BSB7系列家用及類似場所用過電流保護(hù)斷路器

施宏偉,　孫良權(quán),　黃　杰,　李漢平

(浙江百事寶電器股份有限公司, 浙江 麗水　323000)

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BSB7系列家用及類似場所用過電流保護(hù)斷路器

施宏偉,孫良權(quán),黃杰,李漢平

(浙江百事寶電器股份有限公司, 浙江 麗水323000)

摘要：介紹了 BSB7系列家用及類似場所用過電流保護(hù)斷路器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工作原理、基本參數(shù)和主要技術(shù)特點(diǎn),并比較了液壓-電磁脫扣器與熱-磁式脫扣器的特點(diǎn)。提出BSB7系列斷路器既保持了液壓-電磁式脫扣器的過載保護(hù)特性穩(wěn)定、使用環(huán)境溫度范圍廣、節(jié)能環(huán)保等的優(yōu)點(diǎn),又提高了短路分?jǐn)嗄芰?滿足在-40～+85 ℃溫度環(huán)境下終端配電系統(tǒng)的需要。

關(guān)鍵詞：小型斷路器; 液壓-電磁式脫扣器; 工作原理; 技術(shù)特點(diǎn)

0引言

GB 10963.1—2005《家用及其類似場所用過電流保護(hù)斷路器 第一部分 用于交流斷路器》[1]中第7.1.1條規(guī)定:小型斷路器(Minituture Circuit Breaker,MCB)的使用的環(huán)境溫度為-5～+40 ℃,對于周圍環(huán)境溫度高于+40 ℃時(shí),各生產(chǎn)廠家都會在使用說明書中給出推薦的使用規(guī)范和具體數(shù)據(jù),但對于環(huán)境溫度低于-5 ℃時(shí),在-40～-10 ℃時(shí),如使用熱-磁式MCB時(shí),會造成過載特性偏移或不動作,起不到保護(hù)線路和設(shè)備的作用,導(dǎo)致設(shè)備燒損,甚至引起火災(zāi)或釀成人員傷亡的重大事故。同時(shí)依據(jù)GB/T 4461—2007《熱雙金屬帶材》[2],熱雙金屬片的線性溫度的下限為-20 ℃。

為了解決-10 ℃及其以下環(huán)境溫度下配電線路保護(hù)的問題,開發(fā)了BSB7系列液壓-電磁式MCB,其過載保護(hù)脫扣特性能滿足在-40～+85 ℃環(huán)境溫度下可靠工作。

由于液壓-電磁式脫扣器結(jié)構(gòu)的分?jǐn)嗨俣纫话惚容^慢,影響了MCB分?jǐn)嗄芰Φ奶岣?。BSB7系列采用了大電流斥開快速動作機(jī)構(gòu)和增大觸頭開距及磁吹氣吹等措施,提高了電弧電壓,并快速熄滅電弧,提高了分?jǐn)嗄芰?達(dá)到交流230 V,6 kA(1 P),直流125 V,6 kA。

1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品主要由操作機(jī)構(gòu)、液壓-電磁脫扣器、動觸頭、靜觸頭、滅弧室、外殼、接線端子、手柄、安裝軌卡等組成。產(chǎn)品外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

1.2操作機(jī)構(gòu)及工作原理

產(chǎn)品操作機(jī)構(gòu)采用四連桿機(jī)構(gòu)原理,主要由手柄、機(jī)架、跳扣、鎖扣、上下連桿、動觸頭、彈簧和軸銷等組成,其動作形式為慢合快分結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品操作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊,零部件數(shù)量少,裝配鉚接點(diǎn)焊工藝方便,有利于批量生產(chǎn)和降低成本。

圖1　產(chǎn)品外形

圖2　產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)

在正常工作情況下,機(jī)構(gòu)處于四連桿機(jī)構(gòu),用手柄操作,可進(jìn)行分閘或合閘。當(dāng)線路處于過載或短路狀態(tài)時(shí),脫扣器銜鐵吸合,使跳扣與鎖扣解鎖,四連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為五連桿機(jī)構(gòu),在機(jī)構(gòu)彈簧的作用下,動觸頭快速分閘,機(jī)構(gòu)處于自由脫扣狀態(tài)。

1.3觸頭滅弧系統(tǒng)及工作原理

觸頭滅弧系統(tǒng)由動靜觸頭、滅弧室、靜觸頭引弧片、動觸頭引弧片組成。動靜觸頭上分別焊接抗熔焊、耐磨損、低電阻率的銀合金觸頭材料,同時(shí)將觸頭開距增加到7～8 mm。滅弧室采用金屬柵片滅弧室,用薄鋼板制成滅弧柵片,并鉚接在鋼紙板上,滅弧柵片鍍(Cu+Ni)。在動靜觸頭與滅弧室之間裝有用薄鋼板制成的表面鍍Cu的靜觸頭引弧片和動觸頭引弧片。

滅弧室采用金屬柵片滅弧原理,在磁場和氣流場的作用下驅(qū)使電弧進(jìn)入滅弧室,形成電弧電

壓,限流、冷卻、過零熄滅。在動靜觸頭與滅弧室之間設(shè)計(jì)了靜觸頭引弧片和動觸頭引弧片,使電弧能快速引向滅弧室。

產(chǎn)品采用了大電流斥開快速動作機(jī)構(gòu),在大電流分?jǐn)鄷r(shí)動、靜觸頭之間產(chǎn)生比較大的電磁斥力,使動、靜觸頭能在操作機(jī)構(gòu)剛開始動作時(shí)快速斥開,迅速建立電弧電壓,起到限流作用(限流系數(shù)達(dá)到0.5左右),提高了分?jǐn)嗄芰Α?/p>

1.4液壓-電磁脫扣器工作原理

液壓-電磁脫扣器由油管、鐵心、油杯彈簧、極靴、硅油、線圈、磁軛、銜鐵、銜鐵彈簧組成,如圖3所示。

圖3　液壓-電磁脫扣器組成

當(dāng)線圈流過的電流大于額定電流時(shí)(如1.45In),線圈對鐵心產(chǎn)生的電磁吸力大于油杯彈簧對鐵心的反作用力,鐵心逐漸向極靴方向移動,磁回路的磁阻逐漸變小,吸力逐漸增大,期間硅油沿著鐵心和油管之間的間隙緩慢向油管底部移動,并在硅油黏度的作用下產(chǎn)生一定的延遲,當(dāng)鐵心運(yùn)動到接近極靴時(shí),線圈對銜鐵的吸力大于銜鐵彈簧的反力,銜鐵被吸合,快速推動機(jī)構(gòu)解鎖,切斷電源。

當(dāng)線圈流過較大的短路電流時(shí)(B特性,5In;C特性,10In或Icn為6 kA),線圈產(chǎn)生足夠大的磁通吸力,直接將銜鐵吸合,快速推動機(jī)構(gòu)解鎖,開關(guān)動作,切斷電源。

2基本參數(shù)

產(chǎn)品基本參數(shù)如表1所示。

表1產(chǎn)品基本參數(shù)

產(chǎn)品型號BSB7-63/1PBSB7-63/2PBSB7-63/3PBSB7-63/4P符合標(biāo)準(zhǔn)GB10963.1—2005 GB10963.3—2015額定工作電壓/VAC230/400DC125AC230/400DC250AC400DC500AC400VDC500額定電流/A1、3、6、8、10、13、16、20、25、32、40、50、63額定沖擊耐受電壓Uimp/V6000600060006000產(chǎn)品極數(shù)1P2P3P4P短路分?jǐn)嗄芰?kAAC230/400V6666DC12566(2P串聯(lián))——DC250—6(2P串聯(lián))——DC500——4.5(3P串聯(lián))6(4P串聯(lián))脫扣曲線B、CB、CB、CB、C壽命/次電壽命6000600060006000機(jī)械壽命10000100001000010000使用溫度范圍/℃-40～+85-40～+85-40～+85-40～+85外形尺寸(不含手柄)/mm18×93×6636×93×6654×93×6672×93×66安裝方式35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌接線能力/mm20.5～350.5～350.5～350.5～35

3主要技術(shù)特點(diǎn)

(1) 使用環(huán)境溫度范圍廣。液壓-電磁式脫扣器通過線圈電流將電能轉(zhuǎn)化為磁通,磁通隨著線圈中流過的電流大小變化而變化,其吸力大小與磁通成正比,與使用環(huán)境溫度無關(guān),而硅油可在-50～+200 ℃溫度范圍內(nèi)可靠工作(硅油黏度的溫度變化系數(shù)低,受環(huán)境溫度變化影響很小)。目前,市場上MCB基本都采用熱-磁式脫扣器,通過熱雙金屬元件(或三金屬元件)過載加熱彎曲而動作,與使用環(huán)境溫度有關(guān),如在低于-5 ℃或高于+40 ℃環(huán)境下工作,其過載保護(hù)特性是不穩(wěn)定的,或不動作或誤動作。

(2) 分?jǐn)嗄芰Ω?。液?電磁式脫扣器在短路大電流時(shí),鐵心還來不及向上移動,由線圈產(chǎn)生的瞬間磁通就可將銜鐵吸下,但僅是一個(gè)無鐵心電磁鐵,其所產(chǎn)生的吸力要比熱-磁式脫扣器要小,況且又沒有頂或拉動觸頭的結(jié)構(gòu),因此采用液壓-電磁式脫扣器MCB的分?jǐn)嗄芰Ρ容^小,一般Icn在3 000 A左右,而BSB7系統(tǒng)產(chǎn)品的Icn達(dá)到6 000 A,動作時(shí)間為4.6～6.0 ms,燃弧時(shí)間為4.0～5.4 ms,示波圖如圖4、圖5所示。

圖4　6 kA“O”試驗(yàn)示波圖

圖5　6 kA“CO”試驗(yàn)示波圖

(3)整定電流精度高。BSB7系列液壓-電磁式脫扣器不同的額定電流規(guī)格是通過改變線圈匝數(shù)、鐵心彈簧力的大小來實(shí)現(xiàn)的,因此可以實(shí)現(xiàn)額定電流規(guī)格多,電流整定精度高,而且可以根據(jù)用戶的需要,設(shè)計(jì)制造特殊規(guī)格的額定電流等級,而一般MCB如采用熱-磁式脫扣器是無法實(shí)現(xiàn)的,如果采用電子式脫扣器是能實(shí)現(xiàn)額定電流規(guī)格多,但價(jià)格高、體積大。

(4) 保護(hù)曲線多樣化。根據(jù)不同的負(fù)載需求,BSB7系列可通過調(diào)整硅油黏度、鐵心與油杯的間隙、線圈匝數(shù)與位置等參數(shù)實(shí)現(xiàn),因此可以為用戶設(shè)計(jì)制造特殊規(guī)格的保護(hù)特性,如設(shè)備用斷路器CBE主要制造廠已有幾十條特性曲線可供用戶選用,而一般MCB如采用熱-磁式脫扣器是無法實(shí)現(xiàn)的,一般是B、C、D特性。

(5) 安裝使用方便。BSB7系列在分析了國內(nèi)外廠商相似產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,結(jié)合目前市場上小型斷路器的寬度和安裝方式而研發(fā)的新一代液壓-電磁式MCB,1P寬度為18 mm,安裝方式采用35 mm標(biāo)準(zhǔn)卡軌安裝,能與市場上的小型MCB互換通用,滿足了終端配電系統(tǒng)的需要。

(6) 節(jié)能、環(huán)保。如以相同電流規(guī)格熱-磁式MCB與液壓-電磁式MCB的功耗相比,熱-磁式MCB的功耗要大得多,依據(jù)GB 10963.1—2005表15中規(guī)定,選用同樣額定電流為25 A產(chǎn)品進(jìn)行測試,其測試值為1.8 W。

4技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

液壓-電磁脫扣器與熱磁式脫扣器特點(diǎn)如表2所示。

表2液壓-電磁脫扣器與熱磁式脫扣器特點(diǎn)

項(xiàng)目液壓電磁式脫扣器熱磁式脫扣器動作電流整定值 較準(zhǔn)確 較差整定電流和延時(shí)特性 受環(huán)境溫度影響小,-40～+85℃ 受環(huán)境溫度影響較大,-5～+40℃保護(hù)特性規(guī)格 多 少短路分?jǐn)嗄芰?較低 較高熱穩(wěn)定性能 好 差脫扣器結(jié)構(gòu) 較復(fù)雜 簡單制造工藝要求 高 低脫扣器特性可調(diào) 長延時(shí)不可調(diào),瞬時(shí)可微調(diào) 長延時(shí)可微調(diào),瞬時(shí)可調(diào)(制造廠換彈簧)環(huán)境溫度影響 小 較大成本 稍高 較低功耗 低 高安裝位置要求 脫扣器的油杯與水平面平行 —

5結(jié)語

BSB7系列家用及類似場所用過電流保護(hù)斷路器采用了大電流斥開快速動作機(jī)構(gòu)和增大觸頭開距及磁吹等措施，提高了電弧電壓，并快速熄滅電弧，提高了短路分?jǐn)嗄芰?，可以與目前市場上的小型MCB安裝方式通用互換，極大方便了終端用戶的替換及維修。

參考文獻(xiàn)

[1]尹天文.低壓電器技術(shù)手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.

[2]家用及其類似場所用過電流保護(hù)斷路器 第一部分 用于交流斷路器:GB 10963.1—2005[S].

[3]熱雙金屬帶材:GB/T 4461—2007[S].

BSB7 Series Circuit Breakers for Overcurrent Protection for Household and Similar Installation

SHIHongwei,SUNLiangquan,HUANGJie,LIHanping

(Zhejiang BSB Electrical Appliances Co., Ltd., Lishui 323000, China)

Abstract：This paper introduced the product structure,operating principle,fundamental parameters,and main technical characteristics of BSB7 series circuit breakers for overcurrent protection for household and similar installation.The characteristics were compared between hydraulic-electromagnetic release and hot-magnet release.BSB7 series circuit breakers not only has the advantages of stable overload protection characteristics,wide ambient temperature range,energy conservation and environmental protection,but also improves the short-circuit breaking capacity,which meets the requirements of terminal power distribution system at -40～+85 ℃of temperature environment.

Key words:miniature circuit breaker(MCB); hydraulic-electromagnetic release; operating principle; technical characteristics

收稿日期：2015-12-15

DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.04.015

中圖分類號：TM 56

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-8417(2016)04-0056-04

孫良權(quán)(1984—),男,工程師,從事低壓斷路器的研究與開發(fā)工作。

黃杰(1980—),男,工程師,從事低壓斷路器的研究與開發(fā)工作。