一種新型的塑殼斷路器連接裝置

張 州

（浙江電器開關(guān)有限公司，浙江 溫州 325007）

0 引言

自1929年美國西屋公司研制出與現(xiàn)代塑殼斷路器結(jié)構(gòu)幾乎相同的塑料外殼和去游離滅弧室的斷路器以來，塑殼斷路器的發(fā)展取得了長足的進(jìn)步。但隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家電網(wǎng)改造工程的深入，低壓塑殼斷路器的使用場(chǎng)所越來越廣。而由于成套柜體的空間限制，如何優(yōu)化斷路器的安裝及布線方式，提高柜體空間的利用率，成為目前亟待解決的問題。

1 目前主流的幾種接線安裝方式

現(xiàn)今低壓塑殼斷路器的主要接線安裝方式有：板前接線、板后接線、插入式接線、抽屜式以及老式轉(zhuǎn)接器。用戶可根據(jù)使用安裝的環(huán)境對(duì)這幾種接線方式進(jìn)行選擇，下表1 對(duì)這幾種接線方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析對(duì)比：

表1

2 新型的母線式轉(zhuǎn)接器

新型的母線式轉(zhuǎn)接器結(jié)合老式轉(zhuǎn)接器的優(yōu)點(diǎn)，并在結(jié)構(gòu)上對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)可從柜體正面進(jìn)行安裝，一次操作就可實(shí)現(xiàn)進(jìn)線端接線與斷路器的安裝固定，其外形圖如下圖1。用戶在安裝斷路器時(shí)，可通過手柄逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)使滑塊6 移動(dòng)，由于A、B、C 三相母線1 固定于柜體上，則與轉(zhuǎn)接器固接在一起的塑殼斷路器2 會(huì)與沿滑塊6 運(yùn)動(dòng)相反的方向向上移動(dòng)。由于彈簧片尺寸比母線1 小，在母線1 進(jìn)入彈簧片5 后，彈簧片5 會(huì)發(fā)生變形，變形產(chǎn)生的壓力使母線1 與聯(lián)接板4 被壓緊，這就實(shí)現(xiàn)了進(jìn)線端電路的連接與斷路器的安裝固定。而老式母線式轉(zhuǎn)接器各相都有一個(gè)棘爪與螺釘，通過螺釘將棘爪緊緊壓住母線與聯(lián)接板，存在著表1 所示的缺點(diǎn)。

圖1

3 關(guān)鍵件的設(shè)計(jì)

3.1 凸輪滑塊結(jié)構(gòu)

新型的母線式轉(zhuǎn)接器利用了凸輪滑塊的原理，手柄轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤3，轉(zhuǎn)盤3 上鉚接的軸在導(dǎo)板2 中移動(dòng)，由于導(dǎo)板2 軌道的限制，帶動(dòng)與導(dǎo)板2 連接的滑塊作上下移動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示：

圖2

圖3

圖2 所示為轉(zhuǎn)接器初始位置，當(dāng)轉(zhuǎn)盤3 旋轉(zhuǎn)180°后，滑塊1 的位移為：

d=b-a=32-8.5=23.5mm

由此可知滑塊1 的位移只與尺寸a、b 有關(guān)，可通過對(duì)該尺寸的檢驗(yàn)獲得目標(biāo)位移，從而使母線進(jìn)入到理想位置，使之與圖1 中聯(lián)接板4 有更大的接觸面積。

由圖3 可知，F(xiàn)1 為是轉(zhuǎn)盤克服滑塊壓力的反作用力，θ 角越小則所需的手柄操作力也越小，不計(jì)摩擦力因素，有：

T 手柄操作扭矩

Ft 扭矩T 的力分量

F1、F2 Ft 的力分力

在圖2 位置轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤時(shí)，滑塊帶動(dòng)母線移動(dòng)，而母線與彈簧片存在一定的間隙，故受力較小；轉(zhuǎn)盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)母線與彈簧片接觸，此時(shí)彈簧片開始發(fā)生形變，形變產(chǎn)生的阻力在母線端部完全進(jìn)入彈簧片時(shí)最大，而此時(shí)θ 角如圖3 所示較小，故只需一定的操作扭矩就可克服阻力。在母線排進(jìn)入彈簧片后，彈簧片對(duì)母線排只產(chǎn)生摩擦力作用，此時(shí)用較小的扭矩即可使母線排進(jìn)入理想的位置。在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過180°后，整個(gè)凸輪滑塊機(jī)構(gòu)過死點(diǎn)，轉(zhuǎn)接器及斷路器將被鎖定在特定位置，可避免震動(dòng)等原因?qū)е罗D(zhuǎn)接器從母線排上脫落的可能。

3.2 彈簧片的優(yōu)化設(shè)計(jì)

彈簧片在轉(zhuǎn)接器中利用其本身的形變，可將母線排和聯(lián)接板壓緊，故彈簧片的彈性非常重要。彈簧片的材質(zhì)選用65Mn，沖制成型后進(jìn)行淬火處理。彈簧片外形如圖4，母線排推力Fm 對(duì)彈簧片存在F1分量，F(xiàn)1 將促使彈簧片缺口處以下底面為支點(diǎn)扭轉(zhuǎn)變形，∠a 越大彈簧片越易變形。在設(shè)計(jì)該彈簧片時(shí)，根據(jù)對(duì)其受力情況可利用UG 的有限元分析功能對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行了分析，如圖5 所示。圓角R 的取值影響著彈簧片的強(qiáng)度，若取值過小則增大了彈簧片在該處折斷的風(fēng)險(xiǎn)；而取值過大則影響聯(lián)接板在此處的安裝，將減小母線排與聯(lián)接板的接觸面積。

圖4

圖5

3.3 聯(lián)接板的設(shè)計(jì)

以400A 斷路器相應(yīng)的轉(zhuǎn)接器為例，將聯(lián)接板設(shè)計(jì)成圖6 樣式，這里主要考慮到降低母線與聯(lián)結(jié)板聯(lián)接處的溫升，過高的溫升由聯(lián)結(jié)板直接傳導(dǎo)至斷路器，使斷路器內(nèi)部溫度升高，造成熱磁脫扣器的誤動(dòng)作。該聯(lián)接處的溫升主要受接觸電阻、渦流效應(yīng)[3]的影響：

圖6

（1）圖6 的聯(lián)結(jié)板結(jié)構(gòu)使兩組彈簧片并聯(lián)與母線接觸，減小接觸電阻，加大了聯(lián)結(jié)板與母線排的接觸面積。

（2）流經(jīng)母線的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)聯(lián)結(jié)板有渦流效應(yīng)，這將加大溫升。由公式3[4]知，上述結(jié)構(gòu)減小了外廓d，這大大降低渦流熱效應(yīng)。

P——渦流損耗

Bp——磁感應(yīng)強(qiáng)度

d——導(dǎo)體直徑或板厚而實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，帶轉(zhuǎn)接器的斷路器溫升試驗(yàn)基本與普通板前聯(lián)接溫升一致，為65K。

4 結(jié)束語

母線式轉(zhuǎn)接器一次操作就可實(shí)現(xiàn)進(jìn)線端接線與斷路器的固定安裝，這將優(yōu)化成套柜體內(nèi)電器元件的布局，減少繁復(fù)的接線。鑒于多種規(guī)格形式的母線聯(lián)結(jié)板存在，更換彈簧片即可實(shí)現(xiàn)在不同厚度的標(biāo)準(zhǔn)母線板上的使用。

［1］孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].7 版.高等教育出版社，2006.

［2］GB 14048.2-2008 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2 部分：斷路器[S].2008.

［3］高保華.大電流電氣設(shè)備的渦流發(fā)熱及其防止措施[J].電工與技術(shù)，2005(8)：72-73.

［4］http：//en.wikipedia.org/wiki/Eddy_current[OL].