引言

隨著我國配電行業(yè)的不斷發(fā)展，低壓電器產(chǎn)品尤其是低壓斷路器也在不斷發(fā)展。國際著名電器廠商相繼推出了新一代產(chǎn)品，萬能式斷路器正在向高性能體積比、高穩(wěn)定性、高智能方向發(fā)展。江蘇輝能電氣有限公司推出的HNW3-1600萬能式斷路器，正是順應了發(fā)展趨勢，滿足了市場對于產(chǎn)品的更高要求。

1結構特點

1.1體積小

1.2溫升低

1.3穩(wěn)定性高

HNW3-1600萬能式斷路器結構新穎，運行穩(wěn)定。

1.4智能化

HNW3-1600萬能式斷路器可配套多種智能控制器，具有過載長延時、短路短延時、短路瞬時等基本保護功能，同時，具有電流不平衡保護、相序保護等高保護功能。斷路器能夠對電網(wǎng)質(zhì)量、設備信息等進行有效檢測和記憶，并可配用不同的現(xiàn)場總線，如Modbus、DeviceNet，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸、檢測、控制，可充分滿足成套裝備的配電自動化要求。

2課題和措施

2.1降低連接處接觸電阻

斷路器采用螺釘連接，屬于靜態(tài)連接;接觸部分采用銀合金電阻釬焊，并通過壓縮彈簧壓緊連接，屬于動態(tài)連接;采用板狀彈簧，以一定壓力連接，方便斷路器本體插接時能自由斷開和連接，屬于動態(tài)連接。

2.1.1降低靜態(tài)連接處的接觸電阻

與HNW2系列萬能式斷路器相比，HNW3-1600萬能式斷路器具有靜態(tài)連接多、接觸電阻影響大的特點。為了降低序1與序2、序4與序5靜態(tài)連接的接觸電阻，隨機抽樣進行了溫升試驗，并對斷路器溫升分布進行了檢測和記錄，發(fā)現(xiàn)在靜態(tài)連接處溫升高于其余部分。經(jīng)過分析，溫升高的原因可能是導體接觸面平整度低。

采用壓感紙對連接端面進行了檢測，同時，采用壓力機對連接端面進行直接加壓后得到的接觸面積小于理論面積，采用鋼尺在連接端面刮拭得到的摩擦面也局限在邊緣或螺紋孔處。經(jīng)過詳細調(diào)查發(fā)現(xiàn)，平整度差是導致接觸電阻大的主要原因，平整度差是由設計方案缺乏工藝性導致的。通過修改導體外形結構、優(yōu)化加工工藝，HNW3-1600萬能式斷路器靜態(tài)接觸面積顯著增大。

2.1.2降低動態(tài)連接處的接觸電阻

斷路器橋形觸頭如圖2所示，接觸片厚度2mm，盡管裝有32片接觸片，但接觸片與導體的接觸面還是偏小，導致接觸電阻較大，當輸入滿負荷電流時，橋形觸頭的溫升偏高。橋形觸頭水平放置在膠木底架內(nèi)，散熱性差，導體與橋形觸頭的接觸時間愈長，溫升就愈高。另一方面，橋形觸頭的支架是鑄鋁，熔點低，強度差，當橋形觸頭長時間滿負荷工作時，在高溫和應力的作用下，鋁框架容易發(fā)生蠕變，接觸片與導體的接觸面積、接觸壓力變小，使接觸電阻增大，溫升提高，惡性循環(huán)導由圖1可知，HNW3-1600萬能式斷路器的橋形觸頭與導體的理論接觸面積增加了100%，減小了接觸電阻;新橋形觸頭支架采用優(yōu)質(zhì)材質(zhì)，由發(fā)熱產(chǎn)生的蠕變變小;同時，新橋形觸頭空間分布有利于充分增大散熱效率。

通過降低動態(tài)、靜態(tài)連接處的接觸電阻，增大橋形觸頭接觸面積，改變橋形觸頭材質(zhì)和空間分布，在既定的小空間內(nèi)，HNW3-1600萬能式斷路器滿足了GB14048.2對溫升的考核要求。

2.1.3降低分斷試驗后溫升

根據(jù)GB14048.2標準，(額定極限運行分斷容量)分斷(O－CO－CO過程)后，接線端子的溫升必須在規(guī)定值以下。由于分斷時觸頭的損傷非常大，而小型化后這種狀態(tài)將變得更加惡劣，所以，減輕斷路器分斷時的觸頭損傷成為控制溫升的重要研究課題。

通過理論分析認為，觸點可以分為兩大部分:①弧觸點，承載帶電分合閘的電弧能量;②主觸點(銀合金)，長期承載工作電流。

電弧在產(chǎn)生后，迅速地從主觸點運動至弧觸點，電弧能量由弧觸點承擔;同時，在主、弧觸點周圍安裝的產(chǎn)氣材料在高溫下產(chǎn)生高壓氣體，有利金屬相向氣相電弧的轉變;高壓氣體在滅弧室內(nèi)外部形成壓力差，驅動電弧向滅弧室運動，有利提高電弧電壓，減小電弧對觸點的燒灼。

HNW3-1600萬能式斷路器動、靜觸頭的前端進行了延伸，并裝配了弧觸點。分斷時，電弧能量在動觸頭前端積累，減少了主觸點上的損耗。這樣，在程序II試驗后的溫升被控制在規(guī)定值以下。

2.2提高穩(wěn)定性

2.2.1二次端子設計

斷路器所用二次端子對接模式主要有針孔、滑片對接方式。針孔對接方式主要分為2大部分:固定部分和可動部分?？蓜硬糠止潭ㄔ诒倔w上，隨本體一起運動;固定部分固定在抽屜座上。該結構具有端子回路數(shù)較多、結構緊湊等優(yōu)點。但筆者在應用時卻發(fā)現(xiàn)，該結構存在兼容性低的問題。

經(jīng)分析，該結構要安裝在與側板安裝狀況相關的支架上。斷路器側板具有不對稱性和無規(guī)律性，檢測、安裝人員必須根據(jù)實際情況相應調(diào)整二次端子的位置，確保斷路器二次回路可靠導通。

不同的斷路器的二次端子具有不一致的位置，用戶需要仔細核對斷路器編號，以確保本體與抽屜座的配合，保證二次端子可靠導通。

HNW3-1600萬能式斷路器所用二次端子采用滑片式插接設計，分為2大部分:①可動部分固定在本體上隨本體一起運動，導電部分為彈性導電片;②固定部分固定在抽屜座上，允許左右一定距離的自由運動空間，2大部分具有相互導向功能。HNW3-1600萬能式斷路器運動過程中，固定部分根據(jù)可動部分自動判斷位置，實現(xiàn)對接。

HNW3-1600萬能式斷路器所用二次端子采用螺釘對外連接，連接處配有絕緣罩保護結構。該設計符合人性化設計，具有防塵和提高絕緣性能的效果。

經(jīng)過改進后，HNW3-1600萬能式斷路器提高了抽屜座與本體的兼容性，滿足了生產(chǎn)需求。

2.2.2抽屜座設計

通過整理客服信息發(fā)現(xiàn)，用戶對抽屜式斷路器的投訴主要包含以下部分:①斷路器本體無法抽出;②斷路器無法遠程合閘、分閘;③斷路器本體無法現(xiàn)場合閘。

分析處理結果發(fā)現(xiàn)，用戶在斷路器錯誤狀態(tài)下執(zhí)行了操作，導致斷路器不能正常工作甚至損壞。進一步分析又發(fā)現(xiàn)，抽屜座位置指示存在誤差范圍，抽屜座缺乏聲音和位置鎖定等輔助提示功能，是位置判斷困難的主要原因;其次，插接力大、插接困難導致用戶錯誤認為斷路器已經(jīng)處于預期位置或斷路器已經(jīng)損壞而不敢進一步操作斷路器;再者，本體在分離位置無限位功能，本體在傾斜狀態(tài)下滑出抽屜座，導致斷路器損壞。因此，保證正確的位置指示、合適的判斷標準、合適的插接力、增加分離位置限位功能對提高抽屜式斷路器的穩(wěn)定性具有重要意義。

通過設計三位置指示、鎖定功能、“分離”位置限位功能、優(yōu)化橋形觸頭和導體表面光潔度及配合角度降低了插接力，保證了位置的精確度，提高了斷路器的穩(wěn)定性。

2.2.3輔助觸頭設計

輔助觸頭是在斷路器中作控制、信號、聯(lián)鎖等用途的開關元件，具有輸出端子數(shù)量眾多。接線繁雜，安全距離狹小，負載多樣，交流、直流、電壓等級等需求不確定的特點。為此，新開發(fā)的輔助觸頭必須具有兼容和性能穩(wěn)定的特點。

HNW3-1600萬能式斷路器所用輔助觸頭具有交、直流兩用特性，標準配置回路具有4NO4NC相互獨立回路。各個回路具有獨特的觸頭滅弧系統(tǒng)，能夠長期穩(wěn)定承載DC250V1.5A容性或感性負載。各個回路接線端子采用條形連接器直接連接，配套絕緣護套，使用安全，插接可靠。

為滿足電氣連鎖等控制功能需求，HNW3-1600萬能式斷路器所用輔助觸頭允許配置14路獨立的常開、常閉觸點輸出。

3提高性能

根據(jù)GB14048.2—2008標準規(guī)定，HNW3-1600萬能式斷路器要能夠在0.5s或1s內(nèi)承受額定短時耐受電流。在分斷試驗(O－CO或O－CO－CO)后，還必須驗證5%的電壽命和溫升。為實現(xiàn)以上目標，公司運用Ansys軟件對斷路器分閘過程進行了優(yōu)化仿真，重新設計了操作機構部件、動靜觸頭以降低觸頭顫動，提高斷路器動熱穩(wěn)定性;采用了全新的軟連接焊接方法，以降低焊接處的回路電阻;改進了滅弧室，加強引弧性能，增大滅弧室內(nèi)、外壓力差，提高電弧運動速度。經(jīng)過改進，HNW3-1600萬能式斷路器在有限空間內(nèi)實現(xiàn)了最大的性能體積比，滿足了小型化、高性能的要求。性能體積比如表6所示。

4結語

HNW3-1600萬能式斷路器的成功開發(fā)，滿足了小型化、高性能、高穩(wěn)定性的預期要求，產(chǎn)品符合GB14048.1—2006、GB14048.2—2008等國家標準，各項技術性能指標達到了國際領先水平，其后續(xù)工作將著重進一步提高額定運行短路分斷能力、額定短時耐受電流;完善HNW3系列產(chǎn)品，開發(fā)HNW3-4000、6300萬能式斷路器;配合智能電網(wǎng)技術研發(fā)模塊型全智能化附件。