1U安裝高度斷路器的研發與應用

張智玉，孟亞軍

(貴州泰永長征技術股份有限公司，深圳 518057)

0 引言

隨著用戶對模塊化電源體積要求越來越高，尤其是現有5G網絡大規模建設已逐步開展，設備對電源容量的要求隨之變高。為進一步減小模塊化電源系統的外形尺寸，簡化系統接線、便于系統維護，研發了安裝高度為1U的斷路器。

1 系統描述

模塊化電源系統由基礎單元和擴展單元兩部分組成，系統可通過擴展插框的方式實現系統容量增加和功能擴展，通過監控模塊統一管理和控制。基礎單元包含交流配電模塊、基礎整流模塊、監控模塊、基礎直流配電輸出模塊。擴展單元包含擴展整流模塊、擴展直流配電模塊、直流遠供模塊等。同時系統要求交流輸入端應裝有C級浪涌保護裝置，至少能承受20kA電流脈沖的沖擊，直流輸出端應至少能承受電流脈沖10kA的沖擊。圖1所示為基礎單元一次原理圖。

圖1 基礎單元一次原理圖

2 成品布局

模塊化電源各功能子模塊寬度需滿足 19 "標準機框安裝，小型設備基礎單元高度應≤6U，擴展整流單元高度應≤2U，小型設備直流配電模塊應≤1U，普通型設備直流配電模塊應≤3U。常規微型斷路器大概高度為2U，加上進線和出線的接線的整體高度基本大于3U，故需采用新型的1U高度結構。

3 結構要求

因斷路器的高度僅1U，故接線方式采用前面板接線和后插接線的方式。后端接線可直接采用2mm厚的PCB板(交流多極輸入采用PCB板)或銅排接插方案，減少接線的工序及避免接線過程中未擰緊接線端子引發的其他問題。圖2所示為兩路交流輸入中一路4P交流輸入直接與PCB板插接圖，兩路輸入電源通過PCB板合成一路輸出(兩路輸入有互鎖)連接到交流母線，單相交流輸出直接與交流母線插接；同時PCB板上可焊接交流防雷器件，實現浪涌保護功能，簡化SPD的接線。圖3所示為三個單相交流配電模塊與銅排插接圖(上銅排為N極，下銅排為三相L極)。

圖2 交流4P輸入接插PCB板

圖3 交流輸出接插銅排

為防止斷路器在合閘帶載的情況下與PCB或銅排接插而引發的閃弧，在產品的下表面加入一限制卡扣與柜體插框配合。當卡扣插入插框時此卡扣被壓下，產品無法合閘；當產品插接到位后此卡扣彈起，產品可正常合閘。同時此卡扣還能有效避免接線后因拉動連接線而造成產品與銅排脫開問題，僅當產品分閘后拔出分合閘按鈕后產品才能退出機柜。圖4所示為卡扣與柜體配合圖。

圖4 卡扣與柜體配合圖

4 產品特征

4.1 接線能力

為減小產品的尺寸，63A和125A產品設計的寬度分別為20mm和30mm。故前面板的接線方式63A只能采用無螺釘方式接線，依據IEC 60934-2019附錄E中的內容如圖5～6兩種無螺紋接線端子結構，這兩種結構可有效節省前面板的接線空間，也能保證產品接線的可靠性。

圖5 第一種無螺紋接線端子結構圖

圖5的優勢在于接線時僅采用硬線可直接插入，而圖6的結構在接線時必須有外力才能接線。但在使用過程中發現，兩種結構的彈片壓力相同且連接端子為硬端子時，因圖5為斜面卡扣，在接線受朝下外力時容易脫出。

圖6 第二種無螺紋接線端子結構圖

因此，選用圖6結構設計的產品，并分別配合不同線徑的連接線測試電纜拔出力值，測試數據見表1。

配合不同線徑的連接線測試電纜拔出力值 表1

4.2 直流產品防反插

直流配電中，若負載電源正負極接反，輕者負載不能正常工作，重者將燒毀負載。而斷路器后端連接銅排的接線孔是對稱的(圖7)，在連接時反插也可以正常插入。

圖7 直流產品防反插設計

產品在開發初期考慮到直流配電產品需要反饋開關合分狀態，為防止反向也能將產品插入，故將合分狀況反饋端加深后，反插時后端的檢測端將阻擋產品的插入，有效防止反插。

4.3 抗雷擊電流

按系統要求交流輸入端應裝有C級浪涌保護裝置，至少能承受20kA電流脈沖的沖擊，直流輸出端應至少能承受電流脈沖10kA的沖擊。故交流輸入和直流輸出產品需要承受以上要求的雷擊電流不動作，在產品設計時需在雷擊承受電流和瞬時動作電流之間做平衡，經大量仿真及樣機摸底測試得出：63A產品在雷擊電流12.5kA不動作時的瞬時脫扣電流為730A±10%，125A產品在雷擊電流23.5kA不動作的瞬時脫扣電流為1 350A±10%，持續提高瞬時動作電流對抗雷擊電流改善不大。

5 結束語