（电气工程专业论文）新型配电用低压万能式断路器的研发.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 电器是伴随着电能生产而出现和发展的1 9 世纪后半叶以来，电能逐渐取代自产业 革命起便居于统治地位的工业动力一蒸汽，电动机也逐渐成为工业生产的原动机之一 因此，为电能生产、传输、分配和应用所需的各种电器亦运而生了。 我国低压电器经过5 0 多年的发展，已形成了比较完善的体系，产品的品种，产量、 技术性能和品质等方面已基本能满足国民经济的发展需要。我国自行设计的低压电器先 后经历了3 代产品的开发。 本文介绍了低压电网中配电用断路器发展的历程，分析了国内低压断路器目前的情 况和面临的问题，与外国产品的差距，及今后低压断路器行业发展的趋势。针对各跨国 公司以小型化，低能耗，环保型的高端产品进军中国电力市场、原材料大幅度上涨、中 国政府提倡“节能降耗高效环保”的政策形势下，详细介绍了新型配电用低压断路器 研发的目标和具体的方法，技术的难点和采取的措施、预期的结果等，包括断路器外形 体积明显缩小、能耗有效降低、主要技术指标提升等技术的创新点。 论文第一章介绍了电器发展的历程、低压电器的用途、国内外低压电器的概况，并 针对性的提出了我国低压电器目前的现状。 论文第二章从低能耗的角度出发，讨论了电力系统中电能损耗的概况。按照国家标 准g b l 4 0 4 8 2 - 2 0 0 8 对低压电器能耗的要求，对新型断路器的主回路系统作了三种方案研 究工作。 论文第三章从小型化角度出发，研究了断路器的灭弧原理和传动装置的结构，对灭 弧装置的设计进行了计算，给出了具有参考指导意义的优化数据对三种灭弧装置的方 案进行了比较试验，对传统的引弧装置和滑板传动装置进行了改进和优化。 论文第四章从提高低压断路器的可靠性角度出发，针对低压系统中常见的故障点， 给出了提高断路器可靠性的方案。 论文第五章从绿色环保的角度出发，介绍了国际上针对电气电子产品中材料选择和 产品废弃的两个指令，着重阐述了有害物质的识别范围和检测要点，并给出了新型断路 器的环保要点。 关键词：低压断路器、低能耗、小型化高可靠性、环保型 i i 浙江大学硕士学位论文 a b st r a c t e l e c t r i ca p p a r a t u sa p p e a r e da n dd e v e l o p e da c c o m p a n y i n gw i t h e l e c t r i ce n e r g y p r o d u c ti o n f r o ml a t e rh a l fo ft h e1 9 t hc e n t u r y ，e l e c t r i ce n e r g yg r a d u a il y r e p l a c e ds t e a mw h i c hh a v eo c c u p i e dd o m i n a t ep o s i t i o nf r o mi n d u s t f i a lr e v o l u t i o n a si n d u s t r i a ld e v e l o p m e n tp o w e r ，a n dm o t o rg r a d u a l l yb e c o m eo n eo fp r i m em o v e r i ni n d u s t r i a lp r o d u c t i o n t h e n ，e i e c t r i ca p p a r a t u sn e e d e di ne l e c t r i ce n e r g y p r o d u c t i o n ，t r a n s m i s s i o n ，d i s t r i b u t i o na n da p p l i c a t i o ne m e r g e d l o wv o lt a g ee l e c t r i c a1a p p a r a t u sp a ss e st h r o u g hm o r et h a n5 0y e a r sd e v e l o p m e n t ， h a sf o r m e das e to fp e r f e c ts y s t e mr e l a t i v e l y t h ev a t i e t y ，o u t p u t ，t e c h n i c a l p e r f o r m a n c ea n dq u a l i t yo fp r o d u c tc a nb a s i c a l l ym e e tt h er e q u ir e m e n t so fn a t i o n a l e c o n o m i cd e v e l o p m e n t t h el o wv o l t a g ee l e c t r i c a la p p a r a t u sd e s i g nb yc h i n a e x p e ri e n c e dt h r e eg e n e r a ti o n sd e v e o p m e n t t h i sa r t i c l ei n t r e d u c e dt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so fc i r c u itb r e a k e ra p p ll e di n l o wv o lt a g en e t w o r k ，a n a l y z e dt h ep r e s e n ts t a t ea n dp r o b l e mf a c e d ，it sg a pw it h i n t e r n a t l e n a ls t a n d a r d ，a n di n d u s t r yt r e n d a c c o r d i n gt o t h ef a c tt h a t m i n i a t u r i z a t i o n ，i o we n e r g yc o n s u m p t i o n ，e n v i r o n m e n t a lf r i e n d l yt o pp r o d u c t s f r o mm u l t i n a t i o n a lc o r p o r a t i o ne n t e rt h ec h i n e s ee l e c t r i cp o w e rm a r k e t ，m a t e r i a l p r i c er is i n g ，a n dc h i n e s eg o v e r n m e n tp u tf o r w a r dt h ep l a no f “e n e r g ys a v i n ga n d c o n s u m p ti o nr e d u c ti o n 。h i g ho f f i c i e n te n v i r o n m e n tp r o t o c ti o n ”，r e s e a r c ha i mo f n o wt y p el o wv o l t a g ed i s t r i b u t i o nc i r c u i tb r e a k e r ，c o r l c r e t om e t h o d s ，t e c h n i c a l d i f f i c u l t i e sa n da d o p t e dm e a s u r e s ，e x p e c t e dr e s u l ta r ei n t r o d u c e di nd e t a i l ， i n c l u d i n gr e d u c i n go v e r a l ld l i n e n s i o no fc i r c u i t b r e a k e ro b v i o u s l y ，r e d u c l u g e n e r g yc o n s u m p t i o ne f f e c t i v e l y ，i m p r o v i n gm a i nt e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n s t h ef i r s tc h a p t e ro ft h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so fe l e c t r i c a p p a r a t u s ，t h ea p p l i c a t i o no fl o wv o lr a g ee l e c t r i c a la p p a r a t u sa n di t sg e n e r a l s i t u a t i o na th o m ea n da b r o a d ，p o i n t e do u tt h ec u r r e n ts i t u a t i o ni nc h i n ab y c o m p a ri n g t h es e c o n di n tr e d u c e dg e n e r a ls i t u a ti o no fe n e r g yl o s si np o w e rs y s t o mb a s e d o nt h el o we n e r g yc o n s u m p t i o na n dg a v et h r e en e wt y p ec i r c u itb r e a k e rp r i m a r y s y s t e mr e s e a r c hs c h e m e sa c c o r d i n gt oe n e r g yc o n s u m p ti o nr e q u i r e m e n t s i nt h e n a ti o n a ls t a n d a r dg b l 4 0 4 8 2 - 2 0 0 8 t h et h i r dg a v eo p ti m i z a ti o nd a t aw h i c hh a sg u i d i n gsi g n i f i c a n c eo fr e f e r e n c e b ys t u d y i n go nt h ea r cq u e n c h i n gp r i n c i p l ea n dt r a n s m is s i o ns t r u c t u r eo fc i r c u i t m 一一 塑婆奎堂堡主兰堡堡苎 一 - - - _ - i _ _ - _ _ _ _ - l - - _ _ i - ，_ - - _ - - _ _ _ i - - - - - _ _ - _ - _ _ _ - 。_ - _ _ - _ - _ l _ _ - _ _ _ _ _ - 。_ - _ 。一一一一一。 b r e a k e r ，a n dc a l c u l a t i n gt h ed e s i g no fa r c o x t i n g u is h i n gd e v i c e s ，a l s om a d e c o m p a r a t i v ee x p e r i m e n ta m o n g t h et h r e ea r c e x t i n g u is h i n gd e v i c es c h e m e s ， i m p r o v e da n do p t i m i z e dt h etr a d i t l e n a la r cs t r i k i n gd e v i c ea n ds 1 i d et r a n s m i s s i o n b a s e do nt h em i n i a t u r i z a t i o n t h ef o u r t hg a v et e li a b ilit yi m p r o v e m e n ts c h e m ea i m i n ga tt h ec o m m o nf a u ltp o i n t i nl o w v o lr a g es y st e m t h ef i f t hi n t r e d u c e dt w oi n t e r n a t l e n a li n s t r u c t i o n sa b o u te l e c t f i c a l a n d e l e c t t o n i cm a t e r i a lc h o o s i n ga n dp r o d u c t sw a s ti n g ，e m p h a ti c a ll ye l a b o r a t e dt h e r e c o g n i ti o ns c o p e o fh a r m f u ls u b s t a n c ea n dd e t e c ti o np o i n t s ，a n dg a v e e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o np o i n t so ft h en e wt y p ec i r c u i tb r e a k e r k e y w o r d s ：l o wv o l t a g ec i r c u i tb r e a k e r ，l o we n e r g yc o n s u m p ti o n ，m i n i a t u r i z a ti o n ， h i g hr e li a b i l i t y ，e n v ir o n m e n t a if r i e n d l y i v 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得逝鋈盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 糊躲嚎艚：1 卯邮日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝婆盘鲎有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝望查堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：薮水娥 导师签名： 学位论文作者签名：_ 蔽水j 止 导师签名： 答字嗍圳7 引明j 8 日 签字日期：叼年i 。月新 浙江大学硕士学位论文 致谢 感谢我的导师邱家驹教授。在攻读工程硕士期间，邱老师对本人基础知识和专业技 能给予耐心地教导，为本人理论水平的提升付出了汗水；在论文撰写期间，对本文进行 悉心指导、细致审阅，使得论文的研究工作得以顺利完成。同时，邱老师以严谨的治学 态度、渊博的专业知识、丰富的实践经验给本人开阔了思路，在论文的写作过程中给出 了许多宝贵意见，使我的理论知识和专业水平得到了很大的提升。在此论文完成之际， 对邱家驹教授表示最深的谢意! 特别感谢学院的吴国忠教授。吴老师为本人专业理论上的提高指明了方向，对论文 撰写的格式提出了宝贵意见吴老师以丰富的经验、清晰的工作思路给我留下了深刻的 印象，使我终身受益。 还要感谢关长毅高工。在本人的日常工作、在职学习和论文撰写过程中，给予我很 大的帮助和鼓励。作为集团副总经理，在百忙之中还经常过问本人的论文情况，在产品 研发过程中碰到的技术难题能带头攻关，使研究能顺利进行。在此表示忠心的感谢! 通过在校期间的学习和生活，使我眼界得到了开阔，理论知识得到了进一步的增长， 自身素质得到有效的提高，再次感谢母校培养我的各位领导和老师 最后向参加本文评审的各位专家和领导表示感谢! 戴水东 2 0 0 9 年1 0 月于玉泉 浙江大学硕士学位论文第1 章概论 1 概论 l 。1电器发展的历程 电器是伴随着电能生产而出现和发展的。1 9 世纪后半叶以来，电能逐渐取代自产业 革命起便居于统治地位的工业动力一蒸汽，电动机也逐渐成为工业生产的原动机之一 因此，为电能生产、传输、分配和应用所需的各种电器亦运而生了。 随着电网及电动机容量的日益增大，原始的电器已不能适应越来越高的要求。为实 现电能的生产、传输、分配和应用，需要大量的各种各样的高低压电器元件据统计， 每增加1 0 0 0 k w 发电能力，就需要一万台高压断路嚣和数倍开此数的其他高压电器，以及 数以百万计的各种低压电器与之配套。 第1 代产品开发从2 0 世纪5 0 年代末期至7 0 年代中期。此代产品以d g l o 、d z l 0 、c j l 0 为代表，共近百个系列，解决了从无到有，对国民经济的发展起到了重要的推动作用， 形成了低压电器产品由一个研究所研制，全行业生产，采用统一型号的模式。第1 代产 品性能低、保护特性与功能单一体积大、耗材耗能，产品水平为国外5 0 年代水平。 第2 代产品开发从2 0 世纪7 0 年代中期至8 0 年代末。自行设计产品以d w l 5 、d z 2 0 ， c j 2 0 为代表，产品水平为国外2 0 世纪7 0 年代末至8 0 年代初水平，产品性能有所提高 体积缩小，逐步形成了低压电器5 大生产基地 第3 代产品开发从9 0 年代初至今1 9 9 0 年由国家经贸委原机械工业部下达论证， 研发以来已近2 0 年，完成了第3 代断路器的研发，目前产品已向第4 代扩展。国内已有 几百家企业进行试制、生产以d w 4 5 、s a 、c i v i l 、c j 4 5 等产品为代表，产品性能达到国 外2 0 世纪8 0 9 0 年代中期水平。 1 2 万能式断路器 1 2 1 断路器用途 新型配电用万能式低压断路器( 以下简称断路器) ，具有小型化，低能耗、环保型、 高分断、带隔高等特点，适用于交流5 0 h z ，额定工作电压6 9 0 v 及以下、额定工作电流6 3 0 0 a 及以下的配电网络中，用来分配电能和保护线路及设备免受过载、短路、欠电压和单相 接地故障等的危害。额定工作电流1 0 0 0 a 及以下的断路器，亦可用在交流5 0 t i z 4 0 0 v 网 络中作为电动机的过载、短路、缺相、欠电压和接地故障保护，在正常条件下还可作为 电动机的不频繁起动之用。 断路器主要由触头系统，灭弧系统、传动系统、智能控制器、手动操作机构、电动 新虹大学碗学包论文第1 概论 操作机构、抽屉座组成图卜1 是断路器的立体圈，田卜2 是断路器的剖面图 圉卜1 断路器的正体图 田1 - 2 断路器的刨面田 浙江大学硕士学位论文第1 章概论 1 。2 2 工作条件 周围空气温度上限不超过+ 4 0 c ，下限不低于一5 ，2 4 h 的平均值不超过+ 3 5 上限超过 + 4 0 c 时，提供+ 4 5 、+ 5 0 、+ 5 5 、+ 6 0 i c 降容值。 海拔2 0 0 0 m ，超过2 0 0 0 m 按不同的高度对温升进行修正，分断能力按降容选用。 大气相对湿度在周围空气温度为+ 4 0 c 时不超过5 0 ，在较低温度下可以有较高的相对 湿度，最湿月的月平均最大湿度为9 0 ，同时该月的月平均最低温度为+ 2 5 ，并考虑 到因温度变化发生在产品表面上的凝露。 污染等级：i p 3 0 安装类别：i v 使用类别：a 类、b 类 1 2 3 采用标准 g b l 4 0 4 8 1 - 2 0 0 6 低压开关设备和控制设备第1 部分：总则； g b l 4 0 4 8 2 - 2 0 0 8 低压开关设备和控制设备第2 部分：断路器： 1 e c 6 0 9 4 7 2 ：2 0 0 6 低压开关设备和控制设备第2 部分断路器( 等同采用) 。 1 3 目前存在的问题 1 3 1 优秀外企的新产品不断向中国市场扩展 随着我国加入w t o ，国外先进的新型低压断路器不断进入我国市场。国外新型的低压 断路器主要有：法国施耐德公司的m t 0 6 一1 6 断路器、m t 0 8 6 3 断路器，德国西门子公司 s e m e s i o nw l 系列断路器，日本三菱电气公司的a e s s 断路器，瑞士a b b 公司t m a x 、e m a x 系列断路器，日本富士电机有限公司的d h 系列断路器，美国c u tl e r - - h a m m e r 公司的 m a g n u m 系列断路器，英国g e 公司的m p a c t 系列断路器，韩国l g 产电( 株) 公司l b a 系列断路器。目前国内外低压断路器主要技术数据和特性见表1 这些断路器的结构进行创新，体积进一步小型化，工作能耗有效降低、可给电力用 户提供各种方式的进出线接线方式，灭弧室都作了进一步改进，以免分断短路电流时， 电弧飞出灭弧室外而发生伤人事故或者引起火灾。断路器具有更高的安全性、可靠性， 分断能力进一步提高，特别是实现i 。s = - i 。u ，甚至实现i 。w = i 。s = i 。u 三接指标一致性。这三 个指标一致性不是降低i o u 、i , s 的指标，而是提升i c w 、i t s 达到i 。u 的水平，以满足不断 增长的用电容量的需要，这对断路器是一个极具先进水平的体现 1 3 2 本土产品多数体积大能耗高，具有自主知识产权高端产品的企业不多。 3 浙江大学硕士学位论文第1 章概论 近年来，我国部分优秀企业虽进行了一些技术投入，但研发设计能力仍严重不足， 缺乏自主创新开发能力。许多企业没有拳头产品，多数企业仍处于重复生产局面，没有 形成投入资本，通过技术开发创造更大产出的良性循环。 由中央1 7 个部门联合举办的“节能减排全民行动”系列活动，2 0 0 7 年9 月1 日在北京 人民大会堂举行启动仪式。中共中央政治局委员、国务院副总理曾培炎在讲话中强调， 节能减排关系经济社会可持续发展，关系到广大人民群众切身利益，虽上半年节能减排 初见成效，但当前形势仍很严峻。 对于企业来说，节能即意味着减少浪费，节约成本。对于国家来说有助于缓解能源 供应和建设压力，同时节约社会资源，更有利于国民经济健康持续发展。所以我们要发 展电力节能产品，新型配电用低压断路器要致力于环保和节能的研究，包括对产品本身 的降本和电力用户的节能降耗。 表i i国内外低压断路器主要技术数据和特性 国别 凝定极限短路分 预定运行短路分外形尺寸 馥定短时 寿命，千次 企业型号、规格 断能力i c u k a 断能力i c s k a耐受电流 尚x 宽x 露( 抽出走) 智能控制器 名秫i c w k a 分手为三扳分母为四扳) 4 0 0 v4 0 0 v 电机 m t 0 6 - 1 6 法罾 i u = 6 3 扣l6 0 0 a4 24 24 22 0 6 1 2 。53 2 2 x 2 8 8 13 5 9 x 2 7 7 带m i c r l o g i c 控制墨，可 施耐德 m t 0 84 0h lh 2h lh 21s3 s 满足各种保护要求。通过 i n 8 0 0 4 0 0 0 6 5l o o6 51 0 06 58 55 10 1 04 2 9 x 4 4 1 5 5 6 x 3 9 5d i g i p a c t 或m o d b u s 通信 公司 m t 4 06 3总线可进行数据交援 i n 4 0 0 0 - - 6 3 0 0 a1 0 01 5 01 0 01 5 010 01 0 01 5 54 7 9 x 7 5 6 1 0 1 6 x 3 9 5 d 5 s i s 带e t u t 智能控朝器，6 种规 德雷 s e n e t o n 礼 n s ns 3 3 格，可满足各种保护要求 西门子框ii n = 1 6 0 0 a 5 06 55 06 54 24 22 4i o l o4 6 5 5 x 3 2 0 4 l o x 4 5 6藉c u b i c l b a s 或p r o fi b a s 公司框i ii n = 3 2 0 0 a5 58 05 58 05 5 5 53 27 5 l04 6 5 5 x 4 6 0 5 9 0 x 4 5 6通信模块可实现数据交换 框i i i i n = 6 3 0 0 al0 0 ( h )0 0 ( h )8 58 05 02 1 04 6 5 5 x 7 0 4 9 1 4 x 4 5 6e t u 具有液晶图像显示 bnbn 1 s3 s 带p r i l 3 控制器，具有完 e 1 - e 212 5 0 - 2 0 0 0 a4 26 56 57 54 23 6 1 0 3 4 6 l x 3 2 4 4 1 4 x 3 9 6 5善的保护，测t ，信号指 墙士 2 5 2 0 昭公 b 33 2 0 0 a7 5 ( 8 6 57 54 2 - 5 54 2 6 1 8 示控制及通信功能液 司 2 0 1 5 4 6 1 x 4 3 2 5 5 8 x 3 9 6 5晶民问上以“布兰特”田 e 44 0 0 0 a7 5 ( s )1 0 0 ( h )7 5l o o7 56 55 1 5 4 6 1 x 5 9 4 6 8 4 x 3 9 6 5 及正弦曲线电气参数采 用l o u w o r k s 。m o d b u s 协议 1 0 0 ( h 实现通信 e 66 3 0 0 al5 0 “)1 0 01 2 51 0 08 52 124 6 1x 8 10 1 9 3 6 x 3 9 6 5 ) 美国g em - p a c tdadls3 s m - p r o 智能控制器可实现 公司 框l i n = 2 5 0 0 a 6 56 55 06 56 55 0 5 0 4 4 0 x 3 2 9 4 2 9 x 4 2 2各种保护显示及通信要 框i ii n = 4 0 0 0 a6 57 05 06 56 55 04 4 0 x 4 1 8 5 4 9 x 5 1 2隶 甘本三a e - s s ( s h )s ss hs ss hl s2 s3 s 菱电机框1 1n - 6 0 0 a5 06 05 06 06 56 05 05 l o4 l0 x 3 4 0 4 2 5 x 3 6 8带智能控制墨( 晶体脱扣 公司 框i ii n = 3 2 0 0 a 8 51 3 0 8 5 1 3 0 6 5 6 5 6 50 。5 1 54 10 x 47 5 1 6 0 5 x 3 6 8罂j 可完成各种保护功能 框i n t 6 3 0 0 a1 3 013 08 57 07 d0 5 54 10 x 8 7 3 10 0 3 x3 6 8 日本富框jd h 2 0 系列ls3 s 士( 寺i n = s 0 02 0 0 0 a6 56 56 55 0o 7 l2 4 6 0 x 3 5 4 43 9 x 3 4 5 a g r 型电子控制器分为配 崎从 框d h 2 0 系列电型和保护发电机型，可 同) 公 i n = 2 5 0 03 2 0 0 a8 58 58 56 50 5 i o4 6 0 x 4 6 0 5 8 0 x 3 4 5满足接地保护中相保护 司 框ld h 2 0 系列 焉地保护等要隶 i n = 4 0 0 0 a1 0 01 0 01 0 08 50 2 5 1 04 6 0 x 6 2 l 3 0 l x 3 4 5 韩国 哪1s l g 框i i n - i6 0 0 a6 56 55 0 5 1 0 3 7 6 x 3 3 5 4 2 3 x 4 3 0 带智能控制嚣。可完成各 种保护功能 公司 框i ii n = 3 2 0 0 a 8 58 56 5 3 7 6 x 473 6 0 3 x 43 0 4 浙江大学硕士学位论文第l 章概论 表1 1国内外万能式断路器主要技术数据和特性( 续) 国别 额定极限短路分 顽定运行短路分外形尺寸 额定短时 寿命千次 企业型号规格 断能力i c u k a 断能力i c s k a耐受电流 高一宽x _ i i ( 抽出武) 智能控制墨 名称 i c w l k a 【分子为三板分母为四梗) 4 0 0 v4 0 0 v 电机 m a g n u m 系列 o 5 s1 s 框i i n - 3 2 0 0 a 3 8 m w l - 63 26 56 56 56 5 美国 m 1 8 3 26 56 58 58 56 52 5 1 03 8 0 x 4 1 0 5 3 7 x 3 5 0 m w l c 3 2 9 59 510 010 06 5 可带d i g t r i p 2 2 0 ，5 2 0 i ， c u t l e r o 5 sl s5 2 0 m i 。1 15 0 i 四种控制 框i ii n - 3 2 0 0 a 3 s 暑实现各种保护功能， h a m m c f 公司 胛l - 6 4 06 56 56 56 5 显示功能和试验功能 m w l - 8 4 09 58 58 58 56 5 m w l c 4 01 0 01 0 01 0 010 06 5 2 5 1 03 8 0 x 8 6 9 1 13 5 x 3 5 5 m w l 一e 4 0l5 0 1 5 015 015 08 5 m w l - e s o1 0 010 015 015 01 0 0 m w i e 6 3l5 0l5 0 中国各d w 4 5 东列 l s 智能控制器可完成保护 大公司框ii n = 6 3 0 - 2 0 0 0 a8 0 5 05 0 0 5 33 9 8 x 3 6 5 4 6 0 x 3 5 8报警试验负载监控， 杭申 框i ii n - 2 0 0 0 - 3 2 0 0 a 8 08 06 5 0 5 3 3 9 8 x 1 15 5 5 5 0 x 4 2 1 显示、记忆触头损耗指 公司框h ii n = 4 0 0 0 6 3 0 0 a12 0l o o8 50 5 1 23 9 8 x 813 9 2 8 x 4 9 4示等功能 i si s 中罾c w 2 系列自制智能控制墨，采用开 4 0 0 v9 6 0 v 常熟开 框ii n = 6 3 0 - 2 0 0 0 a8 08 06 05 03 9 8 x 3 6 5 4 6 0 x 3 5 8 放武的m o d b u s 通信结构， 关制追 框i ii n - 2 0 0 0 - 3 2 0 0 a10 0 1 0 08 55 0 o 5 33 9 8 x 53 0 x 43 6 可能过适配器连接到任何 公司协议总线 框i l l in = 4 0 0 0 - 6 3 0 0 a l2 01 2 01 0 06 53 9 8 x 8l3 x 4 9 4 中国各d w 5 0 - 1 0 0 0o 5 s 公司及 简易型智能控制器，可实 杭申公司框ii n = 2 0 0 - 0 0 0 a 4 23 03 0 0 5 3 3 6 1 8 x 2 8 4 现各种保护功能 3 5 4 x 3 2 3 智能控制器可实现各种保 中国 d w 4 5 扣1 6 0 00 4 sl s 护功能，内置式通信接口 各公司可与d e v i c e n e t 总线连 框ii n - 2 0 0 - 1 6 0 0 a5 5 5 04 2 3 54 23 50 5 33 5 1 x 2 8 2 1 3 5 2 x 3 4 5 接 h s l 6 1 6 0 05 54 24 20 5 3采用液晶显示通过图像 显示各种电能散，具有区 中国杭 h 硎6 - 2 5 0 0 8 58 56 5 0 s 3 域联锁，谐波监控，故障 申集团h 鲫6 4 0 0 0lo dl0 0lo oo 5 2 5 外形尺寸见_ 表( 3 )电流电压捕捉，记忆功 公司 能可连接多种模块，双 h 蹦6 - 6 3 0 01 2 01 2 01 2 00 3 1 0 5向通馆功能多种控稠器 供用户选用 1 3 3 新一轮价格竞争业已形成，并呈全方位态势 竞争产品包括高、中、低档全部产品。竞争企业包括民营，国营、外企等全部企业。 2 0 世纪9 0 年代中期，温州柳市崛起一大批民营低压电器企业，利用专业化生产低成本及 其灵活的机制，以低价位冲击当时刚形成批量生产的第2 代低压电器产品，结果导致一 大批优秀国营企业倒闭，使低压电器原有五大生产基地不复存在，形成目前国营、民营 外企三足鼎立的局面。 1 3 4 低压电器产品主要原材料价格居高不下，使低压电器利润空间明显缩小 2 0 0 3 年下半年起，低压电器主要原材料价格大幅度上涨( 见表1 2 ) 但是，由于低 压电器供大于求，原材料涨价后，低压电器产品售价不仅没有提高，相当一部分产品反 而降价目前，大部分以生产中、低档产品为主的企业普遍呈亏损和微利状态一批优 秀企业的产量虽然继续增长，但利润呈下降趋势。 5 浙江大学硕士学位论文第l 章概论 表1 2 近5 年主要原材料价格变化表 年月沪铜( 元吨)沪铝( 元吨)沪镍( 元吨) 沪银( 元公斤) 2 0 0 3 5 1 7 0 0 01 4 7 0 08 0 7 0 01 2 0 0 2 0 0 4 52 7 6 0 01 8 3 5 01 5 7 2 5 017 0 0 2 0 0 5 53 6 4 0 01 7 2 5 01 6 8 5 0 02 0 0 0 2 0 0 6 58 3 7 7 02z t 0 0 0 2 6 4 0 0 04 l o o 2 0 0 7 16 8 0 0 02 1 4 0 04 0 8 5 0 03 8 0 0 1 3 5 低压电器新产品发展面临新的挑战 随着国民经济不断发展，用户对低压电器产品的要求不断提高，加上原材料涨价等 因素，至2 0 1 0 年我国第1 代耗材、耗能，体积大、性能低的产品必将全面淘汰。第2 代 产品将成为低端产品，第3 代产品随着价格竞争与全面推广将成为中档产品。从2 0 世纪 9 0 年代中期开始，国外又陆续推出了新一代产品，结构上有许多创新，性能进一步提高、 体积进一步缩小，能耗有效降低，智能化程度进一步提高。我国第3 代产品开发完成并 推广后，与国外同类产品水平的差距己缩小1 0 年左右。如果我们不尽快开发新一代产品， 那么已经缩小的差距必将重新拉大。 6 浙江大学硕士学位论文第2 章低能耗计算 2 低能耗计算 2 1 系统的电能损耗 低压配电系统如图2 i ，电能从高压侧输入变压器后经变压器的副边到母排，再往低 压主断路器，到汇流排，到各分支断路器，一直到末端负载。在这一过程中，系统各级 都要消耗电能。根据有关方面估计，低压输配电系统有3 d 一4 0 电能消耗在变压器、保护 电器、及母排之中。而变压器，电机、主断路器，又是主要的耗能之首。这些电能的消 耗并非为无功电流的消耗，而是这些电器的电阻、集肤效应，邻近效应所引起虽然低 压断路器的回路电阻是微欧级的，但低压断路器量大、面广、电流又大，如框架式断路 器的额定电流从8 0 a 到6 3 0 0 a 。由于国民经济的持续快速发展，变压器容量已达4 0 0 0 k v a ， 额定电流达6 0 0 0 a 。从2 0 0 7 年杭州之江开关股份有限公司的销售统计，额定电流从2 5 0 0 a 到6 3 0 0 a 的低压断路器销量已占4 0 。目前市场上提供的低压断路器三相总的功耗都在 4 0 0 瓦左右，有的能耗还要大。2 0 0 7 年全国框架断路器总销量达4 6 万台，预计到“十一 五”末，每年框架断路器销量为6 0 万台左右。按2 0 0 7 年市场销量，初步估计一年在框 架断路器上消耗有功电能达1 6 亿千瓦，如果每台断路器的主回路电阻降低3 0 ，每年可 降耗5 亿千瓦。因此研究低压断路器内部有功电流的损耗对降低输配电系统的能耗，具 有同样重要的经济意义 圈2 1 低压配电系统原理示意圉 2 2 低压断路器内部能耗的计算标准 国际电工标准对低压断路器内部功耗的计算： w _ - ：。c o s 妒( 1 ) 7 浙江大学硕士学位论文 第2 章低能耗计算 p 一相极数 k 极数 a u 一电压降( v ) i 。一额定电流( a ) u i , z ( 2 ) z 一为阻抗 将( 2 ) 式代入( 1 ) 式变换为： 帖：鬈z c o s “。( 3 ) z = r + x 为方便分析有功电流损耗，主要分析电流、电阻，感抗、容抗不计入分析。因此( 3 ) 式 简化成w - 蚓k = p 。2 e c o s ( 4 ) 因此清楚w 与i2 ，r 、c o s 由的关系，要降低功耗w ，就要设法在低压断路器内部主回路采 取恰当的结构，降低回路电阻r ，优化设计。 比如主回路的动触头采用多组并联结构，举例：原i 。= 10 0 0 a 三极断路器 w = 3 x1 0 0 0 2 rc o s 由= 3 x1 0 6 rc o s 由 若采用1 0 组并联 w = 3 xl o x1 0 0 2 rc o s 由= 3 x10 5 rc o s 由，w 将降低10 倍 r 的分析 r = p 1 s 。一般长度不变，采用0 0 4 多股铜软联结，增大截面积s 、电阻值降低明显 采用多回路方法同时可降低动静触头之间的电动斥力，增大接触面，减少接触电阻抽 屉座桥形触头采用多回路结构，一方便使主回路总电阻降低，一方面电流分流来降低功 耗，主回路的温升降低，从而有效的降低了断路器内部主回路的功耗 框架式低压断路器额定电流最大到6 3 0 0 a ，因此集肤效应引起的主回路温升需要研 究由于主回路电阻的增大引起温升会升高，从而功耗会引起增大我们在主体断路器 与抽屉桥形触头接插母排采用宽度l o m m 的u 形接插母排与配电系统连接的母排相接插， 从而面积增加一倍，来达到我们分析研究的结果。 2 3 断路器触头系统电动力的计算 2 3 1 主触头系统的电动力计算 动触头模型如图2 2 ，静触头模型如图2 3 浙江大学硕士学位论文第2 章低能耗计算 图2 2 一次回路的动触头图2 3 一次回路的静触头 断路器的触头系统担负着正常接通、分断和接通短路电流的艰巨任务。因此所设计 的触头系统应具备有足够的动热稳定性，抗熔焊性、耐磨及温升的要求。新型低压断路 器指标要求i 。u = i 。s = i 。w = l o o k a ，因此在分断接通这么大的短路电流时，动静触头间由于电 流线的极度收缩而产生非常大的电动斥力也就是说要实现断路器的可靠分断及接通短 路电流，需要非常大的触头压力，而要实现体积小型化是难以达到设计要求，在结构上， 采用双断点触头，接通时先弧触头接通，再主触头接通，主触头接通后弧触头分离。分 断时，主触头先分离，后弧触头分离，以降低主触头的磨损。在动静触头设计时一方面 需研究减少触头的电动斥力，另一方面还要对动静触头实行电动4 1 、偿。 触头间产生的电动斥力与通过触头的电流平方成正比，即f = k 1 2 ，k 为综合系数。如分 断1 0 0 k h 短路电流，若用一片，电动斥力f = k ( 1 0 0 0 0 0 ) 2 ( k s ) 若分成l o 组，每组上的 f = k ( 10 0 0 0 0 1 0 ) 2 ( k g ) 计算对比分成l o 组触头的电动斥力f 减少了1 0 0 倍。1 m = 4 0 0 0 a ， 触头回路为1 4 组，lo u = 1 2o k a 时，每组电流 i = 1 2 0 1 4 = 8 5 7a8 6 ( k a ) 峰值系数取2 1 ，i = 8 6 2 1 = 1 8 0 6 ( k a ) 考虑电流分布不平衡系数为1 3 ，即i ，- 1 8 0 6 x 1 3 = 2 3 4 7 8 ( k a ) 这是触头间产生电动斥力f ： f = ( i ) 2i g ( s 。s ：) 1 0 一一试验及n c 塔耶夫经验公式 f 一牛顿( n )i 一安( a )s 。一全面积( r a m 2 )s ：一有效接触面积( 舳2 ) s l = 3 4 x 4 7 s 2 = 3 2 2 8 f t ( 2 3 4 7 8 ) 2 l g 【( 8 4 x4 7 ) ( 3 2 2 8 ) 】1 0 = ( 2 3 4 7 8 ) 2 l g ( 4 4 1 ) 1 0 q 9 浙江大学硕士学位论文 第2 章低能耗计算 ；( 2 3 4 7 8 ) 2 1 4 8 4 1 0 - 7 = 5 5 1 2 2 1 4 8 4 1 0 - - - 8 1 5 8 ( n ) 考虑到动静触头在短路电流时的斥力，水平与垂直的动静触头的回路斥开系数k = 1 3 ，即 总的触头斥力 f = i 3 8 1 5 8 = 10 6 0 5 ( n ) 设计上动触头用前后两根弹簧，故每根弹簧的力f 弹 1 0 6 0 5 2 = 53 ( n ) 设计上触头每根弹簧力p ：- - 6 2 ( n ) 故可