塑殼斷路器提高短路分?jǐn)嗄芰Φ难芯糠椒?/h1>
2024-05-07 09:39:46朱啟揚(yáng)紀(jì)坤華
電氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì) 2024年4期
朱啟揚(yáng) 紀(jì)坤華 楊 奕
（1.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司 2.國(guó)網(wǎng)上海市區(qū)供電公司）
0 引言
我國(guó)低壓塑殼斷路器的發(fā)展主要經(jīng)歷過以下幾個(gè)階段：上世紀(jì)50～70年代，第一代產(chǎn)品主要有仿蘇聯(lián)的DZ10、DZ15等產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的短路分?jǐn)嗄芰H有AC400V下的5kA左右；70～90年代，第二代產(chǎn)品主要有DZ20等，短路分?jǐn)嗄芰μ岣叩綌?shù)十千安；90年代至今，市面上大量使用的第三代仿日本產(chǎn)品，如常熟開關(guān)廠的CM1、CM3等，產(chǎn)品體積大大縮小，而短路分?jǐn)嗄芰σ驳玫捷^大提高；而新的第四代仿歐美產(chǎn)品，如正泰NM8等，短路分?jǐn)嗄芰梢赃_(dá)到150 kA。但是第四代產(chǎn)品，由于是雙斷點(diǎn)，成本較高，始終難以成為市場(chǎng)上的主力，所以，當(dāng)前市場(chǎng)上的主力銷售產(chǎn)品，還是以第三代單斷點(diǎn)產(chǎn)品為主［1］。
因?yàn)槭袌?chǎng)上主要銷售第三代產(chǎn)品，但是又需要較高的短路分?jǐn)嗄芰?，所以許多企業(yè)和研究單位都在研究，如何將單斷點(diǎn)產(chǎn)品的短路分?jǐn)嗄芰Υ蠓忍岣?，但又在成本上又不能有顯著增加。本文提供一種切實(shí)可行的提高短路分?jǐn)嗄芰Φ难芯糠椒ā?/p>
1 柵片電壓測(cè)量分析
無論在交流還是直流中，都需要依靠滅弧柵片分割電弧的電弧電壓跳躍來熄滅電弧。分?jǐn)嘟涣麟姇r(shí)，還可以利用交流電的自然過零特性來降低分?jǐn)嚯y度。
電弧電壓公式為：
式中，Uarcm為電弧進(jìn)入柵片后的電弧電壓峰值；U1為弧柱壓降；n為柵片數(shù)，分割的電弧為n+1；?U為極間壓降。
柵片電壓測(cè)量分析，是一種非常有效的短路分?jǐn)喾治龇椒ā牌妷簻y(cè)量系統(tǒng)，通過對(duì)斷路器滅弧室柵片在短路分?jǐn)噙^程中的電壓、電流的采集測(cè)量，通過分析軟件處理各項(xiàng)參數(shù)，能夠自動(dòng)生成數(shù)據(jù)分析和報(bào)告。該系統(tǒng)能定量分析和評(píng)估柵片切割電弧性能及電弧在滅弧室內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性，確定滅弧室設(shè)計(jì)的薄弱區(qū)域，為電弧優(yōu)化提供數(shù)據(jù)，是斷路器先進(jìn)數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)中有效的輔助測(cè)試設(shè)備［2-3］。
測(cè)量前，需要先對(duì)斷路器產(chǎn)品的滅弧柵片進(jìn)行處理，在每片柵片上焊上電線，用于連接傳感器，輸出電壓數(shù)據(jù)（對(duì)于柵片比較多的產(chǎn)品，不需要每片柵片都布）。選取一中分?jǐn)嗄芰Σ桓叩睦峡钏軞嗦菲鬟M(jìn)行柵片電壓測(cè)試，由短路分?jǐn)嘣囼?yàn)設(shè)備輸出測(cè)試電流，試驗(yàn)參數(shù)為AC220V/10kA，共設(shè)置6個(gè)不同的柵片測(cè)量電壓點(diǎn)。
滅弧柵片電壓測(cè)試結(jié)果如圖1，橫軸為時(shí)間（單位ms），縱軸為電壓（單位V）。可以看出：在試驗(yàn)初期各個(gè)測(cè)量電壓點(diǎn)的電壓是一樣的，此時(shí)電弧尚未進(jìn)入滅弧室；在2～6ms，電弧進(jìn)入滅弧室，各柵片電壓不同，此時(shí)柵片在有效地切割電弧；在6～10ms，上面3個(gè)測(cè)量點(diǎn)的電壓比較接近，但下面3個(gè)測(cè)量點(diǎn)的電壓還是有明顯的區(qū)別；在10～14ms，所有測(cè)量點(diǎn)的電壓都開始接近，并趨于一致，說明此時(shí)電弧已經(jīng)走出滅弧室。實(shí)際上，這個(gè)產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)動(dòng)作速度約13~14ms，14ms是在施加低電流的情況下，觸頭不斥開而達(dá)到最大開距的時(shí)間，此時(shí)熄滅電弧。
圖1 滅弧柵片電壓測(cè)試結(jié)果圖形
圖1中上面3個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量的是底部柵片的電壓，可見電弧在底部柵片的切割效果不是很好。進(jìn)一步查看底部柵片，發(fā)現(xiàn)底部柵片或者與之配合的導(dǎo)磁塊在設(shè)計(jì)上可能不是很合理，致使電弧發(fā)生了輕微的背后擊穿現(xiàn)象。但是，由于其它柵片還能發(fā)揮切割電弧的作用，因此產(chǎn)品最終仍能勉強(qiáng)完成短路分?jǐn)唷?/p>
柵片電壓測(cè)量分析方法為我們研究短路分?jǐn)嘈Ч?，提供了一條非常直觀的檢測(cè)途徑。
2 電磁力仿真分析
較早期的產(chǎn)品開發(fā)過程中，由于技術(shù)還不夠成熟，研發(fā)人員雖然都知曉，通過在觸頭中排布一定的導(dǎo)磁片，可以增加電磁力，從而在短路分?jǐn)噙^程中幫助觸頭在機(jī)構(gòu)還沒有脫扣動(dòng)作時(shí)，斥開得更快。但因?yàn)槊恳环N設(shè)計(jì)方案，都需要大量的試驗(yàn)來驗(yàn)證，而在實(shí)際研發(fā)過程中不大能夠針對(duì)所有排列組合的情況都進(jìn)行試驗(yàn)，因此可能會(huì)錯(cuò)失一些最佳的方案。
根據(jù)電壓電流的不同，一次試驗(yàn)的成本一般約幾千元。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的參數(shù)有觸頭、滅弧室柵片、銀點(diǎn)、導(dǎo)磁塊等形狀，有的排列組合高達(dá)幾十種，而且每種方案還需要進(jìn)行機(jī)械壽命、電壽命、短路分?jǐn)?、溫升、環(huán)境試驗(yàn)等，即使在多種方案中第一次就能恰巧尋找到成功方案，那研發(fā)試驗(yàn)費(fèi)用也需要幾十萬元。這對(duì)許多中小型企業(yè)，往往是承擔(dān)不起的，因此多數(shù)會(huì)選擇經(jīng)典的老結(jié)構(gòu)，以規(guī)避設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。
當(dāng)前隨著仿真技術(shù)越來越成熟，很大程度上能解決這個(gè)問題。同樣是對(duì)于第1節(jié)所述產(chǎn)品，針對(duì)原型、靜觸頭缺口填滿、無上導(dǎo)磁塊、無上下導(dǎo)磁塊、引弧縮短共5種不同的電磁力設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，利用MAXWELL進(jìn)行有限元分析，得到的電弧吸力仿真結(jié)果如圖2。
圖2 電弧吸力仿真
圖2中橫軸為柵片序號(hào)，1～10分別表示從下至上的柵片；縱軸為電弧吸力，單位N，分近、中、遠(yuǎn)三處依次給出?？梢姡翰捎渺o觸頭缺口填滿或無上導(dǎo)磁塊的方案時(shí)，電弧吸力都比較理想。但靜觸頭缺口填滿的方案，在實(shí)際操作中因?yàn)槿笨谠陟o銀點(diǎn)的正下方，不方便焊接靜銀點(diǎn)，所以選擇無上導(dǎo)磁塊的方案作為改進(jìn)方案。
對(duì)圖3所示的原型、無上導(dǎo)磁塊、無上導(dǎo)磁塊/U型下導(dǎo)磁塊、無上導(dǎo)磁塊/U型下導(dǎo)磁塊縮短共4種電磁力設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，利用MAXWELL進(jìn)行有限元分析，得到的電動(dòng)斥力仿真結(jié)果分別為7N、9N、3N、1N?？砂l(fā)現(xiàn)：如去除靜觸頭上的導(dǎo)磁塊，可以增加電動(dòng)斥力；而下導(dǎo)磁塊若改為U型，可確定是不利于產(chǎn)生電動(dòng)斥力的。
圖3 四種電磁力結(jié)構(gòu)
在這個(gè)設(shè)計(jì)中，上導(dǎo)磁塊起初是為了在橫向起到一定引弧作用，但是卻使電弧吸力發(fā)生了減小，如觀察圖2а，可以發(fā)現(xiàn)左側(cè)有一段明顯的遠(yuǎn)電弧，在從下至上第1～3號(hào)柵片處，電弧吸力變小。這是因?yàn)殡娀≡诖党鰷缁∈視r(shí)，發(fā)生了被上導(dǎo)磁塊吸回來的現(xiàn)象。在第1節(jié)中，柵片電壓測(cè)量試驗(yàn)也證明了一樣的結(jié)果。以此得出，若去除上導(dǎo)磁塊，電弧吸力將增加。同時(shí)，由圖2c可以看出，去除上導(dǎo)磁塊，在電弧吸力增加的同時(shí)，電動(dòng)斥力也增加了，這有利于觸頭斥開時(shí)間減少。
3 VJC產(chǎn)氣技術(shù)
目前還沒有非常好的能用于仿真蒸汽噴射控制（Vарour Jеt Control，簡(jiǎn)稱VJC）產(chǎn)氣技術(shù)的軟件，通常需要進(jìn)行試驗(yàn)得出。
研究發(fā)現(xiàn)，為一些原本沒有產(chǎn)氣零件的老款產(chǎn)品簡(jiǎn)單地加上產(chǎn)氣材料后，其短路分?jǐn)嘈阅芏紩?huì)有一定提高。所以VJC產(chǎn)氣技術(shù)，是一種非常簡(jiǎn)單有效的提高短路分?jǐn)嗄芰Φ姆椒ǎ?］。
陳德桂老師在較早前的《低壓電弧系統(tǒng)中產(chǎn)氣材料的作用及其選擇》中指出，POM、PA66均是比較好的產(chǎn)氣材料［5］。但當(dāng)前進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，比如同樣是PA66材料，不同牌號(hào)的產(chǎn)氣性能都不盡相同。某種牌號(hào)的PA66可能完全沒有產(chǎn)氣效果，而其他牌號(hào)的PA66又有著不同的產(chǎn)氣效果。但是，因?yàn)橥环N產(chǎn)氣材料只要牌號(hào)確定，其產(chǎn)氣效果和其他性能也是能確定的，所以，可以根據(jù)具體的短路分?jǐn)嗲闆r，選取合適的產(chǎn)氣材料。如某款PA66材料，其產(chǎn)氣效果非常好，但是熔點(diǎn)只有200°C，那么這種材料就非常適合高電壓/低電流的直流短路分?jǐn)?。如果能量過高，雖然產(chǎn)氣效果好，但是熔化的產(chǎn)氣材料會(huì)粘連觸頭。但如果在低電壓/高電流的交流短路分?jǐn)嘀?，選用某款PA46的材料，其產(chǎn)氣效果不如之前的那款，但材料熔點(diǎn)有295°C，就很好地提升了產(chǎn)品的短路分?jǐn)嗄芰Γ?］。
4 設(shè)計(jì)案例對(duì)比
以第1、2節(jié)中介紹的產(chǎn)品作為研究對(duì)象，對(duì)比增加產(chǎn)氣材料與改變電磁力后的短路分?jǐn)嘈阅堋Ｔ囼?yàn)結(jié)果見表1。其中的極限短路分?jǐn)啖馽u是在相應(yīng)的電流下，進(jìn)行“O-CO”兩次操作。而運(yùn)行短路分?jǐn)啖馽s是在相應(yīng)的電流下，進(jìn)行“O-CO-CO”三次操作［7］?？梢姡ㄟ^表中所列幾種方法的改進(jìn)，產(chǎn)品的短路分?jǐn)嗄芰Φ玫胶艽筇嵘?，但產(chǎn)品成本卻沒有本質(zhì)的增加。
表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
由于該產(chǎn)品原有短路分?jǐn)嘈阅転棰馽u=35kA，因此Ⅰcu=40kA是不能通過的，對(duì)其進(jìn)行Ⅰcu=40kA的測(cè)試，其短路分?jǐn)嗳謹(jǐn)鄷r(shí)間Tmb=6.5ms。
當(dāng)給其增加了產(chǎn)氣材料，Ⅰcu=40kA就可以通過了。增加產(chǎn)氣材料后，其他零件都沒有變化，但全分?jǐn)鄷r(shí)間Tmb=5.7ms。因此可確定產(chǎn)氣材料是有一定幫助的。
在增加了產(chǎn)氣材料的基礎(chǔ)上，再將上導(dǎo)磁塊去除，產(chǎn)品不僅通過了Ⅰcu=40kA，還達(dá)到Ⅰcu=50kA、Ⅰcs=40kA。在增加產(chǎn)氣材料和將上導(dǎo)磁塊去除的雙重效果下，全分?jǐn)鄷r(shí)間Tmb=5.0ms。
由于隨著短路分?jǐn)嗟臅r(shí)間逐步減小，產(chǎn)品能承受的電弧能量也相應(yīng)減小，因此最終改進(jìn)方案能夠通過更高的短路分?jǐn)嚯娏?，提升塑殼斷路器的短路分?jǐn)嗄芰Α?/p>
綜上所述，如按照傳統(tǒng)的開發(fā)模式，不能直接找出短路分?jǐn)嗟谋∪觞c(diǎn)，仍然以試錯(cuò)的方式反復(fù)排列組合研究方案，將是一種即消耗大量研究經(jīng)費(fèi)，也消耗大量研究時(shí)間的方法?，F(xiàn)代化的研究方法，則以盡可能短的時(shí)間，發(fā)現(xiàn)問題原因、仿真解決問題、最終佐以真實(shí)短路分?jǐn)嘣囼?yàn)來驗(yàn)證修改方案，這就能大大提高研發(fā)效率。
5 結(jié)束語
塑殼斷路器的核心功能是短路分?jǐn)?，提高短路分?jǐn)嗄芰?，是市?chǎng)上對(duì)斷路器類產(chǎn)品的持續(xù)需求。與多年前有限的條件限制不同，在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天，塑殼斷路器的短路分?jǐn)嗄芰μ嵘O(shè)計(jì)，也變得越來越數(shù)字化，開發(fā)速度也不斷提升。國(guó)內(nèi)開發(fā)若停留在以前以模仿為主的技術(shù)水平上，始終是不能走到技術(shù)的前沿的，只有掌握新的開發(fā)技術(shù)，不斷提高設(shè)計(jì)水平，才能設(shè)計(jì)出有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。
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（1.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司 2.國(guó)網(wǎng)上海市區(qū)供電公司）
0 引言
我國(guó)低壓塑殼斷路器的發(fā)展主要經(jīng)歷過以下幾個(gè)階段：上世紀(jì)50～70年代，第一代產(chǎn)品主要有仿蘇聯(lián)的DZ10、DZ15等產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的短路分?jǐn)嗄芰H有AC400V下的5kA左右；70～90年代，第二代產(chǎn)品主要有DZ20等，短路分?jǐn)嗄芰μ岣叩綌?shù)十千安；90年代至今，市面上大量使用的第三代仿日本產(chǎn)品，如常熟開關(guān)廠的CM1、CM3等，產(chǎn)品體積大大縮小，而短路分?jǐn)嗄芰σ驳玫捷^大提高；而新的第四代仿歐美產(chǎn)品，如正泰NM8等，短路分?jǐn)嗄芰梢赃_(dá)到150 kA。但是第四代產(chǎn)品，由于是雙斷點(diǎn)，成本較高，始終難以成為市場(chǎng)上的主力，所以，當(dāng)前市場(chǎng)上的主力銷售產(chǎn)品，還是以第三代單斷點(diǎn)產(chǎn)品為主［1］。
因?yàn)槭袌?chǎng)上主要銷售第三代產(chǎn)品，但是又需要較高的短路分?jǐn)嗄芰?，所以許多企業(yè)和研究單位都在研究，如何將單斷點(diǎn)產(chǎn)品的短路分?jǐn)嗄芰Υ蠓忍岣?，但又在成本上又不能有顯著增加。本文提供一種切實(shí)可行的提高短路分?jǐn)嗄芰Φ难芯糠椒ā?/p>
1 柵片電壓測(cè)量分析
無論在交流還是直流中，都需要依靠滅弧柵片分割電弧的電弧電壓跳躍來熄滅電弧。分?jǐn)嘟涣麟姇r(shí)，還可以利用交流電的自然過零特性來降低分?jǐn)嚯y度。
電弧電壓公式為：
式中，Uarcm為電弧進(jìn)入柵片后的電弧電壓峰值；U1為弧柱壓降；n為柵片數(shù)，分割的電弧為n+1；?U為極間壓降。
柵片電壓測(cè)量分析，是一種非常有效的短路分?jǐn)喾治龇椒ā牌妷簻y(cè)量系統(tǒng)，通過對(duì)斷路器滅弧室柵片在短路分?jǐn)噙^程中的電壓、電流的采集測(cè)量，通過分析軟件處理各項(xiàng)參數(shù)，能夠自動(dòng)生成數(shù)據(jù)分析和報(bào)告。該系統(tǒng)能定量分析和評(píng)估柵片切割電弧性能及電弧在滅弧室內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性，確定滅弧室設(shè)計(jì)的薄弱區(qū)域，為電弧優(yōu)化提供數(shù)據(jù)，是斷路器先進(jìn)數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)中有效的輔助測(cè)試設(shè)備［2-3］。
測(cè)量前，需要先對(duì)斷路器產(chǎn)品的滅弧柵片進(jìn)行處理，在每片柵片上焊上電線，用于連接傳感器，輸出電壓數(shù)據(jù)（對(duì)于柵片比較多的產(chǎn)品，不需要每片柵片都布）。選取一中分?jǐn)嗄芰Σ桓叩睦峡钏軞嗦菲鬟M(jìn)行柵片電壓測(cè)試，由短路分?jǐn)嘣囼?yàn)設(shè)備輸出測(cè)試電流，試驗(yàn)參數(shù)為AC220V/10kA，共設(shè)置6個(gè)不同的柵片測(cè)量電壓點(diǎn)。
滅弧柵片電壓測(cè)試結(jié)果如圖1，橫軸為時(shí)間（單位ms），縱軸為電壓（單位V）。可以看出：在試驗(yàn)初期各個(gè)測(cè)量電壓點(diǎn)的電壓是一樣的，此時(shí)電弧尚未進(jìn)入滅弧室；在2～6ms，電弧進(jìn)入滅弧室，各柵片電壓不同，此時(shí)柵片在有效地切割電弧；在6～10ms，上面3個(gè)測(cè)量點(diǎn)的電壓比較接近，但下面3個(gè)測(cè)量點(diǎn)的電壓還是有明顯的區(qū)別；在10～14ms，所有測(cè)量點(diǎn)的電壓都開始接近，并趨于一致，說明此時(shí)電弧已經(jīng)走出滅弧室。實(shí)際上，這個(gè)產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)動(dòng)作速度約13~14ms，14ms是在施加低電流的情況下，觸頭不斥開而達(dá)到最大開距的時(shí)間，此時(shí)熄滅電弧。
圖1 滅弧柵片電壓測(cè)試結(jié)果圖形
圖1中上面3個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量的是底部柵片的電壓，可見電弧在底部柵片的切割效果不是很好。進(jìn)一步查看底部柵片，發(fā)現(xiàn)底部柵片或者與之配合的導(dǎo)磁塊在設(shè)計(jì)上可能不是很合理，致使電弧發(fā)生了輕微的背后擊穿現(xiàn)象。但是，由于其它柵片還能發(fā)揮切割電弧的作用，因此產(chǎn)品最終仍能勉強(qiáng)完成短路分?jǐn)唷?/p>
柵片電壓測(cè)量分析方法為我們研究短路分?jǐn)嘈Ч?，提供了一條非常直觀的檢測(cè)途徑。
2 電磁力仿真分析
較早期的產(chǎn)品開發(fā)過程中，由于技術(shù)還不夠成熟，研發(fā)人員雖然都知曉，通過在觸頭中排布一定的導(dǎo)磁片，可以增加電磁力，從而在短路分?jǐn)噙^程中幫助觸頭在機(jī)構(gòu)還沒有脫扣動(dòng)作時(shí)，斥開得更快。但因?yàn)槊恳环N設(shè)計(jì)方案，都需要大量的試驗(yàn)來驗(yàn)證，而在實(shí)際研發(fā)過程中不大能夠針對(duì)所有排列組合的情況都進(jìn)行試驗(yàn)，因此可能會(huì)錯(cuò)失一些最佳的方案。
根據(jù)電壓電流的不同，一次試驗(yàn)的成本一般約幾千元。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的參數(shù)有觸頭、滅弧室柵片、銀點(diǎn)、導(dǎo)磁塊等形狀，有的排列組合高達(dá)幾十種，而且每種方案還需要進(jìn)行機(jī)械壽命、電壽命、短路分?jǐn)?、溫升、環(huán)境試驗(yàn)等，即使在多種方案中第一次就能恰巧尋找到成功方案，那研發(fā)試驗(yàn)費(fèi)用也需要幾十萬元。這對(duì)許多中小型企業(yè)，往往是承擔(dān)不起的，因此多數(shù)會(huì)選擇經(jīng)典的老結(jié)構(gòu)，以規(guī)避設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。
當(dāng)前隨著仿真技術(shù)越來越成熟，很大程度上能解決這個(gè)問題。同樣是對(duì)于第1節(jié)所述產(chǎn)品，針對(duì)原型、靜觸頭缺口填滿、無上導(dǎo)磁塊、無上下導(dǎo)磁塊、引弧縮短共5種不同的電磁力設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，利用MAXWELL進(jìn)行有限元分析，得到的電弧吸力仿真結(jié)果如圖2。
圖2 電弧吸力仿真
圖2中橫軸為柵片序號(hào)，1～10分別表示從下至上的柵片；縱軸為電弧吸力，單位N，分近、中、遠(yuǎn)三處依次給出?？梢姡翰捎渺o觸頭缺口填滿或無上導(dǎo)磁塊的方案時(shí)，電弧吸力都比較理想。但靜觸頭缺口填滿的方案，在實(shí)際操作中因?yàn)槿笨谠陟o銀點(diǎn)的正下方，不方便焊接靜銀點(diǎn)，所以選擇無上導(dǎo)磁塊的方案作為改進(jìn)方案。
對(duì)圖3所示的原型、無上導(dǎo)磁塊、無上導(dǎo)磁塊/U型下導(dǎo)磁塊、無上導(dǎo)磁塊/U型下導(dǎo)磁塊縮短共4種電磁力設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，利用MAXWELL進(jìn)行有限元分析，得到的電動(dòng)斥力仿真結(jié)果分別為7N、9N、3N、1N?？砂l(fā)現(xiàn)：如去除靜觸頭上的導(dǎo)磁塊，可以增加電動(dòng)斥力；而下導(dǎo)磁塊若改為U型，可確定是不利于產(chǎn)生電動(dòng)斥力的。
圖3 四種電磁力結(jié)構(gòu)
在這個(gè)設(shè)計(jì)中，上導(dǎo)磁塊起初是為了在橫向起到一定引弧作用，但是卻使電弧吸力發(fā)生了減小，如觀察圖2а，可以發(fā)現(xiàn)左側(cè)有一段明顯的遠(yuǎn)電弧，在從下至上第1～3號(hào)柵片處，電弧吸力變小。這是因?yàn)殡娀≡诖党鰷缁∈視r(shí)，發(fā)生了被上導(dǎo)磁塊吸回來的現(xiàn)象。在第1節(jié)中，柵片電壓測(cè)量試驗(yàn)也證明了一樣的結(jié)果。以此得出，若去除上導(dǎo)磁塊，電弧吸力將增加。同時(shí)，由圖2c可以看出，去除上導(dǎo)磁塊，在電弧吸力增加的同時(shí)，電動(dòng)斥力也增加了，這有利于觸頭斥開時(shí)間減少。
3 VJC產(chǎn)氣技術(shù)
目前還沒有非常好的能用于仿真蒸汽噴射控制（Vарour Jеt Control，簡(jiǎn)稱VJC）產(chǎn)氣技術(shù)的軟件，通常需要進(jìn)行試驗(yàn)得出。
研究發(fā)現(xiàn)，為一些原本沒有產(chǎn)氣零件的老款產(chǎn)品簡(jiǎn)單地加上產(chǎn)氣材料后，其短路分?jǐn)嘈阅芏紩?huì)有一定提高。所以VJC產(chǎn)氣技術(shù)，是一種非常簡(jiǎn)單有效的提高短路分?jǐn)嗄芰Φ姆椒ǎ?］。
陳德桂老師在較早前的《低壓電弧系統(tǒng)中產(chǎn)氣材料的作用及其選擇》中指出，POM、PA66均是比較好的產(chǎn)氣材料［5］。但當(dāng)前進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，比如同樣是PA66材料，不同牌號(hào)的產(chǎn)氣性能都不盡相同。某種牌號(hào)的PA66可能完全沒有產(chǎn)氣效果，而其他牌號(hào)的PA66又有著不同的產(chǎn)氣效果。但是，因?yàn)橥环N產(chǎn)氣材料只要牌號(hào)確定，其產(chǎn)氣效果和其他性能也是能確定的，所以，可以根據(jù)具體的短路分?jǐn)嗲闆r，選取合適的產(chǎn)氣材料。如某款PA66材料，其產(chǎn)氣效果非常好，但是熔點(diǎn)只有200°C，那么這種材料就非常適合高電壓/低電流的直流短路分?jǐn)?。如果能量過高，雖然產(chǎn)氣效果好，但是熔化的產(chǎn)氣材料會(huì)粘連觸頭。但如果在低電壓/高電流的交流短路分?jǐn)嘀?，選用某款PA46的材料，其產(chǎn)氣效果不如之前的那款，但材料熔點(diǎn)有295°C，就很好地提升了產(chǎn)品的短路分?jǐn)嗄芰Γ?］。
4 設(shè)計(jì)案例對(duì)比
以第1、2節(jié)中介紹的產(chǎn)品作為研究對(duì)象，對(duì)比增加產(chǎn)氣材料與改變電磁力后的短路分?jǐn)嘈阅堋Ｔ囼?yàn)結(jié)果見表1。其中的極限短路分?jǐn)啖馽u是在相應(yīng)的電流下，進(jìn)行“O-CO”兩次操作。而運(yùn)行短路分?jǐn)啖馽s是在相應(yīng)的電流下，進(jìn)行“O-CO-CO”三次操作［7］?？梢姡ㄟ^表中所列幾種方法的改進(jìn)，產(chǎn)品的短路分?jǐn)嗄芰Φ玫胶艽筇嵘?，但產(chǎn)品成本卻沒有本質(zhì)的增加。
表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
由于該產(chǎn)品原有短路分?jǐn)嘈阅転棰馽u=35kA，因此Ⅰcu=40kA是不能通過的，對(duì)其進(jìn)行Ⅰcu=40kA的測(cè)試，其短路分?jǐn)嗳謹(jǐn)鄷r(shí)間Tmb=6.5ms。
當(dāng)給其增加了產(chǎn)氣材料，Ⅰcu=40kA就可以通過了。增加產(chǎn)氣材料后，其他零件都沒有變化，但全分?jǐn)鄷r(shí)間Tmb=5.7ms。因此可確定產(chǎn)氣材料是有一定幫助的。
在增加了產(chǎn)氣材料的基礎(chǔ)上，再將上導(dǎo)磁塊去除，產(chǎn)品不僅通過了Ⅰcu=40kA，還達(dá)到Ⅰcu=50kA、Ⅰcs=40kA。在增加產(chǎn)氣材料和將上導(dǎo)磁塊去除的雙重效果下，全分?jǐn)鄷r(shí)間Tmb=5.0ms。
由于隨著短路分?jǐn)嗟臅r(shí)間逐步減小，產(chǎn)品能承受的電弧能量也相應(yīng)減小，因此最終改進(jìn)方案能夠通過更高的短路分?jǐn)嚯娏?，提升塑殼斷路器的短路分?jǐn)嗄芰Α?/p>
綜上所述，如按照傳統(tǒng)的開發(fā)模式，不能直接找出短路分?jǐn)嗟谋∪觞c(diǎn)，仍然以試錯(cuò)的方式反復(fù)排列組合研究方案，將是一種即消耗大量研究經(jīng)費(fèi)，也消耗大量研究時(shí)間的方法?，F(xiàn)代化的研究方法，則以盡可能短的時(shí)間，發(fā)現(xiàn)問題原因、仿真解決問題、最終佐以真實(shí)短路分?jǐn)嘣囼?yàn)來驗(yàn)證修改方案，這就能大大提高研發(fā)效率。
5 結(jié)束語
塑殼斷路器的核心功能是短路分?jǐn)?，提高短路分?jǐn)嗄芰?，是市?chǎng)上對(duì)斷路器類產(chǎn)品的持續(xù)需求。與多年前有限的條件限制不同，在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天，塑殼斷路器的短路分?jǐn)嗄芰μ嵘O(shè)計(jì)，也變得越來越數(shù)字化，開發(fā)速度也不斷提升。國(guó)內(nèi)開發(fā)若停留在以前以模仿為主的技術(shù)水平上，始終是不能走到技術(shù)的前沿的，只有掌握新的開發(fā)技術(shù)，不斷提高設(shè)計(jì)水平，才能設(shè)計(jì)出有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。
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