表箱剩余電流動作保護(hù)器轉(zhuǎn)換底座的研制

倪素奎

（國網(wǎng)河南省電力公司衛(wèi)輝市供電公司，河南 衛(wèi)輝 453100）

隨著人們對電力安全的不斷重視，表箱中安裝了大量的剩余電流動作保護(hù)器。剩余電流動作保護(hù)器（residual current operated protective device，簡稱為RCD），又稱漏電保護(hù)器，簡稱保護(hù)器。在發(fā)生人身觸電或者漏電、火災(zāi)等事故時(shí)，流經(jīng)剩余電流動作保護(hù)器的電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)，能夠快速自動斷開電路，保護(hù)人身和設(shè)備的安全。由于剩余電流動作保護(hù)器型號多、安裝方式不同，導(dǎo)致新型固定方式的剩余電流動作保護(hù)器無法直接替代舊式剩余電流動作保護(hù)器，須要對安裝現(xiàn)場進(jìn)行改造，步驟多、耗時(shí)長，給一線工作造成巨大的壓力，研制新工具、改進(jìn)新方法迫在眉睫。

1 選擇課題

近30 年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，高靈敏度、快速動作型剩余電流保護(hù)裝置獲得了極大的發(fā)展。目前市場上，剩余電流保護(hù)裝置生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品型號不一。小組成員對衛(wèi)輝供電公司在運(yùn)的剩余電流動作保護(hù)器進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，主要是DZ47 型21 833 臺，占比53%。DZ15 型22 744 臺，占比38%。其他型號5 430 臺，占比9%。

DZ15 型剩余電流動作保護(hù)器由于體積大，占用表箱內(nèi)部空間多，現(xiàn)在使用的多為體積小巧的DZ47 型。根據(jù)應(yīng)用場景不同，每種型號的剩余電流動作保護(hù)器又分為單相型、三相三線型、三相四線型。DZ47 型剩余電流動作保護(hù)器固定方式為導(dǎo)軌安裝，DZ15 型為螺絲安裝，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、圖2 所示。

圖1 DZ15 型螺絲固定示意圖

圖2 DZ47 型導(dǎo)軌安裝示意圖

剩余電流動作保護(hù)器損壞后須及時(shí)進(jìn)行搶修更換，由于DZ15 型剩余電流動作保護(hù)器型號老舊、采購困難，備品備件無法滿足要求。DZ15 型剩余電流動作保護(hù)器同種型號間更換平均用時(shí)8.7 min，用DZ47 型剩余電流動作保護(hù)器替代安裝平均用時(shí)18.7 min。替代安裝平均用時(shí)比同型號間更換平均用時(shí)長10 min，是同型號間更換平均用時(shí)的2.1 倍。

經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，DZ47 型剩余電流動作保護(hù)器替代DZ15 型總用時(shí)平均總用時(shí)18 min，安裝固定導(dǎo)軌平均用時(shí)為13 min，占比72%，安裝固定導(dǎo)軌用時(shí)占比大，為影響更換效率的關(guān)鍵因素。受制于現(xiàn)場作業(yè)條件，如工具運(yùn)用情況、表箱材質(zhì)、人員技能水平等。根據(jù)以上分析，亟須研制一種新的裝置，減少DZ47 型剩余電流動作保護(hù)器替代DZ15型的安裝步驟，降低安裝耗時(shí)，提高搶修效率。

2 設(shè)定目標(biāo)及目標(biāo)可行性論證

研制一種適用于表箱剩余電流動作保護(hù)器的轉(zhuǎn)換底座，能夠?qū)崿F(xiàn)DZ47 型剩余電流動作保護(hù)器替換DZ15 型所需固定導(dǎo)軌的快速安裝。將量化目標(biāo)值定為：安裝導(dǎo)軌的時(shí)間由原來的13 min 降低至2 min。

通過對電源轉(zhuǎn)換插頭和汽車牌照轉(zhuǎn)換架借鑒技術(shù)的分析，與表箱剩余電流動作保護(hù)器轉(zhuǎn)換底座滿足需求要實(shí)現(xiàn)的功能對比，借鑒物理結(jié)構(gòu)、安裝方式、通用性、不破壞設(shè)備本體、簡化流程等技術(shù)特點(diǎn)可以應(yīng)用到轉(zhuǎn)換底座研制中，滿足功能需求。通過模擬試驗(yàn)結(jié)果，安裝底座（含導(dǎo)軌）平均用時(shí)為1 min 51 s，考慮模擬盤和實(shí)際表箱的差異，保留一定裕度，將安裝底座（含導(dǎo)軌）的目標(biāo)時(shí)間設(shè)定為2 min 是可行的。

3 提出方案并確定最佳方案

3.1 提出方案

在課題目標(biāo)確定后，小組根據(jù)課題需求和借鑒技術(shù)原理，明確了研制表箱剩余電流動作保護(hù)器轉(zhuǎn)換底座的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思路。明確表箱剩余電流動作保護(hù)器轉(zhuǎn)換底座結(jié)構(gòu)分為3 部分：連接表箱結(jié)構(gòu)、本體結(jié)構(gòu)和固定保護(hù)器結(jié)構(gòu)。

3.2 分解方案的選擇

表箱結(jié)構(gòu)的主要作用是連接表箱，根據(jù)細(xì)化方案分析，連接表箱結(jié)構(gòu)可采用獨(dú)立結(jié)構(gòu)和融合結(jié)構(gòu)2 種方案。獨(dú)立的連接表箱結(jié)構(gòu)為獨(dú)立部分；融合的連接表箱結(jié)構(gòu)是與本體結(jié)構(gòu)合二為一，本體結(jié)構(gòu)能夠同時(shí)連接表箱和固定保護(hù)器結(jié)構(gòu)。經(jīng)過分析最終采用結(jié)構(gòu)簡單、安裝牢靠的融合結(jié)構(gòu)。

本體結(jié)構(gòu)的主要作用是連接表箱和DZ47 型剩余電流動作保護(hù)器的安裝導(dǎo)軌，由寬度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)、分段連接結(jié)構(gòu)、平整限位結(jié)構(gòu)3 部分組成，同時(shí)還涉及本體材料選擇。為了滿足通用性的功能需求，表箱剩余電流動作保護(hù)器轉(zhuǎn)換底座要通過寬度調(diào)節(jié)選擇對應(yīng)的DZ47 型剩余電流動作保護(hù)器單相、三相三線、三相四線3 種模式，不同模式下轉(zhuǎn)換底座尺寸應(yīng)能滿足DZ47 型保護(hù)器安裝尺寸要求。根據(jù)以上功能需求分析，寬度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)可采用兩分段調(diào)節(jié)和三分段調(diào)節(jié)2 種方案，經(jīng)過分析采用結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方式靈活的三分段調(diào)節(jié)方案。分段連接結(jié)構(gòu)可采用榫卯式和轉(zhuǎn)軸式2 種方案，經(jīng)過分析最終采用了結(jié)構(gòu)簡單、強(qiáng)度高的六合頁轉(zhuǎn)軸式方案。平整限位結(jié)構(gòu)可采用加裝限位塊和兩端折彎90° 2 種方案，經(jīng)過分析最終采用結(jié)構(gòu)簡單、制作便捷的兩端折彎90°方案。表箱剩余電流動作保護(hù)器轉(zhuǎn)換底座材料常用的金屬材料有Q235 碳素鋼，201 不銹鋼，304 不銹鋼，經(jīng)過分析最終采用強(qiáng)度更高的304 不銹鋼材質(zhì)。

固定保護(hù)器結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)軌選擇和導(dǎo)軌固定結(jié)構(gòu)2 部分，導(dǎo)軌長度與底座寬度保持一致，其中導(dǎo)軌選擇有廠標(biāo)導(dǎo)軌和國標(biāo)導(dǎo)軌2 種；導(dǎo)軌固定方式有螺絲固定和鉚釘固定2 種。經(jīng)過對比分析表箱剩余電流動作保護(hù)器安裝轉(zhuǎn)換底座導(dǎo)軌采用材質(zhì)強(qiáng)度高的國標(biāo)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌固定方式采用尾部鉚接扁平，開合角度大的鉚釘固定方案。

4 制定對策并實(shí)施

小組對最優(yōu)化方案進(jìn)行分析討論，根據(jù)5W1H原則，制定了對策表，確定了相應(yīng)的對策、措施、具體實(shí)施人及實(shí)施時(shí)間等。

4.1 對策一：制作三分段寬度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)

根據(jù)對策目標(biāo)的要求，對照現(xiàn)有剩余電流動作保護(hù)器安裝尺寸和外形尺寸，轉(zhuǎn)換底座三分段調(diào)節(jié)方式，單相模式時(shí)，外尺寸為66 mm × 225 mm，三相模式時(shí)，外尺寸確定為113 mm × 225 mm。板材厚度選擇強(qiáng)度適中、經(jīng)濟(jì)性好的1.0 mm 厚304 不銹鋼。根據(jù)最佳方案，采用AutoCAD 軟件繪制了底座三分段調(diào)節(jié)CAD 圖紙。根據(jù)圖紙尺寸用鐵皮裁制了三塊對應(yīng)的板子，來模擬底座三分段調(diào)節(jié)。根據(jù)檢查設(shè)計(jì)的底座3 分段調(diào)節(jié)方式，尺寸滿足轉(zhuǎn)換底座寬度調(diào)節(jié)范圍66～113 mm，對策一目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

4.2 對策二：制作轉(zhuǎn)軸式分段連接結(jié)構(gòu)

小組成員用SolidWorks 繪圖軟件，繪制了轉(zhuǎn)換底座一體型轉(zhuǎn)軸合頁3D 圖并委托加工廠進(jìn)行了制作。經(jīng)過測試轉(zhuǎn)換底座轉(zhuǎn)軸式分段連接結(jié)構(gòu)，開合角度范圍折疊時(shí) ≤ 0°，展開時(shí) ≥180°，對策二目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

4.3 對策三：制作90°平整限位結(jié)構(gòu)

小組成員用SolidWorks 繪圖軟件，繪制了折彎限位3D 圖，并委托加工廠，利用數(shù)控折彎機(jī)，將底座鋼板兩端折彎90°，折彎長度7.5 mm?？紤]到兩端折彎后，存在導(dǎo)線劃傷的風(fēng)險(xiǎn)，小組成員經(jīng)過討論在折彎處增加了絕緣橡膠條，起到保護(hù)作用。經(jīng)過測試轉(zhuǎn)換底座采用兩端折彎90°平整限位結(jié)構(gòu)后，底座展開最大角度為180°，底座平整，對策三目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

4.4 對策四：鉚釘固定安裝導(dǎo)軌

小組成員采購了型號為TH35-7.5 的C45 國標(biāo)安裝導(dǎo)軌，根據(jù)安裝導(dǎo)軌安裝孔的尺寸，小組成員采購了型號為M4 × 4 mm 型鉚釘。小組成員在檢修庫房對導(dǎo)軌進(jìn)行了切割，并通過鉚釘進(jìn)行固定。小組成員對測量的切割尺寸進(jìn)行了數(shù)據(jù)正態(tài)性檢驗(yàn)，正態(tài)分布P值為0.793（大于0.05），數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，對切割尺寸進(jìn)行了過程能力指數(shù)分析，結(jié)果為CPK = 1.63，過程能力充分，切割尺寸整體誤差可控，能力充分，滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過檢測轉(zhuǎn)換底座鉚釘鉚接安裝導(dǎo)軌，導(dǎo)軌切割誤差 ≤ 1 mm，鉚釘安裝無松動，對策四目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

4.5 對策五：整體測試實(shí)驗(yàn)

小組成員將制作好的轉(zhuǎn)換底座送至河南電力科學(xué)研究院電工材料檢測與評估實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試，屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、耐腐蝕性等均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。小組成員對表箱剩余電流動作保護(hù)器裝換底座在模擬盤上進(jìn)行了50 次測試，經(jīng)過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制直方圖可以得到，所有安裝時(shí)間在1.6 min 到1.95 min 之間；在安裝時(shí)間區(qū)間圖中可以得到，安裝時(shí)間分布在平均值的95% 置信區(qū)間內(nèi)，替換DZ15 單相型時(shí)轉(zhuǎn)換底座的時(shí)間集中分布在1.72～1.77 min。更換DZ15 三相型時(shí)轉(zhuǎn)換底座的時(shí)間集中分布在1.87～1.95 min，數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示安裝時(shí)間均在2 min 內(nèi)，根據(jù)2 型號不同呈雙峰分布，安裝結(jié)果經(jīng)檢測全部合格。轉(zhuǎn)換底座實(shí)現(xiàn)DZ47 替代DZ15 型剩余電流動作保護(hù)器，轉(zhuǎn)換底座安裝時(shí)間為1.83 min，小于2 min，且同時(shí)適配單相、三相三線、三相四線型剩余電流動作保護(hù)器，如圖3、圖4所示，對策五目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

圖3 剩余電流動作保護(hù)器安裝底座折疊展開示意圖

圖4 剩余電流動作保護(hù)器安裝底座安裝模式示意圖

5 效果檢查

經(jīng)衛(wèi)輝市供電公司主管生產(chǎn)和安全的副總經(jīng)理批準(zhǔn)，在公司范圍內(nèi)進(jìn)行小批量應(yīng)用。小組成員在對使用轉(zhuǎn)換底座的30 個(gè)工作現(xiàn)場進(jìn)行了跟蹤觀察，安裝固定導(dǎo)軌的平均用時(shí)由13 min 下降到平均1 min 50 s，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。表箱剩余電流動作保護(hù)器轉(zhuǎn)換底座應(yīng)用后， DZ47 型剩余電流動作保護(hù)器代替DZ15 型的安裝過程中，更換步驟由7 個(gè)減少到為5 個(gè)，操作流程縮短，更換時(shí)間大幅降低。使用新研制的表箱剩余電流動作保護(hù)器轉(zhuǎn)換底座后，在用DZ47 型剩余電流動作保護(hù)器代替DZ15 型的過程中，平均用時(shí)6.9 min，其中安裝固定底座平均用時(shí)1.9 min，同比減少11.1 min，占比27%，同比降低45 百分點(diǎn)。

6 結(jié)束語

本文研制的表箱剩余電流動作保護(hù)器轉(zhuǎn)換底座，實(shí)現(xiàn)了DZ47 型剩余電流動作保護(hù)器替代DZ15 型的快速安裝，通過使用表箱剩余電流動作保護(hù)器轉(zhuǎn)換底座使備品儲備由原來的6 種減少到現(xiàn)在的3 種，即可滿足搶修需求，減少50%的庫存。替代安裝流程的規(guī)范性、安全性、效率同步提升，并產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效益。一方面可減少重新領(lǐng)取備件造成往返情況的發(fā)生，從而提升搶修效率，提高客戶滿意度，提升優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平；另一方面少表箱剩余電流動作保護(hù)器損壞后，因無對應(yīng)備件而造成表箱剩余電流保護(hù)缺失，從而減少越級跳閘等大面積停電事故發(fā)生，提高供電可靠性。

成果完成后，經(jīng)檢驗(yàn)取得了顯著的效果。小組成員將整個(gè)活動過程中的資料進(jìn)行歸檔，并編制了表箱剩余電流動作保護(hù)器轉(zhuǎn)換底座使用說明書，為確保現(xiàn)場應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，小組成員又編制了表箱剩余電流動作保護(hù)器轉(zhuǎn)換底座作業(yè)指導(dǎo)書，并將表箱剩余電流動作保護(hù)器轉(zhuǎn)換底座的相關(guān)技術(shù)文件納入了標(biāo)準(zhǔn)文件，同時(shí)申請發(fā)明專利1 項(xiàng)，實(shí)用新型專利1 項(xiàng)。

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