BSB7系列家用及类似场所用过电流保护断路器

施宏伟,　孙良权,　黄　杰,　李汉平

(浙江百事宝电器股份有限公司, 浙江 丽水　323000)



BSB7系列家用及类似场所用过电流保护断路器

施宏伟,孙良权,黄杰,李汉平

(浙江百事宝电器股份有限公司, 浙江 丽水323000)

摘要：介绍了 BSB7系列家用及类似场所用过电流保护断路器的产品结构和工作原理、基本参数和主要技术特点,并比较了液压-电磁脱扣器与热-磁式脱扣器的特点。提出BSB7系列断路器既保持了液压-电磁式脱扣器的过载保护特性稳定、使用环境温度范围广、节能环保等的优点,又提高了短路分断能力,满足在-40～+85 ℃温度环境下终端配电系统的需要。

关键词：小型断路器; 液压-电磁式脱扣器; 工作原理; 技术特点

0引言

GB 10963.1—2005《家用及其类似场所用过电流保护断路器 第一部分 用于交流断路器》[1]中第7.1.1条规定:小型断路器(Minituture Circuit Breaker,MCB)的使用的环境温度为-5～+40 ℃,对于周围环境温度高于+40 ℃时,各生产厂家都会在使用说明书中给出推荐的使用规范和具体数据,但对于环境温度低于-5 ℃时,在-40～-10 ℃时,如使用热-磁式MCB时,会造成过载特性偏移或不动作,起不到保护线路和设备的作用,导致设备烧损,甚至引起火灾或酿成人员伤亡的重大事故。同时依据GB/T 4461—2007《热双金属带材》[2],热双金属片的线性温度的下限为-20 ℃。

为了解决-10 ℃及其以下环境温度下配电线路保护的问题,开发了BSB7系列液压-电磁式MCB,其过载保护脱扣特性能满足在-40～+85 ℃环境温度下可靠工作。

由于液压-电磁式脱扣器结构的分断速度一般比较慢,影响了MCB分断能力的提高。BSB7系列采用了大电流斥开快速动作机构和增大触头开距及磁吹气吹等措施,提高了电弧电压,并快速熄灭电弧,提高了分断能力,达到交流230 V,6 kA(1 P),直流125 V,6 kA。

1产品结构和工作原理

1.1产品结构

产品主要由操作机构、液压-电磁脱扣器、动触头、静触头、灭弧室、外壳、接线端子、手柄、安装轨卡等组成。产品外形和内部结构如图1、图2所示。

1.2操作机构及工作原理

产品操作机构采用四连杆机构原理,主要由手柄、机架、跳扣、锁扣、上下连杆、动触头、弹簧和轴销等组成,其动作形式为慢合快分结构。产品操作机构的结构紧凑,零部件数量少,装配铆接点焊工艺方便,有利于批量生产和降低成本。

图1　产品外形

图2　产品内部结构

在正常工作情况下,机构处于四连杆机构,用手柄操作,可进行分闸或合闸。当线路处于过载或短路状态时,脱扣器衔铁吸合,使跳扣与锁扣解锁,四连杆机构转换为五连杆机构,在机构弹簧的作用下,动触头快速分闸,机构处于自由脱扣状态。

1.3触头灭弧系统及工作原理

触头灭弧系统由动静触头、灭弧室、静触头引弧片、动触头引弧片组成。动静触头上分别焊接抗熔焊、耐磨损、低电阻率的银合金触头材料,同时将触头开距增加到7～8 mm。灭弧室采用金属栅片灭弧室,用薄钢板制成灭弧栅片,并铆接在钢纸板上,灭弧栅片镀(Cu+Ni)。在动静触头与灭弧室之间装有用薄钢板制成的表面镀Cu的静触头引弧片和动触头引弧片。

灭弧室采用金属栅片灭弧原理,在磁场和气流场的作用下驱使电弧进入灭弧室,形成电弧电

压,限流、冷却、过零熄灭。在动静触头与灭弧室之间设计了静触头引弧片和动触头引弧片,使电弧能快速引向灭弧室。

产品采用了大电流斥开快速动作机构,在大电流分断时动、静触头之间产生比较大的电磁斥力,使动、静触头能在操作机构刚开始动作时快速斥开,迅速建立电弧电压,起到限流作用(限流系数达到0.5左右),提高了分断能力。

1.4液压-电磁脱扣器工作原理

液压-电磁脱扣器由油管、铁心、油杯弹簧、极靴、硅油、线圈、磁轭、衔铁、衔铁弹簧组成,如图3所示。

图3　液压-电磁脱扣器组成

当线圈流过的电流大于额定电流时(如1.45In),线圈对铁心产生的电磁吸力大于油杯弹簧对铁心的反作用力,铁心逐渐向极靴方向移动,磁回路的磁阻逐渐变小,吸力逐渐增大,期间硅油沿着铁心和油管之间的间隙缓慢向油管底部移动,并在硅油黏度的作用下产生一定的延迟,当铁心运动到接近极靴时,线圈对衔铁的吸力大于衔铁弹簧的反力,衔铁被吸合,快速推动机构解锁,切断电源。

当线圈流过较大的短路电流时(B特性,5In;C特性,10In或Icn为6 kA),线圈产生足够大的磁通吸力,直接将衔铁吸合,快速推动机构解锁,开关动作,切断电源。

2基本参数

产品基本参数如表1所示。

表1产品基本参数

产品型号BSB7-63/1PBSB7-63/2PBSB7-63/3PBSB7-63/4P符合标准GB10963.1—2005 GB10963.3—2015额定工作电压/VAC230/400DC125AC230/400DC250AC400DC500AC400VDC500额定电流/A1、3、6、8、10、13、16、20、25、32、40、50、63额定冲击耐受电压Uimp/V6000600060006000产品极数1P2P3P4P短路分断能力/kAAC230/400V6666DC12566(2P串联)——DC250—6(2P串联)——DC500——4.5(3P串联)6(4P串联)脱扣曲线B、CB、CB、CB、C寿命/次电寿命6000600060006000机械寿命10000100001000010000使用温度范围/℃-40～+85-40～+85-40～+85-40～+85外形尺寸(不含手柄)/mm18×93×6636×93×6654×93×6672×93×66安装方式35mm标准导轨35mm标准导轨35mm标准导轨35mm标准导轨接线能力/mm20.5～350.5～350.5～350.5～35

3主要技术特点

(1) 使用环境温度范围广。液压-电磁式脱扣器通过线圈电流将电能转化为磁通,磁通随着线圈中流过的电流大小变化而变化,其吸力大小与磁通成正比,与使用环境温度无关,而硅油可在-50～+200 ℃温度范围内可靠工作(硅油黏度的温度变化系数低,受环境温度变化影响很小)。目前,市场上MCB基本都采用热-磁式脱扣器,通过热双金属元件(或三金属元件)过载加热弯曲而动作,与使用环境温度有关,如在低于-5 ℃或高于+40 ℃环境下工作,其过载保护特性是不稳定的,或不动作或误动作。

(2) 分断能力高。液压-电磁式脱扣器在短路大电流时,铁心还来不及向上移动,由线圈产生的瞬间磁通就可将衔铁吸下,但仅是一个无铁心电磁铁,其所产生的吸力要比热-磁式脱扣器要小,况且又没有顶或拉动触头的结构,因此采用液压-电磁式脱扣器MCB的分断能力比较小,一般Icn在3 000 A左右,而BSB7系统产品的Icn达到6 000 A,动作时间为4.6～6.0 ms,燃弧时间为4.0～5.4 ms,示波图如图4、图5所示。

图4　6 kA“O”试验示波图

图5　6 kA“CO”试验示波图

(3)整定电流精度高。BSB7系列液压-电磁式脱扣器不同的额定电流规格是通过改变线圈匝数、铁心弹簧力的大小来实现的,因此可以实现额定电流规格多,电流整定精度高,而且可以根据用户的需要,设计制造特殊规格的额定电流等级,而一般MCB如采用热-磁式脱扣器是无法实现的,如果采用电子式脱扣器是能实现额定电流规格多,但价格高、体积大。

(4) 保护曲线多样化。根据不同的负载需求,BSB7系列可通过调整硅油黏度、铁心与油杯的间隙、线圈匝数与位置等参数实现,因此可以为用户设计制造特殊规格的保护特性,如设备用断路器CBE主要制造厂已有几十条特性曲线可供用户选用,而一般MCB如采用热-磁式脱扣器是无法实现的,一般是B、C、D特性。

(5) 安装使用方便。BSB7系列在分析了国内外厂商相似产品的基础上,结合目前市场上小型断路器的宽度和安装方式而研发的新一代液压-电磁式MCB,1P宽度为18 mm,安装方式采用35 mm标准卡轨安装,能与市场上的小型MCB互换通用,满足了终端配电系统的需要。

(6) 节能、环保。如以相同电流规格热-磁式MCB与液压-电磁式MCB的功耗相比,热-磁式MCB的功耗要大得多,依据GB 10963.1—2005表15中规定,选用同样额定电流为25 A产品进行测试,其测试值为1.8 W。

4技术经济分析

液压-电磁脱扣器与热磁式脱扣器特点如表2所示。

表2液压-电磁脱扣器与热磁式脱扣器特点

项目液压电磁式脱扣器热磁式脱扣器动作电流整定值 较准确 较差整定电流和延时特性 受环境温度影响小,-40～+85℃ 受环境温度影响较大,-5～+40℃保护特性规格 多 少短路分断能力 较低 较高热稳定性能 好 差脱扣器结构 较复杂 简单制造工艺要求 高 低脱扣器特性可调 长延时不可调,瞬时可微调 长延时可微调,瞬时可调(制造厂换弹簧)环境温度影响 小 较大成本 稍高 较低功耗 低 高安装位置要求 脱扣器的油杯与水平面平行 —

5结语

BSB7系列家用及类似场所用过电流保护断路器采用了大电流斥开快速动作机构和增大触头开距及磁吹等措施，提高了电弧电压，并快速熄灭电弧，提高了短路分断能力，可以与目前市场上的小型MCB安装方式通用互换，极大方便了终端用户的替换及维修。

参考文献

[1]尹天文.低压电器技术手册[M].北京:机械工业出版社,2014.

[2]家用及其类似场所用过电流保护断路器 第一部分 用于交流断路器:GB 10963.1—2005[S].

[3]热双金属带材:GB/T 4461—2007[S].

BSB7 Series Circuit Breakers for Overcurrent Protection for Household and Similar Installation

SHIHongwei,SUNLiangquan,HUANGJie,LIHanping

(Zhejiang BSB Electrical Appliances Co., Ltd., Lishui 323000, China)

Abstract：This paper introduced the product structure,operating principle,fundamental parameters,and main technical characteristics of BSB7 series circuit breakers for overcurrent protection for household and similar installation.The characteristics were compared between hydraulic-electromagnetic release and hot-magnet release.BSB7 series circuit breakers not only has the advantages of stable overload protection characteristics,wide ambient temperature range,energy conservation and environmental protection,but also improves the short-circuit breaking capacity,which meets the requirements of terminal power distribution system at -40～+85 ℃of temperature environment.

Key words:miniature circuit breaker(MCB); hydraulic-electromagnetic release; operating principle; technical characteristics

收稿日期：2015-12-15

DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.04.015

中图分类号：TM 56

文献标志码：A

文章编号：1674-8417(2016)04-0056-04

孙良权(1984—),男,工程师,从事低压断路器的研究与开发工作。

黄杰(1980—),男,工程师,从事低压断路器的研究与开发工作。