DW15-4000萬能式斷路器創(chuàng)新設(shè)計與應(yīng)用

王淑梅 陳恩光 葛鳳科

引 言

為了更好的了解目前市場上用量比較多的幾種萬能式斷路器產(chǎn)品，我們從科技含量上、技術(shù)性能上、結(jié)構(gòu)特性上，經(jīng)濟指標上進行分析比較。企業(yè)可以根據(jù)實際情況選擇不同類型的斷路器，見表1。

本文以DW15-4000、DW15HH-4000和CFW45-4000三個具有代表性的產(chǎn)品進行分析對比，從而反映出不同時期產(chǎn)品的特點。

由上表可見，CFW45在額定極限短路分斷能力上高于DW15萬能式斷路器，額定電流使用范圍大、飛弧距離遠小于DW15產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)安裝體積小。特別在技術(shù)性能上，由于CFW45采用智能脫扣器，過電流的保護范圍，準確性、選擇性、可靠性遠遠高于DW15系列萬能式斷路器。

目前萬能式斷路器正在向高性能、多功能的、可以實現(xiàn)四邀功能的方向發(fā)展，以提高與國外同類產(chǎn)品的競爭力度。

另外，適合我國國情的，對我國第二代斷路器產(chǎn)品進行了二次開發(fā)的產(chǎn)品也在廣泛應(yīng)用。

但是，我們國家幅員遼闊，地域經(jīng)濟發(fā)展差別較大。西部地區(qū)的經(jīng)濟逐漸向東部經(jīng)濟發(fā)達的沿海地區(qū)跟進發(fā)展，萬能式斷路器開發(fā)和使用水平也在不斷地過渡。

現(xiàn)階段對于地域經(jīng)濟不發(fā)達的邊遠地區(qū)，各工礦企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的配電系統(tǒng)選用技術(shù)經(jīng)濟指標適中、價格低廉的老產(chǎn)品還很多，例如DW15系列、DW16系列（統(tǒng)稱老產(chǎn)品）。由于經(jīng)濟條件的限制不可能馬上都普及高性能、多功能、價位高、智能型萬能式斷路器產(chǎn)品。要想將高短路分斷能力、保護智能化、結(jié)構(gòu)模塊化塑殼化、體積小、容量大、高可靠性萬能式斷路器產(chǎn)品完全替代老產(chǎn)品今后還需要努力和時間。所以在現(xiàn)實的情況下，節(jié)約銅材料、降低成本、提高工作效率，使老產(chǎn)品能在中小型企業(yè)發(fā)揮更大的作用。

DW15-4000萬能式斷路器

DW15系列萬能式斷路器是70年代末80年代初我國自主開發(fā)的產(chǎn)品，雖然已有多年生產(chǎn)歷史，但是該產(chǎn)品無論是生產(chǎn)量、銷售量還依然受到用戶的青睞，它的最大優(yōu)點就是操作簡單可靠、價格低廉。目前廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及其他行業(yè)。是廣大工礦企業(yè)配電系統(tǒng)斷路器首選產(chǎn)品之一。該產(chǎn)品的性能及技術(shù)指標、保護特性等還可以滿足我國現(xiàn)階段某些地區(qū)電力配電系統(tǒng)的要求。

可是這些老產(chǎn)品的另一個特點是觸頭系統(tǒng)支架原設(shè)計采用黃銅材料，由于國內(nèi)外銅材市場價格不斷地變化；企業(yè)人工費用也在上調(diào)，使該斷路器的成本增加，本來這些老產(chǎn)品銷售價位低，利潤空間就很小，成本上升使生產(chǎn)企業(yè)負擔很大。現(xiàn)實中企業(yè)也為生存和發(fā)展思慮，摸索改進創(chuàng)新的方案。現(xiàn)就DW15-4000萬能式斷路器導(dǎo)電系統(tǒng)銅支架改進創(chuàng)新的新型塑料基座闡述如下：

改進設(shè)計原則及優(yōu)越性

⑴ 新型塑料基座設(shè)計的基本原則是在不改變產(chǎn)品技術(shù)性能、技術(shù)指標的前提下，改變觸頭支架的材質(zhì)并與原底板同樣材質(zhì)，采用熱固性塑料壓制為一體新型塑料基座。改進后的安裝尺寸、各個配合尺寸等保持不變；

⑵ 新型塑料基座改進設(shè)計保證原設(shè)計銅支架與底板固定后的空間位置及裝配尺寸不變；

⑶ 新型塑料基座改進設(shè)計的零部件應(yīng)設(shè)計合理、工藝性好，讓外協(xié)加工單位容易加工，不需要增加太多的模具制造費用；

⑷ 提高絕緣性能、增強機械強度，達到產(chǎn)品標準要求。

⑸ 裝配工序減少，提高工作效率，并且調(diào)節(jié)、整定方便。

DW15-4000斷路器導(dǎo)電系統(tǒng)的改進

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 原設(shè)計導(dǎo)電系統(tǒng)銅支架

原設(shè)計DW15-4000萬能式斷路器導(dǎo)電系統(tǒng)支架材質(zhì)為黃銅H62，每臺斷路器需要9個，見圖1所示。黃銅支架在加工工藝方面材料利用率比較低，成本比較高。

1.2 原設(shè)計DW15-4000萬能式斷路器的導(dǎo)電系統(tǒng)，見圖3，該導(dǎo)電系統(tǒng)是由塑料底板（見圖2）接觸系統(tǒng)、過電流脫扣器等組成。塑料底板上裝有導(dǎo)電板及靜弧觸頭。接觸系統(tǒng)是通過軸與銅支架連接，接觸系統(tǒng)支架（此支架的軸孔鉚接銅套，銅套起軸承作用）與軸為間隙配合，以保證接觸系統(tǒng)轉(zhuǎn)動靈活。

由于銅支架的安裝是由螺栓與底板的通孔間隙的位置決定的，由于間隙量比較大，至使觸頭系統(tǒng)的靜、動觸頭接觸的同步性、接觸線有左右或者上下偏移可能、同時三相間觸頭的平行度都會受到很大的影響，甚至由于靜、動觸頭接觸的上下位置不同也影響三相觸頭在分斷時的引弧能力。

所以說原導(dǎo)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在零件較多、裝配及調(diào)節(jié)工序繁鎖、工效低且耗費銅材等缺陷。

圖2原設(shè)計4000A的塑料底板及銅支架

圖3 原設(shè)計4000A導(dǎo)電系統(tǒng)

1.3 改進后的熱固性新型塑料基座

改進設(shè)計是將支架銅材質(zhì)改為與塑料底板相同材質(zhì)的熱固性塑料壓制而成的，是合二為一體的新型基座，見圖4 。

圖4 改進設(shè)計4000A新型熱固性塑料基座

1.4 新型基座的特點

1.4.1新型基座的特點是外形新穎，結(jié)構(gòu)簡明；

1.4.2基座總長度的設(shè)計、支架軸孔的高度、軸孔尺寸及裝配位置等設(shè)計正確、合理；

1.4.3其塑料支架部分臂厚以及弧度R的設(shè)計有新創(chuàng)意，完全可以保證機械強度的要求，能夠避免短路時巨大的電動力和熱動力造成的危害；

1.4.4 新型基座設(shè)計主要的配合尺寸及空間尺寸要保證斷路器原設(shè)計的合理性、可靠性。新型基座與斷路器的其它部件配合的安裝尺寸、新型基座與導(dǎo)電板配合的安裝尺寸以及與過流脫扣器下母線連接的孔間距尺寸，精確度高。

也就是說新型塑料基座完全可以滿足觸頭參數(shù)的要求，即滿足產(chǎn)品標準的要求。

1.5 新型塑料基座構(gòu)建斷路器的導(dǎo)電系統(tǒng)

新型塑料基座是改為合為一體熱固性塑料壓制成的結(jié)構(gòu)。改進后的基座使整個導(dǎo)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，更加合理，見圖5。

在新型塑料基座上裝有導(dǎo)電板、接觸系統(tǒng)、過電流脫扣器。觸頭系統(tǒng)通過絕緣拉桿和轉(zhuǎn)軸相連，轉(zhuǎn)軸再通過傳動連桿與操作機構(gòu)相連，觸頭系統(tǒng)的支架孔（鉚接軸套）以軸為圓心轉(zhuǎn)動使其觸頭系統(tǒng)的動弧觸頭與靜弧觸頭拍合，此時可以考核斷路器觸頭系統(tǒng)的開距、同步性；進而進行斷路器閉合操作使動主觸頭、靜主觸頭的接通，最終實現(xiàn)斷路器的閉合或斷開。此時考核斷路器觸頭系統(tǒng)的觸頭超程和觸頭壓力來達到產(chǎn)品標準的要求。

圖5 改進設(shè)計的導(dǎo)電系統(tǒng)

1.6 觸頭系統(tǒng)轉(zhuǎn)動靈活的保證

觸頭系統(tǒng)中的觸頭支架（鉚接銅軸套）與軸間隙配合，軸安裝在新型基座塑料支架軸孔處被支撐著，觸頭系統(tǒng)是以軸為圓心轉(zhuǎn)動，由于設(shè)計時軸尺寸保持原設(shè)計數(shù)據(jù)不變，使觸頭系統(tǒng)轉(zhuǎn)動靈活依然得以保證。

1.7 新型塑料基座支架部分強度的保證

為了保證改進的新型塑料基座支架部分能夠達到產(chǎn)品標準的額定短路分斷能力試驗時所產(chǎn)生的巨大電動力和熱動力的強度要求和操作性能試驗（壽命試驗）要求，在設(shè)計新型基座塑料支架強度上考慮了以下措施：見圖4。

① 設(shè)計時，要保證塑料支架的強度，必須增加塑料支架臂的厚度；

② 增加了塑料支架底部的厚度，使之牢固，防止塑料支架變形，避免因巨大的電動力、熱動力造成機械性損傷或破壞。

③ 增加了塑料支架上部形狀的弧度。

④ 增加了塑料支架與兩側(cè)板邊部連接處形狀的設(shè)計，當短路分斷塑料支架受力時，支架與底板不容易撕裂。

⑤ 增加了塑料支架與底板下母線連接處，螺栓固定的寬度。目的是塑料基座底板免受機械應(yīng)力時斷裂。

1.8 新型基座塑料支架觸頭參數(shù)的保證

因為新型基座塑料支架部分與觸頭支架（支架鉚接銅軸套）寬度之間的間隙很小，再加上開口銷固定，使三相觸頭左右偏移量小，即三相觸頭系統(tǒng)平行度能滿足要求。

在設(shè)計新型基座塑料支架軸孔時，嚴格按原設(shè)計銅支架與底板的安裝位置的尺寸，經(jīng)過準確計算確定軸孔位置的尺寸。而且嚴格要求保證兩個孔的同軸度（見圖4所示）。這樣以來觸頭系統(tǒng)動觸頭與導(dǎo)電板上的靜觸頭的接觸線不會上下歪斜，避免用榔頭錘打的方法來調(diào)節(jié)整定,所以調(diào)節(jié)、整定方便使整個調(diào)整過程省事、省時間，提高生產(chǎn)效率。

在設(shè)計新型基座塑料支架軸孔位置時，要保證觸頭系統(tǒng)觸頭超程、觸頭壓力符合產(chǎn)品標準要求。

2 新型基座對過電流脫扣器的空間位置、安裝位置的設(shè)計

在新型基座設(shè)計時，保證了斷路器總體的結(jié)構(gòu)不變，即空間位置（外形尺寸）應(yīng)保持不變，其目的是在斷路器零部件裝配過程中，不能影響鄰近部件的安裝，就不會出現(xiàn)任何卡碰、轉(zhuǎn)動遲滯等現(xiàn)象。新型基座長度尺寸的確定，考慮裝配人員操作時不會對部件的損傷。

3 采用改進后新型基座的斷路器性能與指標

由改進后塑料基座組裝的觸頭系統(tǒng)，與其他部件構(gòu)成完整的斷路器后，按GB14048.2斷路器標準進行試驗、驗證。改進后的性能與指標如下：

3.1 瞬時過電流整定試驗，見表2。

瞬時過電流整定試驗后，觸頭系統(tǒng)塑料支架沒有任何磨損。

3.2 額定短路分斷能力，見表3。

短路分斷能力試驗后，觸頭系統(tǒng)塑料基座沒有機械性損傷，絕緣性能良好，介電耐受能力符合標準要求。

3.3 斷路器的操作性能，見表4。

試驗后，觸頭系統(tǒng)塑料支架有輕微磨痕，沒有出現(xiàn)變形等現(xiàn)象。

3.4 采用新型基座的斷路器的絕緣性能

新型基座的材質(zhì)是采用熱固塑料壓制而成的，這種整體結(jié)構(gòu)形式不僅提高了絕緣性能，而且也提高了運行的可靠性

3.5 改進后新型基座斷路器的經(jīng)濟效益

采用改進后的新型基座的斷路器，節(jié)約了大量的銅材料，如果每臺按節(jié)約80元計算，年產(chǎn)量如果是5000臺，一年可節(jié)約40萬元；另外提高勞動生產(chǎn)率，無形的經(jīng)濟效益也很可觀。

結(jié)語

DW15系列萬能式斷路器是我們國家自行設(shè)計的第二代低壓電器產(chǎn)品，產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)是經(jīng)過了幾十年的考驗，正因為他們有很多優(yōu)點，又適合我們國情，所以至今還依然廣泛應(yīng)用于中小企業(yè)的配電系統(tǒng)中。為了更好的適應(yīng)各行業(yè)經(jīng)濟建設(shè)的需要，應(yīng)該合理選用、利用老產(chǎn)品。應(yīng)該按照現(xiàn)階段設(shè)計的主導(dǎo)的思路進行結(jié)構(gòu)塑殼化原則，改進創(chuàng)新將有色金屬支撐件塑料化，降低成本。 這條路是非常可行的，將使老產(chǎn)品的改進為電器行業(yè)經(jīng)濟發(fā)展邁出一條新的路。

通過上述設(shè)計改進，簡化了斷路器導(dǎo)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在保證原機機械壽命、電壽命的基礎(chǔ)上，具有裝配簡單、提高產(chǎn)品可靠性和工作效率，節(jié)約了材料，降低了生產(chǎn)成本的優(yōu)點。目前此項設(shè)計已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在電器制造行業(yè)中。

[1] JB/T 8590-2006 《DW15系列萬能式斷路器》機械行業(yè)標準

[2] DW15HH-2000、4000萬能式斷路器-上海電器科學(xué)研究所統(tǒng)一設(shè)計產(chǎn)品

[3] 萬紹尤.低壓空氣斷路器.江蘇：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,1989.

表2

表3 額定短路分斷能力

表4 操作循環(huán)次數(shù)