一種DPN結構電子式剩余電流斷路器的研究

胡建平，徐應軍

(1.湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421001;2.浙江正泰電氣股份公司,浙江 樂清 325603)

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一種DPN結構電子式剩余電流斷路器的研究

胡建平1，徐應軍2

(1.湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421001;2.浙江正泰電氣股份公司,浙江 樂清 325603)

第四代工業用小型剩余電流動作斷路器采用模塊化、使用自由度高、性能穩定一致性好、模數少、使用方便等特點，因此具有極強的市場競爭能力和廣闊發展前景。

工業用剩余電流斷路器;DPN結構;三段式電子脫扣器

1 研究的意義

對工業產品而言，國內外傳統產品是在MCB上加裝剩作電流保護模塊，如ABB公司的S系列塑殼斷路器可拼裝RC剩余電流保護模塊構成剩余電流保護斷路尺寸一樣，可垂直安裝，也可并列安裝。目前我國生產DPN剩余電流斷路器額定電流只到32A，且是RCBO整只產品出廠，而隨著電力終端種類的增多，用戶要求設計出滿足他們使用要求的特殊產品越來越強烈，所以有必要開發一種新型剩余電流動作斷路器。新一代工業用斷路器的特點是由終端用戶自行拼裝，用戶只需要購買需要的漏電模塊(RC.元件)就可以自由組裝自己需要的額定電流、脫扣型式的RCBO，同時該系列產品具有結構緊湊，模數較小的特點，而且其保護功能同樣齊全，對用戶使用和安裝具有極強的吸引力。由此可見，開發第四代漏電斷路器已是體現產品技術含量的新水平，所以開發高性能和適應市場發展的新型漏電斷路器是勢在必行的。成功開發出第四代工業用小型漏電斷路器，不但可滿足漏電斷路器中高端產品用戶的需要，同時也可提高我國企業自身的技術水平和行業地位，推動我國工業水平的提高具有十分重要的意義。

2 國內外研究現狀和發展趨勢

新一代電器的主要技術特征為：產品模塊化——滿足高端用戶的需求，穩定的產品性能——結構設計優越可靠性高、產品微型化-模數少、高性能——額定電流至40A，分斷能力6kA。根據國內外產品發展趨勢，新四代工業用小型剩余電流動作斷路器必須在以下幾個方面有新的研究創新點：

(1)RC元件式結構

ABB公司、施耐德、西門子等歐美大部分公司新一代DPN產品采用了RC.元件式結構，該結構使用便利，具有很高的組合隨意性，用戶只需要購買需要的漏電模塊(RC.元件)就可以自由組裝自己需要的額定電流、脫扣型式的RCBO。同時在庫存管理上因其分成兩個模塊，將會減少因排列組合產生的大量規格產品，緩減庫存壓力。

(2)檢測模塊、智能判定模塊和驅動模塊一體化結構

傳統漏電產品其結構的檢測模塊(互感器)、只能判定模塊(線路板)、和驅動模塊(電子脫扣器)是分開的，它們靠連接引線將其有機地連接起來形成一個系統，這種結構產品會因連接引線引起裝配方面的不便利，也會引線不易固定引起性能上的隱患。而新一代DPN電子式漏電斷路器采用一體化結構，將這三個模塊集成在同一塊線路板上，整個結構形式整潔、質量穩定、裝配工藝簡單。

(3)高性能、多功能的新型電子脫扣器

新一代電子式脫扣器采用三段式結構，設計原理上取消了靜鐵芯，簡化了設計，其性能更穩定可靠，同時三段式中心抽頭式設計，利用了線圈本身的一部分特性，起到提高產品EMC性能的作用，同時對電子元件進行了保護，提高了其老化壽命；

(4)新型硬線成型工藝和裝配工藝

傳統DPN產品漏電模塊和斷路器模塊主回路的電氣連接使用軟聯結進行連接，其散熱能力較弱，產品的額定電流一般只能做到32A，新一代DPN電子式漏電斷路器主回路的電氣連接使用漆包線，使用硬線成型工藝，將其加工成需要的形狀后進行裝配。

3 主要研究開發內容、技術關鍵及主要創新點

3.1 主要技術指標

(1)殼架等級電流：40A;

(2)額定電流：6A、10A、16A、20A、25A、32A 40A ;

(3)最大短路分斷能力Icu/Ics：Ics=Icu=6kA ;

(4)機械壽命:20000次;

(5)電氣壽命：10000次;

(6)額定剩余動作電流：30mA、100mA ;

(7)剩余電流動作時間：t<0.1s;

(8)使用環境溫度:-25℃～70℃。

3.2 開關本體部分

(1)研究開發內容

①觸頭系統模塊化，采用新型觸頭系統，充分利用電動斥力，減少分斷時間，提高分斷能力，具體見圖1；

②滅弧系統采用磁吹加柵片的結構形式；

③操作機構采用四連桿機構，通過計算與分析解決目前觸頭壓力偏小的問題；

④操作機構增加快速閉合；

⑤隔離功能采用觸頭支持狀態；

⑥雙穩態鎖定夾的設計 圖1 新型觸頭系統；

⑦安裝接線指示功能設計。

(2)關鍵技術

觸頭使用銀石墨粉末冶金的工藝直接嵌覆到觸頭，這樣工藝觸頭溫升低，導電性強的新技術。

圖1 新型觸頭系統

3.3 智能控制部分

(1)研究開發內容

產品采用三段式電子脫扣器，將脫扣器的一部分作為阻抗串入電子原理設計，提升整個智能控制模塊的電磁兼容性和電子元件老化性能。

(2)關鍵技術

脫扣器采用三段式技術，前部的脫扣線圈能夠有效抑制間接雷擊對漏電模塊造成的沖擊，并保護了防雷擊器件，增強了產品的可靠性。

圖2 三段式電子脫扣器鐵心

3.4 漏電脫扣器部分

(1)研究開發內容

采用總體關鍵部件一體化結構，集成漏電產品檢測模塊、智能判定模塊、漏電脫扣器三大模塊為一體，提升產品的整機性能可靠性和裝配可靠性。具體電路圖見圖3。

(2)總裝技術

在設計時改變傳統的互感使用軟線引出線的方式，使用插針作為引出線，并設計固定結構，使其能方便安裝在PCB上設計的固定位置中，焊接后與PCB形成一個整體；脫扣器重新設計，改變傳統的全包式脫扣器變更為半包并扣在PCB對應固定位置，使其形成一

圖3 集成電路圖

個整體。通過尺寸鏈分析計算，設計出合理的硬線成型尺寸，使其能與互感器PCB、脫扣器一體化機構完成的組合起來，形成一個問題的內部結構，通過設計相應缺口和圓角解決了復雜形態零件的裝配問題。具體圖形見圖4。

圖4 DPN結構電子式剩余電流斷路器總裝圖

4 應用前景

第四代工業用小型剩余電流動作斷路器采用模塊化、使用自由度高、性能穩定一致性好、模數少、使用方便等特點，因此具有極強的市場競爭能力和廣闊發展前景。同時產品符合國家產業化政策污染小、制造過程資源、能源消耗低要求,符合歐盟相關指令要求，產品研制成功將帶動整個行業的經濟技術水平的發展。

[1] GB 16916.1-2013家用和類似用途的不帶過電流保護的剩余電流動作斷路器(RCCB)[S].2013.

[2] IEC61009-1-2010剩余電流動作斷路器(RCBO)[S].2010.

[3] EN60898 剩余電流動作斷路器歐盟標準[S].

Research on an Electronic Residual Current Circuit Breaker with DPN Structure

HUJian-ping1,XUYing-jun2

(1.Hunan Vocational and Technical Gollege of High Speed Railway,Hengyang 421001,China;2.Zhejiang Zhengtai Electrical Apparatus Co.Ltd.,Yueqing 325603，China)

The miniature residual current circuit beraker for the fourth-generation industry adopts modularity and has high freedom,performauce stability and fine consistance,which has more competitive market and good development prospects.

residual current circuit breaker for industry;DPN structure;three-section electronic release

1004-289X(2015)04-0034-03

TM56

B

2014-12-30

胡建平(1982-)，工程碩士，湖南高速鐵路職業技術學院講師，主要從事電機電器研究。