CN102339694B - 小型塑料外壳式断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及小型塑料外壳式断路器，包括绝缘塑料外壳及置于其中的进出线端子、热脱扣系统、磁脱扣系统、动静触头、操作机构及灭弧系统，操作机构带动动触头实现电路闭合和断开；磁脱扣系统由磁扼、铁芯、套管和线圈组成，线圈一端经磁扼与静触头连接或直接与静触头连接；另一端与热脱扣连接或与接线端子连接，磁脱扣系统的线圈为非圆圈形结构。磁脱扣系统的铁芯由一非圆柱形的导磁材料制成。磁脱扣系统的套管为一非圆圈形结构。本发明对磁脱扣系统与热脱扣系统进行了优化设计，提出了一种9mm宽度的超薄型小型断路器。相对于传统的18mm宽度的产品此断路器宽度减小了50％具有操作可靠性高、结构简单、成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种小型塑料外壳式断路器，属于低压电器领域。
背景技术
随着城市及农村电网的发展，输配电系统容量不断增大，系统集成度不断提高，对于断路器的性能提出了更高的要求。同时电网中需要集中控制的回路数越来越多，为了便于管理，实现单位空间内控制回路数的最大化，即提高保护电器的空间利用率，只有缩小保护电器体积，以增加现有的成套开关柜内的断路器安放数量。同时，断路器的小型化还能节约材料，降低制造成本，对于量大面广的小型断路器来说此问题更加突出。因此，高性能、小型化断路器已成为电器发展的一种必然趋势。目前，市场上广泛应用的小型断路器宽度普遍为18mm(2个基本模数)，但也有些产品以牺牲断路器各种技术性能指标为代价来减小断路器宽度。
发明内容
根据上述问题，本发明旨在提供一种结构简单、可靠性高、成本低的超薄型小型塑料外壳式断路器。它可在保护原有技术性能不变的条件下，减小断路器宽度，提高开关的空间利用率。
本发明采用的技术方案如下：
一种小型塑料外壳式断路器，包括绝缘塑料外壳及置于其中的进出线端子、热脱扣系统、磁脱扣系统、动静触头、操作机构及灭弧系统，操作机构带动动触头实现电路闭合和断开；磁脱扣器系统由磁扼、铁芯、套管和线圈组成，其线圈一端经磁扼与静触头连接，或直接与静触头连接；另一端与热脱器连接或与接线端子连接，其特征在于：
所述磁脱扣系统的线圈为由铜漆包线制成的至少为一匝的非圆圈形结构。
所述磁脱扣系统的铁芯由一非圆柱形的导磁材料制成。
所述磁脱扣系统的套管为一非圆圈形结构。
所述磁脱扣系统中的线圈、铁心、套管均采用方形结构。
本发明对于小型断路器绝缘塑料外壳内的零部件，尤其是磁脱扣系统进行了优化设计，磁脱扣系统中的线圈、套管、动铁心、静铁心均采用方形结构，相对于传统的圆形结构，在具有相同载流密度的前提下，即在具有相同横截面积的条件下，方形结构在宽度上小于圆形结构的线圈、套管、动铁心、静铁心。因此，磁脱扣系统能够在满足温升的条件下置于9mm宽度的绝缘壳体内部，相对于传统的18mm宽度的产品此断路器宽度减小了50％，具有操作可靠性高、结构简单、成本低等优点。
附图说明
图1为小型塑料外壳式断路器外形图；
图2为小型塑料外壳式断路器内部结构图
图3为小型塑料外壳式断路器磁脱扣系统简图。
具体实施方式
本发明提供了一种结构简单、可靠性高、成本低的9mm宽度超薄型小型塑料外壳式断路器。从理论上来讲，小型化即意味着断路器外壳体积及其内部可利用空间明显减少，因此，断路器要实现小型化必然要求组成断路器的每个部件都要实现小型化，包括灭弧系统，触头系统，操作机构、磁脱扣系统、热脱扣系统等。但是，小型化并不是简单的缩小零部件体积就能满足要求，在用电负荷越来越大的情况下，小型化的前提是不能牺牲电器的通流能力，准确的说是单位体积通流量(包括载流能力和短路分断能力)，甚至还要有所提高。
本发明设计时考虑的主要问题如下：
1.机构动作的灵活性与可靠性。由于整体空间的减小，操作机构也要根据断路器壳体内部空间的大小进行优化设计，即在满足空间结构的要求下，短路、过载故障与手动分、合闸时需保证操作机构可靠动作；
2.温升。断路器壳体为一封闭的空间，易造成空气流动性不足，散热条件差。在采用小型化设计后，壳体积的减小使得部件散热面积也减小了，同时元件密度增加导致单位体积的发热量增加，这些不利因素集合在一起使得小型化设计带来的最大难点就是温升，所以如何降低温升在小型化设计过程中需要重点考虑。
根据GB10963.1中温升试验及功耗测量要求：在任何合适的电压下对断路器各极同时通以等于In(断路器的额定电流)的电流，连接外部导体的接线端子温升不应超过60K，额定电流63A时每极功耗不应超过13W。断路器内部体积变小对温升影响最大的是磁脱扣系统，一般来讲，为了满足国标中的温升要求，磁脱扣系统中线圈的载流密度Q应小于7A/mm2，即：
Q＝I/S＜7 (1)
式中：Q为线圈的载流密度，A/mm2；I为流过线圈的电流，A；S为线圈的截面积，mm2。线圈的截面积一般来讲为圆形，同时动、静铁心也采用圆形结构，但由于内部空间的减小，在保证断路器壳架等级不降低的条件下，如采用原有结构，则很难保证温升满足要求。针对以上问题，本发明的小型塑料外壳式断路器磁脱扣系统中线圈、动、静铁心及反力弹簧均采用非圆形结构。本发明设计时吸收了国内外先进的设计理念，借助计算机三维设计软件和运动分析软件对断路器整体结构、零部件造型、传动机构、合分闸弹簧等方面进行了优化设计和模块化设计，使断路器的整体性能和机械特性参数均得到更加充分的保证。
本发明包括绝缘塑料外壳及置于其中的进出线端子、热脱扣系统、磁脱扣系统、动静触头、操作机构及灭弧系统，操作机构带动动触头实现电路闭合和断开；磁脱扣器系统由磁扼、铁芯、套管和线圈组成，其线圈一端经磁扼与静触头连接，或直接与静触头连接；另一端与热脱器连接或与接线端子连接，其中：所述磁脱扣系统的线圈为由铜漆包线制成的至少为一匝的非圆圈形结构。所述磁脱扣系统的铁芯由一非圆柱形的导磁材料制成。所述磁脱扣系统的套管为一非圆圈形结构。
下面结合附图详细说明。
参照附图，本发明提供的9mm宽超薄型小型塑料外壳式断路器主要包括：塑料绝缘外壳及置于其中的左右接线端子、操作机构、磁脱扣系统、热脱扣系统、动静触头系统和灭弧系统。其中，左接线端子与磁脱扣系统连接；右接线端子与热脱扣系统连接；磁脱扣系统与热脱扣系统通过动静触头电连接。
作为外壳之一的基座9是所有内部零件的安装及定位基准，盖上上盖后如图1所示，宽度D为基本模数9mm。左接线端子10是进线端，与电源相连；右接线端子11是出线端，与负载相连。手柄12是操作机构的一部分，操作者通过转动手柄能够控制断路器的合分。
用于短路保护的磁脱扣系统主要包括线圈2、动铁芯3、顶杆6等，如图3所示，线圈2的一端与左接线端子10电连接，另一端与静触头8电连接。当线路中出现短路电流时，流过线圈2中的电流产生的磁场使动铁芯3朝静铁芯5方向运动，与动铁芯铆接一体的顶杆6撞向脱扣机构，导致动、静触头分离，断路器断开。
本优选实施例中磁脱扣系统中的线圈、套管、动铁心、静铁心均采用方形结构，相对于传统的圆形结构，在具有相同载流密度的前提下，即在具有相同横截面积的条件下，方形结构在宽度上小于圆形结构的线圈、套管、动铁心、静铁心。因此，磁脱扣系统能够在满足温升的条件下置于9mm宽度的绝缘壳体内部。
根据实际结构及磁场大小要求，取动铁心为1.5mm厚的钢板或电工纯铁板；线圈外形为6.5mm×18.7mm矩形；两块静铁心分别与磁轭铆合在一起；动铁心与冷墩成型的推杆组装在一起和反力弹簧一同处于线圈内部，动铁心的初始位置由基座定位。其他参数根据断路器额定电流规格及断路器结构空间大小而定。如图2所示，用于过载保护的热脱扣系统主要包括双金属片13、硬连接14、调节螺钉15等。双金属片13的一端通过硬连接与右接线端子11电连接，另一端通过软连接与动触头16电连接。当线路过载时，过载电流产生的热量引起双金属片弯曲，撞向脱扣装置，导致动、静触头分离，断路器断开。
双金属片的尺寸主要受产品的空间大小限制。外形长度一般为30mm～40mm，实际应用时要考虑通电长度，它直接影响双金属片变形位移的大小和产生推力的大小；双金属片的厚度对产品影响较大，微型断路器的双金属片厚度一般在0.5mm～1.0mm之间；双金属片的宽度对产品性能影响不大，一般在4mm～8mm之间。假定电路中通以电流I时，根据双金属片位移、推力计算公式及断路器内部空间大小，通过优化设计，分别取双金属片的宽度、长度及厚度分别为5mm、33mm、0.7mm。则有：
A＝KL2·ΔT/h (2)
F＝KEbh2·ΔT/(4L)(3)
式中，K为双金属材料的比弯曲；E为弹性模量；L为力臂长度；b为宽度，h为厚度，F为脱扣力，ΔT为温升，A为弯曲位移。
本发明的技术关键点是：
1.本小型塑料外壳式断路器磁脱扣系统的线圈为由铜漆包线材料制成的至少为一匝的非圆圈形结构；
2.本小型塑料外壳式断路器磁脱扣系统的铁芯为一非圆柱形的导磁材料制成；
3.本小型塑料外壳式断路器磁脱扣系统的套管为一非圆圈形结构。
Claims (1)
1.一种小型塑料外壳式断路器，包括绝缘塑料外壳及置于其中的进出线端子、热脱扣系统、磁脱扣系统、动静触头、操作机构及灭弧系统，操作机构带动动触头实现电路闭合和断开；磁脱扣器系统由磁扼、铁芯、套管和线圈组成，其线圈一端经磁扼与静触头连接，或直接与静触头连接；另一端与热脱扣系统连接或与接线端子连接，其特征在于：
所述塑料外壳式断路器的宽度为9mm；
所述磁脱扣系统的铁芯的动铁心与冷墩成型的推杆组装在一起和反力弹簧一同处于线圈内部，动铁心的位置由基座定位；
所述磁脱扣系统的铁芯的静铁心由固定在磁轭上的与动铁心截面对应的2块静铁心组成，所述推杆放置于该2块静铁心之间，该2块静铁心上均无需设置放置推杆的孔；
所述磁脱扣系统的线圈为由铜漆包线制成的至少为一匝的非圆圈形结构；
所述磁脱扣系统中的线圈、铁心、套管均采用方形结构。
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