CM3DC-100直流塑壳断路器结构特点及设计

CM3DC-100直流塑壳断路器结构特点及设计

陈玉兵

常熟开关制造有限公司

摘要：介绍了直流塑壳断路器CM3DC-100从CM3-100C塑壳断路器基础上进行改进设计。分析了影响断路器配电功能和保护功能的主要因素。通过对操作机构及灭弧系统等方面的改进设计，确保可靠分断和保护特性稳定，通过了对改进后的试品试验验证，完成了CM3DC-100 直流塑壳断路器的改进设计目的。

关键词：直流塑壳断路器；操作机构；灭弧系统；保护特性

随着中国对世界作出的————

随着科学技术的不断进步，各断路器制造商对断路器制造水平有了很大的提高，国内外低压断路器向小型化、高分断的趋势发展，再加上最近几年断路器的制造成本增加了很多，要想在市场经济中立于不败之地，具有竟争优势，必须研发出可靠性有所提高，制造成本有所下降的适应于趋势发展的节能降耗的产品，常熟开关制造有限公司为适应新形势的需求，对CM3-100C塑壳断路器从用于交流系统改进设计到用于直流系统，取型号为CM3DC-100，并通过了“CCC”认证。

1. CM3DC-100的技术性能

CM3DC-100直流塑壳断路器实现DC1000V条件下的短路电流分断及正常小电流通

断，无正负极极性要求的直流分断技术。直流塑壳断路器的可靠运行，主要表现在它的配电功能可靠性和保护功能可靠性。

（1）较低的温升是保证配电功能可靠性的基础。断路器的温升过高，会带来绝缘下降、寿命降低、保护功能动作紊乱，严重的还会引起内部短路等一系列隐患，因此温升符合标准要求是保证配电功能可靠性的最基本条件。————

（2）温升、热磁性能稳定和足够的分断能力是实现保护功能可靠性的基础。断路器的保护功能可靠性是指负载出现过载、短路等异常情况时，它能有效执行过载(反时限)延时脱扣和短路(深度过载)瞬时脱扣。这里的“脱扣”，取决于电磁系统的稳定性和触头灭弧系统的承受可靠分断电流的能力、直至分断额定极限短路电流，还取决于温升稳定的允许限度之内。

2. 改进措施

2.1 分断可靠性

在交流系统中, 电流每周波有两次自然过零点,交流断路器就是充分利用此时机熄灭电弧, 完成介质恢复。而直流系统不存在自然过零点，因此开断直流电路就要困难许多。

2.1.1直流断路器的熄弧机理

分断直流电路时，如被分断的电流以及分断后加在触头间隙的电压都超过一定数值，则触头间直接产生电弧。电弧总压降Uh由阳极压降Ua、阴极压降Uk以及弧柱压降Uz三部分组成，即：Uh=Ua+Uz+Uk ，其中Ua与Uk之和为近极压降、Uz=EZ*LZ （EZ弧柱电位梯度，

V/cm ；LZ电弧长度，cm ）。实践和理论都证明：增大直流电弧的总压降Uh可以提高直流电弧的静伏安特性，促进直流电弧的熄灭。

2.1.2操作机构的改进设计

为了实现CM3DC-100直流塑壳断路器的高分断能力和高机械寿命，首先建立断路器的ADAMS仿真模型————

在此过程中一并对原机构的分闸和脱扣开距进行设计改进。

2.1.3触头系统的改进设计

首先对软联结加工进行工艺上改进，之前软联结为人工拼头点焊后再人工切断，通过购买新数控自动电阻焊机对软联结用自动定型下料。人工下料时，尺寸精度差，惟恐短料而报废，故一般都取正公差。改为自动下料后，由于精度提高(达±0.2 mm，所以改后的软联结尺寸公差可取±0.65 mm，之前取为±2 mm)，实际加工时设定为下差，所以实际上软联结的总长减短约5%。另一方面，软联结的过长，除了会增大功耗外，其折弯走线还要占据了本已十分紧凑的空间，还会带来动作机构运动受滞的隐患，自动下料的软联结长度一致，保证了动作机构运动的相对稳定。其次对动触头进行改进，为了提高动触头抗弯性能，采用了材料性能更优的铜铁合金材料——

分析触头间的霍姆力和回路的洛仑兹力的基础上，优化了触头和回路参数，在短路电流情况下触头间的电动斥力得到提高，使接通的触头快速分开，触头间形成迅速增长的电弧电压，从而来限制短路电流的增长，同时满足在过载电流下的动热稳定性。

2.1.4灭弧系统的改进设计

利用ANSYS软件对灭弧室内的气压进行仿真分析，在此基础上对灭弧室进行创新设计，加强灭弧室下部的引弧性能，设置产气材料增强灭弧室内外的压力差，从而促进电弧的快速移动，减少触头的烧损。

2.2 保护特性的稳定性设计

由于电流变为630 A，保护特性中的瞬动和延时都早动作，为了符合630 A的保护特性范围，对电磁系统中的弹簧参数进行了重新设计，对热元件的材料进行重新选择，使发热降低。

3. 验证

4. 结语

由于改进设计后的CM3DC-100，采用了先进的狭缝增压灭弧技术，在短路开断情况下的限流性能和允通能量方面均有良好的表现，具有较高的分断体积比。

CM3DC-100直流塑壳断路器具有结构紧凑、体积小、短路分断能力高、带隔离、绝缘性能好、额定工作电压高等技术特点，以产品外形美观、安装方便、运行可靠、维护简便的产品特色，在推广过程中，将倍受电气设计工程师的青眯，在新能源系统尤其是太阳能发电系统中具有极高的应用价值和广阔的应用前景。

参考文献

[1] GB 14048.2-2008 低压开关设备和控制设备 第2部分：断路器[S].