DW15-4000萬能式斷路器創(chuàng)新設計與應用

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品，我們從科技含量上、技術性能上、結構特性上，經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品進行分析對比，從而反映出不同時期產品的特點。

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產品、結構安裝體積小。特別在技術性能上，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品進行了二次開發(fā)的產品也在廣泛應用。

但是，我們國家幅員遼闊，地域經濟發(fā)展差別較大。西部地區(qū)的經濟逐漸向東部經濟發(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)選用技術經濟指標適中、價格低廉的老產品還很多，例如DW15系列、DW16系列（統(tǒng)稱老產品）。由于經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品。要想將高短路分斷能力、保護智能化、結構模塊化塑殼化、體積小、容量大、高可靠性萬能式斷路器產品完全替代老產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)的產品，雖然已有多年生產歷史，但是該產品無論是生產量、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)斷路器首選產品之一。該產品的性能及技術指標、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。

可是這些老產品的另一個特點是觸頭系統(tǒng)支架原設計采用黃銅材料，由于國內外銅材市場價格不斷地變化；企業(yè)人工費用也在上調，使該斷路器的成本增加，本來這些老產品銷售價位低，利潤空間就很小，成本上升使生產企業(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?，F(xiàn)就DW15-4000萬能式斷路器導電系統(tǒng)銅支架改進創(chuàng)新的新型塑料基座闡述如下：

改進設計原則及優(yōu)越性

⑴ 新型塑料基座設計的基本原則是在不改變產品技術性能、技術指標的前提下，改變觸頭支架的材質并與原底板同樣材質，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計保證原設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計的零部件應設計合理、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，達到產品標準要求。

⑸ 裝配工序減少，提高工作效率，并且調節(jié)、整定方便。

DW15-4000斷路器導電系統(tǒng)的改進

1 結構設計

1.1 原設計導電系統(tǒng)銅支架

原設計DW15-4000萬能式斷路器導電系統(tǒng)支架材質為黃銅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 原設計DW15-4000萬能式斷路器的導電系統(tǒng)，見圖3，該導電系統(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。

所以說原導電系統(tǒng)結構存在零件較多、裝配及調節(jié)工序繁鎖、工效低且耗費銅材等缺陷。

圖2原設計4000A的塑料底板及銅支架

圖3 原設計4000A導電系統(tǒng)

1.3 改進后的熱固性新型塑料基座

改進設計是將支架銅材質改為與塑料底板相同材質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，結構簡明；

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

1.4.3其塑料支架部分臂厚以及弧度R的設計有新創(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 新型基座設計主要的配合尺寸及空間尺寸要保證斷路器原設計的合理性、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，即滿足產品標準的要求。

1.5 新型塑料基座構建斷路器的導電系統(tǒng)

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

在新型塑料基座上裝有導電板、接觸系統(tǒng)、過電流脫扣器。觸頭系統(tǒng)通過絕緣拉桿和轉軸相連，轉軸再通過傳動連桿與操作機構相連，觸頭系統(tǒng)的支架孔（鉚接軸套）以軸為圓心轉動使其觸頭系統(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品標準的要求。

圖5 改進設計的導電系統(tǒng)

1.6 觸頭系統(tǒng)轉動靈活的保證

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)是以軸為圓心轉動，由于設計時軸尺寸保持原設計數(shù)據(jù)不變，使觸頭系統(tǒng)轉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品標準的額定短路分斷能力試驗時所產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，在設計新型基座塑料支架強度上考慮了以下措施：見圖4。

① 設計時，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板邊部連接處形狀的設計，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。

在設計新型基座塑料支架軸孔時，嚴格按原設計銅支架與底板的安裝位置的尺寸，經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節(jié)整定,所以調節(jié)、整定方便使整個調整過程省事、省時間，提高生產效率。

在設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、安裝位置的設計

在新型基座設計時，保證了斷路器總體的結構不變，即空間位置（外形尺寸）應保持不變，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

新型基座的材質是采用熱固塑料壓制而成的，這種整體結構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，年產量如果是5000臺，一年可節(jié)約40萬元；另外提高勞動生產率，無形的經濟效益也很可觀。

結語

DW15系列萬能式斷路器是我們國家自行設計的第二代低壓電器產品，產品的設計、生產是經過了幾十年的考驗，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用于中小企業(yè)的配電系統(tǒng)中。為了更好的適應各行業(yè)經濟建設的需要，應該合理選用、利用老產品。應該按照現(xiàn)階段設計的主導的思路進行結構塑殼化原則，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?？尚械?，將使老產品的改進為電器行業(yè)經濟發(fā)展邁出一條新的路。

通過上述設計改進，簡化了斷路器導電系統(tǒng)的結構，在保證原機機械壽命、電壽命的基礎上，具有裝配簡單、提高產品可靠性和工作效率，節(jié)約了材料，降低了生產成本的優(yōu)點。目前此項設計已經廣泛的應用在電器制造行業(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-上海電器科學研究所統(tǒng)一設計產品

[3] 萬紹尤.低壓空氣斷路器.江蘇：江蘇科學技術出版社,1989.

表2

表3 額定短路分斷能力

表4 操作循環(huán)次數(shù)