1U安装高度断路器的研发与应用

张智玉，孟亚军

(贵州泰永长征技术股份有限公司，深圳 518057)

0 引言

随着用户对模块化电源体积要求越来越高，尤其是现有5G网络大规模建设已逐步开展，设备对电源容量的要求随之变高。为进一步减小模块化电源系统的外形尺寸，简化系统接线、便于系统维护，研发了安装高度为1U的断路器。

1 系统描述

模块化电源系统由基础单元和扩展单元两部分组成，系统可通过扩展插框的方式实现系统容量增加和功能扩展，通过监控模块统一管理和控制。基础单元包含交流配电模块、基础整流模块、监控模块、基础直流配电输出模块。扩展单元包含扩展整流模块、扩展直流配电模块、直流远供模块等。同时系统要求交流输入端应装有C级浪涌保护装置，至少能承受20kA电流脉冲的冲击，直流输出端应至少能承受电流脉冲10kA的冲击。图1所示为基础单元一次原理图。

图1 基础单元一次原理图

2 成品布局

模块化电源各功能子模块宽度需满足 19 "标准机框安装，小型设备基础单元高度应≤6U，扩展整流单元高度应≤2U，小型设备直流配电模块应≤1U，普通型设备直流配电模块应≤3U。常规微型断路器大概高度为2U，加上进线和出线的接线的整体高度基本大于3U，故需采用新型的1U高度结构。

3 结构要求

因断路器的高度仅1U，故接线方式采用前面板接线和后插接线的方式。后端接线可直接采用2mm厚的PCB板(交流多极输入采用PCB板)或铜排接插方案，减少接线的工序及避免接线过程中未拧紧接线端子引发的其他问题。图2所示为两路交流输入中一路4P交流输入直接与PCB板插接图，两路输入电源通过PCB板合成一路输出(两路输入有互锁)连接到交流母线，单相交流输出直接与交流母线插接；同时PCB板上可焊接交流防雷器件，实现浪涌保护功能，简化SPD的接线。图3所示为三个单相交流配电模块与铜排插接图(上铜排为N极，下铜排为三相L极)。

图2 交流4P输入接插PCB板

图3 交流输出接插铜排

为防止断路器在合闸带载的情况下与PCB或铜排接插而引发的闪弧，在产品的下表面加入一限制卡扣与柜体插框配合。当卡扣插入插框时此卡扣被压下，产品无法合闸；当产品插接到位后此卡扣弹起，产品可正常合闸。同时此卡扣还能有效避免接线后因拉动连接线而造成产品与铜排脱开问题，仅当产品分闸后拔出分合闸按钮后产品才能退出机柜。图4所示为卡扣与柜体配合图。

图4 卡扣与柜体配合图

4 产品特征

4.1 接线能力

为减小产品的尺寸，63A和125A产品设计的宽度分别为20mm和30mm。故前面板的接线方式63A只能采用无螺钉方式接线，依据IEC 60934-2019附录E中的内容如图5～6两种无螺纹接线端子结构，这两种结构可有效节省前面板的接线空间，也能保证产品接线的可靠性。

图5 第一种无螺纹接线端子结构图

图5的优势在于接线时仅采用硬线可直接插入，而图6的结构在接线时必须有外力才能接线。但在使用过程中发现，两种结构的弹片压力相同且连接端子为硬端子时，因图5为斜面卡扣，在接线受朝下外力时容易脱出。

图6 第二种无螺纹接线端子结构图

因此，选用图6结构设计的产品，并分别配合不同线径的连接线测试电缆拔出力值，测试数据见表1。

配合不同线径的连接线测试电缆拔出力值 表1

4.2 直流产品防反插

直流配电中，若负载电源正负极接反，轻者负载不能正常工作，重者将烧毁负载。而断路器后端连接铜排的接线孔是对称的(图7)，在连接时反插也可以正常插入。

图7 直流产品防反插设计

产品在开发初期考虑到直流配电产品需要反馈开关合分状态，为防止反向也能将产品插入，故将合分状况反馈端加深后，反插时后端的检测端将阻挡产品的插入，有效防止反插。

4.3 抗雷击电流

按系统要求交流输入端应装有C级浪涌保护装置，至少能承受20kA电流脉冲的冲击，直流输出端应至少能承受电流脉冲10kA的冲击。故交流输入和直流输出产品需要承受以上要求的雷击电流不动作，在产品设计时需在雷击承受电流和瞬时动作电流之间做平衡，经大量仿真及样机摸底测试得出：63A产品在雷击电流12.5kA不动作时的瞬时脱扣电流为730A±10%，125A产品在雷击电流23.5kA不动作的瞬时脱扣电流为1 350A±10%，持续提高瞬时动作电流对抗雷击电流改善不大。

5 结束语