一种DPN结构电子式剩余电流断路器的研究

胡建平，徐应军

(1.湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421001;2.浙江正泰电气股份公司,浙江 乐清 325603)



一种DPN结构电子式剩余电流断路器的研究

胡建平1，徐应军2

(1.湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421001;2.浙江正泰电气股份公司,浙江 乐清 325603)

第四代工业用小型剩余电流动作断路器采用模块化、使用自由度高、性能稳定一致性好、模数少、使用方便等特点，因此具有极强的市场竞争能力和广阔发展前景。

工业用剩余电流断路器;DPN结构;三段式电子脱扣器

1 研究的意义

对工业产品而言，国内外传统产品是在MCB上加装剩作电流保护模块，如ABB公司的S系列塑壳断路器可拼装RC剩余电流保护模块构成剩余电流保护断路尺寸一样，可垂直安装，也可并列安装。目前我国生产DPN剩余电流断路器额定电流只到32A，且是RCBO整只产品出厂，而随着电力终端种类的增多，用户要求设计出满足他们使用要求的特殊产品越来越强烈，所以有必要开发一种新型剩余电流动作断路器。新一代工业用断路器的特点是由终端用户自行拼装，用户只需要购买需要的漏电模块(RC.元件)就可以自由组装自己需要的额定电流、脱扣型式的RCBO，同时该系列产品具有结构紧凑，模数较小的特点，而且其保护功能同样齐全，对用户使用和安装具有极强的吸引力。由此可见，开发第四代漏电断路器已是体现产品技术含量的新水平，所以开发高性能和适应市场发展的新型漏电断路器是势在必行的。成功开发出第四代工业用小型漏电断路器，不但可满足漏电断路器中高端产品用户的需要，同时也可提高我国企业自身的技术水平和行业地位，推动我国工业水平的提高具有十分重要的意义。

2 国内外研究现状和发展趋势

新一代电器的主要技术特征为：产品模块化——满足高端用户的需求，稳定的产品性能——结构设计优越可靠性高、产品微型化-模数少、高性能——额定电流至40A，分断能力6kA。根据国内外产品发展趋势，新四代工业用小型剩余电流动作断路器必须在以下几个方面有新的研究创新点：

(1)RC元件式结构

ABB公司、施耐德、西门子等欧美大部分公司新一代DPN产品采用了RC.元件式结构，该结构使用便利，具有很高的组合随意性，用户只需要购买需要的漏电模块(RC.元件)就可以自由组装自己需要的额定电流、脱扣型式的RCBO。同时在库存管理上因其分成两个模块，将会减少因排列组合产生的大量规格产品，缓减库存压力。

(2)检测模块、智能判定模块和驱动模块一体化结构

传统漏电产品其结构的检测模块(互感器)、只能判定模块(线路板)、和驱动模块(电子脱扣器)是分开的，它们靠连接引线将其有机地连接起来形成一个系统，这种结构产品会因连接引线引起装配方面的不便利，也会引线不易固定引起性能上的隐患。而新一代DPN电子式漏电断路器采用一体化结构，将这三个模块集成在同一块线路板上，整个结构形式整洁、质量稳定、装配工艺简单。

(3)高性能、多功能的新型电子脱扣器

新一代电子式脱扣器采用三段式结构，设计原理上取消了静铁芯，简化了设计，其性能更稳定可靠，同时三段式中心抽头式设计，利用了线圈本身的一部分特性，起到提高产品EMC性能的作用，同时对电子元件进行了保护，提高了其老化寿命；

(4)新型硬线成型工艺和装配工艺

传统DPN产品漏电模块和断路器模块主回路的电气连接使用软联结进行连接，其散热能力较弱，产品的额定电流一般只能做到32A，新一代DPN电子式漏电断路器主回路的电气连接使用漆包线，使用硬线成型工艺，将其加工成需要的形状后进行装配。

3 主要研究开发内容、技术关键及主要创新点

3.1 主要技术指标

(1)壳架等级电流：40A;

(2)额定电流：6A、10A、16A、20A、25A、32A 40A ;

(3)最大短路分断能力Icu/Ics：Ics=Icu=6kA ;

(4)机械寿命:20000次;

(5)电气寿命：10000次;

(6)额定剩余动作电流：30mA、100mA ;

(7)剩余电流动作时间：t<0.1s;

(8)使用环境温度:-25℃～70℃。

3.2 开关本体部分

(1)研究开发内容

①触头系统模块化，采用新型触头系统，充分利用电动斥力，减少分断时间，提高分断能力，具体见图1；

②灭弧系统采用磁吹加栅片的结构形式；

③操作机构采用四连杆机构，通过计算与分析解决目前触头压力偏小的问题；

④操作机构增加快速闭合；

⑤隔离功能采用触头支持状态；

⑥双稳态锁定夹的设计 图1 新型触头系统；

⑦安装接线指示功能设计。

(2)关键技术

触头使用银石墨粉末冶金的工艺直接嵌覆到触头，这样工艺触头温升低，导电性强的新技术。

图1 新型触头系统

3.3 智能控制部分

(1)研究开发内容

产品采用三段式电子脱扣器，将脱扣器的一部分作为阻抗串入电子原理设计，提升整个智能控制模块的电磁兼容性和电子元件老化性能。

(2)关键技术

脱扣器采用三段式技术，前部的脱扣线圈能够有效抑制间接雷击对漏电模块造成的冲击，并保护了防雷击器件，增强了产品的可靠性。

图2 三段式电子脱扣器铁心

3.4 漏电脱扣器部分

(1)研究开发内容

采用总体关键部件一体化结构，集成漏电产品检测模块、智能判定模块、漏电脱扣器三大模块为一体，提升产品的整机性能可靠性和装配可靠性。具体电路图见图3。

(2)总装技术

在设计时改变传统的互感使用软线引出线的方式，使用插针作为引出线，并设计固定结构，使其能方便安装在PCB上设计的固定位置中，焊接后与PCB形成一个整体；脱扣器重新设计，改变传统的全包式脱扣器变更为半包并扣在PCB对应固定位置，使其形成一

图3 集成电路图

个整体。通过尺寸链分析计算，设计出合理的硬线成型尺寸，使其能与互感器PCB、脱扣器一体化机构完成的组合起来，形成一个问题的内部结构，通过设计相应缺口和圆角解决了复杂形态零件的装配问题。具体图形见图4。

图4 DPN结构电子式剩余电流断路器总装图

4 应用前景

第四代工业用小型剩余电流动作断路器采用模块化、使用自由度高、性能稳定一致性好、模数少、使用方便等特点，因此具有极强的市场竞争能力和广阔发展前景。同时产品符合国家产业化政策污染小、制造过程资源、能源消耗低要求,符合欧盟相关指令要求，产品研制成功将带动整个行业的经济技术水平的发展。

[1] GB 16916.1-2013家用和类似用途的不带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCCB)[S].2013.

[2] IEC61009-1-2010剩余电流动作断路器(RCBO)[S].2010.

[3] EN60898 剩余电流动作断路器欧盟标准[S].

Research on an Electronic Residual Current Circuit Breaker with DPN Structure

HUJian-ping1,XUYing-jun2

(1.Hunan Vocational and Technical Gollege of High Speed Railway,Hengyang 421001,China;2.Zhejiang Zhengtai Electrical Apparatus Co.Ltd.,Yueqing 325603，China)

The miniature residual current circuit beraker for the fourth-generation industry adopts modularity and has high freedom,performauce stability and fine consistance,which has more competitive market and good development prospects.

residual current circuit breaker for industry;DPN structure;three-section electronic release

1004-289X(2015)04-0034-03

TM56

B

2014-12-30

胡建平(1982-)，工程硕士，湖南高速铁路职业技术学院讲师，主要从事电机电器研究。