浅谈一种防雷击断路器的研究开发

2019-09-10温小远

电力与能源系统学报·中旬刊 2019年3期

温小远

【摘要】本文就电器领域广泛使用的断路器进行研制探讨，最终设计开发出一种具有很好防雷击功能的断路器，满足了电力系统的使用需要。

【关键词】：防雷击断路器研究开发

1 背景概述

断路器是电器系统中最重要的保护和控制元器件，具有过载，短路保护功能，随着科学技术技术的发展，对断路器的要求越来越高，一些重要用电设施（如通讯基站、变电站）对断路器的防雷性能要求更是如此。目前，国内的断路器由于在结构及材质方面的原因，在受到雷击时断路器时常会误操作，影响设备的正常使用，防雷效果差，本文谈及的防雷击断路器是利用液压电磁脱扣原理，通过对断路器内部结构、材质等方面的研究开发，实现断路器在雷电冲击时既不脱扣又不损坏用电产品。断路器的市场需求量十分巨大，从国外市场看，液磁式设备用断路器在20世纪70年代初仅为百分之几， 80年代约为10%，90年代约为18%，目前已达20%。从生产国家看，日本、美国、英国、法国等发达国家侧重发展液磁式断路器、防雷液磁式断路器。我国目前液磁式设备断路器的发展已进入快车道。就我国市场来看，防雷液磁式断路器主要应用领域及需求为：通讯领域用量为500万只，铁路领域300万只，发电机领域用量为300万只，银行领域200万只，其它领域200万只，总量超过1500万只。

2.目前的雷击断路器技术简析

防雷击断路器的研究和发展目前主要是在国外，我国主要依赖进口，虽然国内一些企业及个人进行过防雷击断路器的研究，但到目前为止，均尚未实现产业化应用。已公开的防雷击断路器主要是在热式双金属片断路器基础上改进而得，本文主要谈一下利用液压电磁脱扣原理，通过对断路器内部结构、材质等方面的研究和改进，实现断路器在雷电冲击时既不脱扣又不损坏用电产品一种国内首创防雷击断路器。

3.本防雷击断路器基本原理

采用液压电磁脱扣原理，使过载和短路一体化，并通过结构和工艺的创新使之能在雷电冲击时既不脱扣又不损坏产品。

3. 防雷击断路器主要研发内容

1）、对断路器主支架结构进行研究，通过在主支架上增设一活动凸轮，凸轮上的轴与衔铁上的槽相连，达到对雷击时起到缓冲的作用。

2）、对断路器脱扣机构弹簧材质及弹力进行研究，实现脱扣机构弹簧既不影响过载时的脱扣力又能起到雷击时不易脱扣的效果。

3）、对断路器的线圈与主支架之间的绝缘技术研究，实现产品在雷电冲击时不会击穿线圈，从而保证不会损坏断路器。

4. 本防雷击断路器研究的关键技术、关键工艺

产品结构设计及材料的优化选择，防雷技术与液磁式断路技术两大技术要求在结构上怎样实现无缝对接，方能实现性能要求，对设计理念是一种全新考验;材料选用上要考虑实现必须功能的前提下，尽量节约成本，实现设计方案最优。断路器内部结构尽量简化而不复杂并实现应有功能，部件选用尽量简单而件数少，以增加可靠性，动作弹簧的弹力研究以实现动作准确不产生错误，线圈与主支架绝缘而产生错误或其它非预期电信号。而其油杯（液压缸）的制造工艺，包括油杯壳體和铁芯的设计加工，介质的配制为本项目的关键工艺。

5.主要技术难点和问题分析

这种防雷击断路器的技术关键和难点是如何在液磁式断路器现有技术基础上，对断路器结构及材质进行改进，将防雷技术与液磁式断路器技术进行集成与整合，在雷电冲击时不脱扣不损坏，确保用电设施的安全。因此，技术关键点是：断路器内部结构及部件的研究、动作弹簧的弹力研究、以及线圈与主支架绝缘技术的研究。

6.技术路线

技术调研→发现问题并解决→设计新型技术工艺→研究生产技术→形成工艺方法→建设中试生产线→产品检验→交付使用。具体的工艺流程如下图所示。

7.主要技术指标

1）、额定电流：1A-30A;、

2）、额定短路分断能力：1000A;

3）、用8/20us，13kA正反冲击各10次，断路器不脱扣;用8/20us，15kA正反冲击各10次，允许断开但断路器不损坏。

8. 本产品的创新点

1）、在断路器主支架上增加一活动凸轮，凸轮上的轴与衔铁上的槽相连，对雷击时起到缓冲的作用。

2）、调整脱扣机构弹簧力，使之既不影响过载时的脱扣力又能起到雷击时不易脱扣的效果。

3）、采用11mmX12mm的绝缘纸将线圈与主支架隔离，使产品在雷电冲击时不会击穿线圈，从而保证不会损坏断路器。