DW15-4000万能式断路器创新设计与应用

王淑梅 陈恩光 葛凤科

引 言

为了更好的了解目前市场上用量比较多的几种万能式断路器产品，我们从科技含量上、技术性能上、结构特性上，经济指标上进行分析比较。企业可以根据实际情况选择不同类型的断路器，见表1。

本文以DW15-4000、DW15HH-4000和CFW45-4000三个具有代表性的产品进行分析对比，从而反映出不同时期产品的特点。

由上表可见，CFW45在额定极限短路分断能力上高于DW15万能式断路器，额定电流使用范围大、飞弧距离远小于DW15产品、结构安装体积小。特别在技术性能上，由于CFW45采用智能脱扣器，过电流的保护范围，准确性、选择性、可靠性远远高于DW15系列万能式断路器。

目前万能式断路器正在向高性能、多功能的、可以实现四邀功能的方向发展，以提高与国外同类产品的竞争力度。

另外，适合我国国情的，对我国第二代断路器产品进行了二次开发的产品也在广泛应用。

但是，我们国家幅员辽阔，地域经济发展差别较大。西部地区的经济逐渐向东部经济发达的沿海地区跟进发展，万能式断路器开发和使用水平也在不断地过渡。

现阶段对于地域经济不发达的边远地区，各工矿企业、乡镇企业的配电系统选用技术经济指标适中、价格低廉的老产品还很多，例如DW15系列、DW16系列（统称老产品）。由于经济条件的限制不可能马上都普及高性能、多功能、价位高、智能型万能式断路器产品。要想将高短路分断能力、保护智能化、结构模块化塑壳化、体积小、容量大、高可靠性万能式断路器产品完全替代老产品今后还需要努力和时间。所以在现实的情况下，节约铜材料、降低成本、提高工作效率，使老产品能在中小型企业发挥更大的作用。

DW15-4000万能式断路器

DW15系列万能式断路器是70年代末80年代初我国自主开发的产品，虽然已有多年生产历史，但是该产品无论是生产量、销售量还依然受到用户的青睐，它的最大优点就是操作简单可靠、价格低廉。目前广泛用于工业、农业及其他行业。是广大工矿企业配电系统断路器首选产品之一。该产品的性能及技术指标、保护特性等还可以满足我国现阶段某些地区电力配电系统的要求。

可是这些老产品的另一个特点是触头系统支架原设计采用黄铜材料，由于国内外铜材市场价格不断地变化；企业人工费用也在上调，使该断路器的成本增加，本来这些老产品销售价位低，利润空间就很小，成本上升使生产企业负担很大。现实中企业也为生存和发展思虑，摸索改进创新的方案。现就DW15-4000万能式断路器导电系统铜支架改进创新的新型塑料基座阐述如下：

改进设计原则及优越性

⑴ 新型塑料基座设计的基本原则是在不改变产品技术性能、技术指标的前提下，改变触头支架的材质并与原底板同样材质，采用热固性塑料压制为一体新型塑料基座。改进后的安装尺寸、各个配合尺寸等保持不变；

⑵ 新型塑料基座改进设计保证原设计铜支架与底板固定后的空间位置及装配尺寸不变；

⑶ 新型塑料基座改进设计的零部件应设计合理、工艺性好，让外协加工单位容易加工，不需要增加太多的模具制造费用；

⑷ 提高绝缘性能、增强机械强度，达到产品标准要求。

⑸ 装配工序减少，提高工作效率，并且调节、整定方便。

DW15-4000断路器导电系统的改进

1 结构设计

1.1 原设计导电系统铜支架

原设计DW15-4000万能式断路器导电系统支架材质为黄铜H62，每台断路器需要9个，见图1所示。黄铜支架在加工工艺方面材料利用率比较低，成本比较高。

1.2 原设计DW15-4000万能式断路器的导电系统，见图3，该导电系统是由塑料底板（见图2）接触系统、过电流脱扣器等组成。塑料底板上装有导电板及静弧触头。接触系统是通过轴与铜支架连接，接触系统支架（此支架的轴孔铆接铜套，铜套起轴承作用）与轴为间隙配合，以保证接触系统转动灵活。

由于铜支架的安装是由螺栓与底板的通孔间隙的位置决定的，由于间隙量比较大，至使触头系统的静、动触头接触的同步性、接触线有左右或者上下偏移可能、同时三相间触头的平行度都会受到很大的影响，甚至由于静、动触头接触的上下位置不同也影响三相触头在分断时的引弧能力。

所以说原导电系统结构存在零件较多、装配及调节工序繁锁、工效低且耗费铜材等缺陷。

图2原设计4000A的塑料底板及铜支架

图3 原设计4000A导电系统

1.3 改进后的热固性新型塑料基座

改进设计是将支架铜材质改为与塑料底板相同材质的热固性塑料压制而成的，是合二为一体的新型基座，见图4 。

图4 改进设计4000A新型热固性塑料基座

1.4 新型基座的特点

1.4.1新型基座的特点是外形新颖，结构简明；

1.4.2基座总长度的设计、支架轴孔的高度、轴孔尺寸及装配位置等设计正确、合理；

1.4.3其塑料支架部分臂厚以及弧度R的设计有新创意，完全可以保证机械强度的要求，能够避免短路时巨大的电动力和热动力造成的危害；

1.4.4 新型基座设计主要的配合尺寸及空间尺寸要保证断路器原设计的合理性、可靠性。新型基座与断路器的其它部件配合的安装尺寸、新型基座与导电板配合的安装尺寸以及与过流脱扣器下母线连接的孔间距尺寸，精确度高。

也就是说新型塑料基座完全可以满足触头参数的要求，即满足产品标准的要求。

1.5 新型塑料基座构建断路器的导电系统

新型塑料基座是改为合为一体热固性塑料压制成的结构。改进后的基座使整个导电系统结构更加紧凑，更加合理，见图5。

在新型塑料基座上装有导电板、接触系统、过电流脱扣器。触头系统通过绝缘拉杆和转轴相连，转轴再通过传动连杆与操作机构相连，触头系统的支架孔（铆接轴套）以轴为圆心转动使其触头系统的动弧触头与静弧触头拍合，此时可以考核断路器触头系统的开距、同步性；进而进行断路器闭合操作使动主触头、静主触头的接通，最终实现断路器的闭合或断开。此时考核断路器触头系统的触头超程和触头压力来达到产品标准的要求。

图5 改进设计的导电系统

1.6 触头系统转动灵活的保证

触头系统中的触头支架（铆接铜轴套）与轴间隙配合，轴安装在新型基座塑料支架轴孔处被支撑着，触头系统是以轴为圆心转动，由于设计时轴尺寸保持原设计数据不变，使触头系统转动灵活依然得以保证。

1.7 新型塑料基座支架部分强度的保证

为了保证改进的新型塑料基座支架部分能够达到产品标准的额定短路分断能力试验时所产生的巨大电动力和热动力的强度要求和操作性能试验（寿命试验）要求，在设计新型基座塑料支架强度上考虑了以下措施：见图4。

① 设计时，要保证塑料支架的强度，必须增加塑料支架臂的厚度；

② 增加了塑料支架底部的厚度，使之牢固，防止塑料支架变形，避免因巨大的电动力、热动力造成机械性损伤或破坏。

③ 增加了塑料支架上部形状的弧度。

④ 增加了塑料支架与两侧板边部连接处形状的设计，当短路分断塑料支架受力时，支架与底板不容易撕裂。

⑤ 增加了塑料支架与底板下母线连接处，螺栓固定的宽度。目的是塑料基座底板免受机械应力时断裂。

1.8 新型基座塑料支架触头参数的保证

因为新型基座塑料支架部分与触头支架（支架铆接铜轴套）宽度之间的间隙很小，再加上开口销固定，使三相触头左右偏移量小，即三相触头系统平行度能满足要求。

在设计新型基座塑料支架轴孔时，严格按原设计铜支架与底板的安装位置的尺寸，经过准确计算确定轴孔位置的尺寸。而且严格要求保证两个孔的同轴度（见图4所示）。这样以来触头系统动触头与导电板上的静触头的接触线不会上下歪斜，避免用榔头锤打的方法来调节整定,所以调节、整定方便使整个调整过程省事、省时间，提高生产效率。

在设计新型基座塑料支架轴孔位置时，要保证触头系统触头超程、触头压力符合产品标准要求。

2 新型基座对过电流脱扣器的空间位置、安装位置的设计

在新型基座设计时，保证了断路器总体的结构不变，即空间位置（外形尺寸）应保持不变，其目的是在断路器零部件装配过程中，不能影响邻近部件的安装，就不会出现任何卡碰、转动迟滞等现象。新型基座长度尺寸的确定，考虑装配人员操作时不会对部件的损伤。

3 采用改进后新型基座的断路器性能与指标

由改进后塑料基座组装的触头系统，与其他部件构成完整的断路器后，按GB14048.2断路器标准进行试验、验证。改进后的性能与指标如下：

3.1 瞬时过电流整定试验，见表2。

瞬时过电流整定试验后，触头系统塑料支架没有任何磨损。

3.2 额定短路分断能力，见表3。

短路分断能力试验后，触头系统塑料基座没有机械性损伤，绝缘性能良好，介电耐受能力符合标准要求。

3.3 断路器的操作性能，见表4。

试验后，触头系统塑料支架有轻微磨痕，没有出现变形等现象。

3.4 采用新型基座的断路器的绝缘性能

新型基座的材质是采用热固塑料压制而成的，这种整体结构形式不仅提高了绝缘性能，而且也提高了运行的可靠性

3.5 改进后新型基座断路器的经济效益

采用改进后的新型基座的断路器，节约了大量的铜材料，如果每台按节约80元计算，年产量如果是5000台，一年可节约40万元；另外提高劳动生产率，无形的经济效益也很可观。

结语

DW15系列万能式断路器是我们国家自行设计的第二代低压电器产品，产品的设计、生产是经过了几十年的考验，正因为他们有很多优点，又适合我们国情，所以至今还依然广泛应用于中小企业的配电系统中。为了更好的适应各行业经济建设的需要，应该合理选用、利用老产品。应该按照现阶段设计的主导的思路进行结构塑壳化原则，改进创新将有色金属支撑件塑料化，降低成本。 这条路是非常可行的，将使老产品的改进为电器行业经济发展迈出一条新的路。

通过上述设计改进，简化了断路器导电系统的结构，在保证原机机械寿命、电寿命的基础上，具有装配简单、提高产品可靠性和工作效率，节约了材料，降低了生产成本的优点。目前此项设计已经广泛的应用在电器制造行业中。

[1] JB/T 8590-2006 《DW15系列万能式断路器》机械行业标准

[2] DW15HH-2000、4000万能式断路器-上海电器科学研究所统一设计产品

[3] 万绍尤.低压空气断路器.江苏：江苏科学技术出版社,1989.

表2

表3 额定短路分断能力

表4 操作循环次数