1U安裝高度斷路器的研發(fā)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(xiàn)有5G網(wǎng)絡大規(guī)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(tǒng)的外形尺寸，簡化系統(tǒng)接線、便于系統(tǒng)維護，研發(fā)了安裝高度為1U的斷路器。

1 系統(tǒng)描述

模塊化電源系統(tǒng)由基礎單元和擴展單元兩部分組成，系統(tǒng)可通過擴展插框的方式實現(xiàn)系統(tǒng)容量增加和功能擴展，通過監(jiān)控模塊統(tǒng)一管理和控制?；A單元包含交流配電模塊、基礎整流模塊、監(jiān)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(tǒng)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(guī)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(fā)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(xiàn)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(fā)的閃弧，在產(chǎn)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(chǎn)品無法合閘；當產(chǎn)品插接到位后此卡扣彈起，產(chǎn)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(chǎn)品與銅排脫開問題，僅當產(chǎn)品分閘后拔出分合閘按鈕后產(chǎn)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(chǎn)品特征

4.1 接線能力

為減小產(chǎn)品的尺寸，63A和125A產(chǎn)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(jù)IEC 60934-2019附錄E中的內(nèi)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(jié)省前面板的接線空間，也能保證產(chǎn)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(yōu)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(fā)現(xiàn)，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(chǎn)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(shù)據(jù)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(chǎn)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(chǎn)品防反插設計

產(chǎn)品在開發(fā)初期考慮到直流配電產(chǎn)品需要反饋開關合分狀態(tài)，為防止反向也能將產(chǎn)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(chǎn)品的插入，有效防止反插。

4.3 抗雷擊電流

按系統(tǒng)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(chǎn)品需要承受以上要求的雷擊電流不動作，在產(chǎn)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(jīng)大量仿真及樣機摸底測試得出：63A產(chǎn)品在雷擊電流12.5kA不動作時的瞬時脫扣電流為730A±10%，125A產(chǎn)品在雷擊電流23.5kA不動作的瞬時脫扣電流為1 350A±10%，持續(xù)提高瞬時動作電流對抗雷擊電流改善不大。

5 結束語