的驅動機構，電源的正極及負極分別與固定電極及移動電極相連接;所述固定塊及驅動機構分別固定於固定底座的左右兩側，滑塊的下端設有凸起，固定底座上表面橫向開設有與滑塊下端凸起相配合的卡槽，驅動機構的輸出軸與滑塊的側面相連接，移動電極固定在滑塊上，固定電極固定在固定塊上，本發明還提供了一種故障電弧模擬發生方法。本發明可以自動完成對兩電極之間距離的調整，操作安全、有效。
【專利說明】一種故障電弧模擬發生裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於氣體放電領域，具體涉及一種故障電弧模擬發生裝置及方法。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術的不斷發展，電氣化程度越來越高，電路保護也越來越重要。電弧能量大，溫度高，持續時間短，電流很小，一旦出現擊穿點則會頻繁出現。電弧放電時，會產生大量的熱，能引燃周圍的易燃易爆品，造成火災甚至爆炸，對電力系統的危害極大。隨著電弧故障引起的事故越來越凸顯，對電弧故障進行檢測的要求越來越迫切，比如，《中國火災統計年鑑》顯示，因電氣原因引發的火災在各類火災中高居榜首，約有30%的火災是由住宅電氣線路老化或配置不合理造成的，並正以平均每年1%的速度持續上升，6.6%的人在使用插座板時曾有被電擊的經歷；美國聯邦航空管理局(FAA)指出電氣故障是無數商業飛機事故的主要問題；軍方也認為電氣故障是造成安全問題和飛機不能準時起飛的重要原因。在引起這些事故的電氣原因中，電弧故障是主要的原因之一，由於傳統電路斷路器是根據電流的過載情況(I2t)設計的，而許多嚴重的電氣事故卻是由低電流的故障電弧引起的，因此不能滿足電弧故障檢測這個要求。
[0003]為了在實驗室條件下研究故障電弧特性及檢測的方法，需要搭建電弧故障試驗平臺，設計一種電弧模擬發生裝置來模擬故障電弧的產生、電弧在小間隙中的發展直至大間隙下的熄弧的完整過程，並能夠近距離觀察電弧發生過程，同時能夠保證電弧特性參數(燃弧電流、電弧電壓、燃弧時間)的準確定量分析及故障電弧檢測等方面的試驗研究。
[0004]目前己有類似的模擬故障電弧發生裝置，這種電弧發生裝置可以通過手動調節電極之間的距離來模擬電弧產生，但是在調節電極的過程中只能通過手動調節，不僅不安全，而且也無法精細的調節電極距離並且實現，同時也沒有辦法控制電極移動的速度，無法進行多種可變試驗條件下電弧的特性研究。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，提供了一種故障電弧模擬發生裝置及方法，該裝置和方法可以自動完成對兩電極的操作，安全、有效。
[0006]為達到上述目的，本發明所述的故障電弧模擬發生裝置包括電源、固定底座、滑塊、移動電極、固定塊、固定電極、以及驅動滑塊在固定底座上橫向移動的驅動機構，電源的正極及負極分別與固定電極及移動電極相連接；
[0007]所述固定塊及驅動機構分別固定於固定底座的左右兩側，滑塊的下端設有凸起，固定底座上表面橫向開設有與滑塊下端凸起相配合的卡槽，驅動機構的輸出軸與滑塊相連接，移動電極固定在滑塊上，固定電極固定在固定塊上。
[0008]所述驅動機構設有步進電機及絲槓，步進電機連接有用於控制步進電機輸出軸轉速的控制器，步進電機的輸出軸與絲槓的一端相連接，絲槓的另一端與滑塊相連接，滑塊上開設有與絲槓相配合的螺紋孔。[0009]所述滑塊及固定塊上分別固定有第一絕緣夾鉗及第二絕緣夾鉗，固定電極固定在第二絕緣夾鉗上，移動電極固定在第一絕緣夾鉗上。
[0010]所述第一絕緣夾鉗上固定有第一鐵板，第一絕緣夾鉗上開設有第一 V型槽，移動電極放置於所述第一 V型槽內，第一鐵板上開設有用於穿過螺釘固定第一 V型槽內移動電極的孔。
[0011]所述第二絕緣夾鉗上固定有第二鐵板，第二絕緣夾鉗開設有第二 V型槽，固定電極放置於第二 V型槽內，第二鐵板上開設有用於穿過螺釘固定第二 V型槽內固定電極的孔。
[0012]所述滑塊通過聚乙烯材料製作而成。
[0013]相應的，本發明還提供了一種故障電弧模擬發生方法，包括以下步驟:
[0014]I)將移動電極及固定電極與電源相連接；
[0015]2)用戶在控制器中預設移動電極移動的位移參數、速度參數及方向參數，控制器根據用戶預設的位移參數、速度參數及方向參數控制步進電機輸出軸的轉動速度及轉動方向，步進電機輸出軸通過絲槓帶動滑塊移動，使固定電極與移動電極之間產生相應的故障電弧。
[0016]本發明具有以下有益效果:
[0017]本發明所述的故障電弧模擬發生裝置設有固定電極及移動電極，移動電極固定在滑塊上，滑塊的側面與驅動機構相連接，在調整移動電極與固定電極之間間距的過程中，通過驅動機構驅動滑塊在固定底座上進行橫向滑動，從而調整移動電極與固定電極之間的距離，避免手動調節的弊端。
[0018]本發明所述的故障電弧模擬發生方法在調節固定電極與移動電極之間的間距時，用戶通過向控制器中輸入所需模擬的故障電弧的參數，控制器即可根據用戶輸入的故障電極的參數控制步進電機輸出軸的轉動速度及轉動方向，再通過步進電機輸出軸調節移動電極的移動速度及方向，從而提高調整移動電極與固定電極間距時的準確性。同時通過步進電機驅動電極移動，可以保證相同實驗條件下電弧參數的準確性以及電弧參數的多樣性，實現多種故障電弧的模擬。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的結構示意圖；
[0020]圖2為本發明中固定底座5的結構示意圖；
[0021]圖3為本發明中固定底座5與滑塊6及固定塊4之間的連接關係圖；
[0022]其中，I為步進電機、2為移動電極、3為固定電極、4為固定塊、5為固定底座、6為滑塊、7為絲槓、8為第一絕緣夾鉗、9為第二絕緣夾鉗、10為第一鐵板、11為第二鐵板。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述:
[0024]參考圖1、圖2及圖3，本發明所述的故障電弧模擬發生裝置包括電源、固定底座5、滑塊6、移動電極2、固定塊4、固定電極3、以及驅動滑塊6在固定底座5上橫向移動的驅動機構，電源的正極及負極分別與固定電極3及移動電極2相連接，所述滑塊6通過聚乙烯材料製作而成。[0025]所述固定塊4及驅動機構分別固定於固定底座5的左右兩側，滑塊6的下端設有凸起，固定底座5上表面橫向開設有與滑塊6下端凸起相配合的卡槽，驅動機構的輸出軸與滑塊6的側面相連接，移動電極2固定在滑塊6上，固定電極3固定在固定塊4上。優選的，所述驅動機構設有步進電機I及絲槓7，步進電機I連接有用於控制步進電機I輸出軸轉速的控制器，步進電機I的輸出軸與絲槓7的一端相連接，絲槓7的另一端與滑塊6相連接，滑塊6上開設有與絲槓7相配合的螺紋孔。
[0026]所述滑塊6及固定塊4上分別固定有第一絕緣夾鉗8及第二絕緣夾鉗9，固定電極3固定在第二絕緣夾鉗9上，移動電極2固定在第一絕緣夾鉗8上，所述第一絕緣夾鉗8上固定有第一鐵板10，第一絕緣夾鉗8上開設有第一 V型槽，移動電極2放置於第一 V型槽內，第一鐵板10上開設有用於穿過螺釘固定第一 V型槽內移動電極2的孔，所述第二絕緣夾鉗9上固定有第二鐵板11，第二絕緣夾鉗9上開設有第二 V型槽，固定電極3放置於第二V型槽內，第二鐵板11上開設有用於穿過螺釘固定第二 V型槽內固定電極3的孔。本發明中採用直徑為6mm、7mm、8mm、IOmm的銅棒作為移動電極2及固定電極3。
[0027]本發明所述的故障電弧模擬發生方法包括以下步驟:
[0028]I)將移動電極2及固定電極3與電源相連接；
[0029]2)用戶在控制器中預設移動電極2移動的位移參數、速度參數及方向參數，控制器根據用戶預設的位移參數、速度參數及方向參數控制步進電機I輸出軸的轉動速度及轉動方向，步進電機I輸出軸通過絲槓7帶動滑塊6移動，使固定電極3與移動電極2之間產生相應的故障電弧。
[0030]需要說明的是，電弧產生裝置的移動電極2是由步進電機I來拖動的，步進電機I是將電脈衝信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機I件。控制器接收到一個脈衝信號後，驅動步進電機I按設定的方向轉動一個固定的角度，從而帶動絲槓7轉動，絲槓7與滑塊6內螺紋孔相配合，從而實現滑塊6的移動。在實際試驗過程中，可以通過步進電機I的編程界面，改變移動電極2移動的距離以及移動電極2分離的速度以對電弧的相關特性進行試驗研究，故障電弧產生裝置以及步進電機I共同組成了故障電弧發生器，用截面積為16mm的電纜將固定電極3和移動電極2分別和負載電阻一起串聯入電路中，當給電路施以一定值的電壓以後，給步進電機I編寫程序，使其以給定的速度將兩電極分離至給定的距離，從而產生指定參數的電弧(電弧是電極分離瞬間產生的)。
【權利要求】
1.一種故障電弧模擬發生裝置，其特徵在於，包括電源、固定底座(5)、滑塊(6)、移動電極(2)、固定塊(4)、固定電極(3)、以及驅動滑塊(6)在固定底座(5)上橫向移動的驅動機構，電源的正極及負極分別與固定電極⑶及移動電極⑵相連接； 所述固定塊(4)及驅動機構分別固定於固定底座(5)的左右兩側，滑塊(6)的下端設有凸起，固定底座(5)上表面橫向開設有與滑塊(6)下端凸起相配合的卡槽，驅動機構的輸出軸與滑塊(6)相連接，移動電極(2)固定在滑塊(6)上，固定電極(3)固定在固定塊(4)上。
2.根據權利要求1所述的故障電弧模擬發生裝置，其特徵在於，所述驅動機構設有步進電機⑴及絲槓(7)，步進電機⑴連接有用於控制步進電機⑴輸出軸轉速的控制器，步進電機(I)的輸出軸與絲槓(7)的一端相連接，絲槓(7)的另一端與滑塊(6)相連接，滑塊(6)上開設有與絲槓(7)相配合的螺紋孔。
3.根據權利要求1所述的故障電弧模擬發生裝置，其特徵在於，所述滑塊(6)及固定塊(4)上分別固定有第一絕緣夾鉗(8)及第二絕緣夾鉗(9)，固定電極(3)固定在第二絕緣夾鉗(9)上，移動電極(2)固定在第一絕緣夾鉗⑶上。
4.根據權利要求3所述的故障電弧模擬發生裝置，其特徵在於，所述第一絕緣夾鉗(8)上固定有第一鐵板(10)，第一絕緣夾鉗(8)上開設有第一 V型槽，移動電極(2)放置於所述第一 V型槽內，第一鐵板(10)上開設有用於穿過螺釘固定第一 V型槽內移動電極(2)的孔。
5.根據權利要求4所述的故障電弧模擬發生裝置，其特徵在於，所述第二絕緣夾鉗(9)上固定有第二鐵板(H)，第二絕緣夾鉗(9)開設有第二 V型槽，固定電極(3)放置於第二 V型槽內，第二鐵板(11)上開設有用於穿過螺釘固定第二 V型槽內固定電極(3)的孔。`
6.根據權利要求1所述的故障電弧模擬發生裝置，其特徵在於，所述滑塊(6)通過聚乙烯材料製作而成。
7.一種故障電弧模擬發生方法，基於權利要求2所述的裝置，其特徵在於，包括以下步驟: 1)將移動電極⑵及固定電極(3)與電源相連接； 2)用戶在控制器中預設移動電極(2)移動的位移參數、速度參數及方向參數，控制器根據用戶預設的位移參數、速度參數及方向參數控制步進電機(I)輸出軸的轉動速度及轉動方向，步進電機⑴輸出軸通過絲槓(7)帶動滑塊(6)移動，使固定電極(3)與移動電極(2)之間產生相應的故障電弧。
【文檔編號】G01R31/02GK103513149SQ201310419310
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】汲勝昌, 劉源 申請人:西安交通大學