JXM3-100断路器过载特性验证中的完善与体会

JXM3-100断路器过载特性验证中的完善与体会 JXM3-100断路器特性分析与改进 研发中心 朱小焰 摘要 断路器热磁式复式脱扣器的保护特性，对负载保护至关重要，本文介绍了JXM3-100断路器保护特性的攻关改进过程，分析了所碰到的问题和采取了哪些改进方法。 一、前言 JXM3-100(原名JKB3-100)产品，因为前期人员调动，试制工作并未结束，试制中特别是初期试验中的反复不太清楚，而接手后的实际装配调试中碰到的问题很多，不作细致分析与必要的改进及补充设计是无法投入小批量生产和供货的。为此对操作性能，保护特性和摸块式符件(如分励、欠压等)等作了多次反复试验，并对操作机构，过载脱扣器和摸块式附件等作了相应改进并取得了理想效果，现将其中保护特性问题的分析与改进作一介绍。 二、JXM3-100断路器的保护特性的校验 1、 16A-32A直热式的问题分析与改进。 1) 16A-32A直热式的问题分析 原JXM3-100产品中16A、20A、32A采用直热式结构，其双金属片所用材料规格及尺寸完全相同，即三种电流取同一种双金属片。从理论上分析，使脱扣板脱扣有两种情况，一 t2种是利用双金属片通电受热弯曲，而双金属片弯曲与所需热量成正比的，根据Q=?IRdt0可知，电流I小的(如16A、20A)产生出与电流I大的(32A)相同热量，双金属片达到弯曲脱扣的位移量其所需时间t肯定要长(在调节螺钉距离不变情况下)。另一种是在双金属片通电受热弯曲时调整双金属片的调节螺钉与脱扣板之间的距离(即电流小的调整间隙小一些，以加快小I的动作时间)。在实际的操作过程中，过载特性的验证需考虑1.05In，1.3In及快速校验的2In动作特性曲线范围，从16A到32A的三种规格来看，若是采用第一种方法验证，不对调节螺钉按电流等级进行了调节，则如果32A符合规定的动作特性曲线，1.05In1小时能够稳住，1.3In在1小时内可以动作，那么16A所需时间至少是32A的2倍，很显然16A在1.05In1小时稳住后，1.3In在1小时内肯定不动作的(因为16A的1.3In小于32A的1.05In)，所以在实际操作中均采用调整螺钉与脱扣板之间距离的方法。对16A、20A、32A三种规格在原来双金属片和软联结都相同的情况下，通过反复多次调节做了过载特性试验，试验结果见表1: 表1 内 容 2In单项校验时间t(秒) 1.3In动作时间 备 注 t(秒) A B C 规 格 16A 132 247 88 不动作 调节螺钉几乎顶住脱扣板 20A 72 57 64 254 调节螺钉几乎顶住脱扣板 调节螺钉与脱扣板间隙在1mm32A 63 47 44 378 以上 以上试验结果表明:16A、20A、32A三种电流规格使用相同双金属片和软联结，显然是不太合理，也是比较困难的。16A调节螺钉几乎顶住脱扣板还是不动作，20A虽然动作了，但也没什么距离了，分析一下2In校验(各极分别进行)与1.3In校验(各极串联)情况有所不同，当16A的2In校验只要有一极，尤其是边相调节螺钉完全顶住脱扣板甚至过量,如时间再调短，则在1.3In各级串联校时，由于三极同时顶住脱扣板(脱扣板变形弯曲受到抑制)，作者 朱小焰，女，1974年生，1999年湖南农业大学工程技术学院毕业 助理工程师 1 就有可能在1.05In热稳定情况下稳不住，即使能够稳住，经多次操作也有滑扣的现象，我们认为这太勉强必须有所改进。 2) 16A、20A采用改变软联结的改进 由于16A、20A、32A其双金属片已经用了比弯曲K最大的5J11，再无选择余地，而且考虑到原短路分断能力试验情况，其双金属片的形状及尺寸不能轻易再作变动，只能从其它方面分析入手，首先分析16A-32A的软联结(双金属片不作变动)，软联结的电流密度见表2: 表2 22软联结:19x3x56/0.05有效截面积S=6.26 mm 软联结:12x3x56/0.05有效截面积S=3.95 mm 22额定电流In(A) 电流密度j(A/mm) 额定电流In(A) 电流密度j(A/mm) 32 5.11 / / 20 3.195 20 5.06 16 2.554 16 4.05 22从表中可见用6.26mm16A的电流密度比32A的电流密度要下降一半，3.95mm软联结其 220A和16A的电流密度均比原用6.26 mm软联结电流密度增加58%以上，且20A的电流密度 22为5.06A/mm已接近原32A的电流密度(5.11)，。如果说32A(用S=6.26mm)动作特性较为 2理想，就以32A的电流密度5.11A/mm为参考，那么我们就从增大它的电流密度着手，希望借助软联结的电流密度的增大，发热量的增大能对16A、20A的双金属片的弯曲动作特性校 2验有所好处，考虑到生产管理方便，决定16A和20A一样，都使用3.95mm(12x3x56/0.05)一种规格，只是16A的校验较为困难些。我们虽然只对软联结作了改变，试验情况比较符合我们的设想。试验结果见表3: 表3 内容 2In单项校验时间t(秒) 1.3In动作时备 注 规格 间t(秒) A B C 16A 112 188 87 808 调节螺钉几乎顶住脱扣板 调节螺钉与脱扣板间隙在20A 94 66 60 15.4 0.6mm以上 从表3结果分析,我们决定修改软联结的型号，采用12x3x56/0.05特软铜绞线。对于20A来说，结果是比较理想的，而对于16A过载特性是能够完全满足，但作为过载可调，还是比较困难的，因为调节螺钉几乎已抵住脱扣板，可调调节板无法进入两者之间的间隙。为了不作进一步的改动，我们只好放弃16A的可调式试验研究了。 2、40A和50A的问题分析与改进 1) 傍热式的试验与分析 最初的设计40A、50A都是傍热式，双金属片为5J11和发热元件为NC-020见表4: 表4 In 双金属片 热元件 备 注 100A、80A、63A 5J11 NC-010 NC后的数字为其电阻 率 50A、40A 5J11 NC-020 车间反映2In很难校出，我们在实际校验验证中发现，2In校验时间过长，大大超过理想动作时间4分钟左右，即使为避免热量散失校验时用塑壳盖盖上，脱扣时间也减少不多，而在1.05In稳定时，却发现10台中有2台1.05In不能稳住。分析原因:一是因为2In为各极分别(即单相)校验，由于脱扣板原本有所弯曲变形，加上在热态下刚性不够，调节螺钉顶住后，边相更加弯曲变形，致使更难脱扣，调节螺钉必须再向前调节，必须更抵近脱扣板，这样在1.05In稳定时，由于三极串联，各极双金属片同时弯曲，这样边相就易使脱扣板发生动作而脱扣;二是由于傍热式热元件和双金属片点焊铆接工艺等原因，使双金属片与热元 2 件离开距离偏大，致使发热元件的热量对双金属片的传递效果变差，而导致双金属片在2In校验的短时间内难以弯曲，推动脱扣板动作;三是从表4看出原设计热元件对电流等级的配置不尽合理，热元件的发热阻值不够合理。要改变这种情况，须采取的措施:1、电流规格小的应采用阻值高一些的发热材料，但发热材料改变涉及价格等方面困难因素;2、考虑采用直热式，选择适当的双金属片材料见表5: 表5 牌号 K(弯曲率) P(阻率) 形式 5J11(5J20110) 20.8 113 傍热式NC-020 5J16(5J1850) 15.9 80 直热式 5J1325A 13.9 R25 25 直热式 5J1325B 13.5 5J1417A 14.9 R15 17 直热式 5J1417B 14.2 2) 5J16直热式的试验与分析 首先对40A、50A我们所采用直热式并利用原16A-32A双金属片的形状及尺寸，即利用原来模具，考虑材料的相关特性参数，选用5J16，经装配校验结果见表6， 表6 内容 2In单项校验时间t(秒) 1.3In动作时备 注 规格 间t(秒) A B C 40A 74 66 106 20 调节螺钉与脱扣板间隙大于1mm 调节螺钉与脱扣板间隙大于1mm,温升偏50A 57 65 57 12 高(负载侧中相63?) 从校验结果上看还是可以的，但手感50A开关偏热，在检测中心测试温升负载侧中相温升为63.5?，虽然在规定温升内，但如用户接线不良或使用时间一长，接触电阻增大后，温升有可能超出，为可靠起见，我们决定再改用双金属片材料，按表5选R15比较合理，但一时又弄不到，只有R25可供，因此，选用R25，从电阻率看，温升肯定会大大降低，特性上有可能满足要求。 3) R25直热式试验与分析 40A:R25，试验2In动作时间偏长，可达378″，低于200″则滑扣或不能再扣，当盖上盖校验时则可加快动作:如200″?128″，225″?182″，1.05In1小时稳住后，1.3In动作时间t=270″,虽可调出，但一旦用于可调(下调20%)32A的2In就不能动作了，且不能再扣，因调节螺钉已顶住脱扣板，无法垫入可调垫板。 50A: R25，P降低了许多，发热温升可大大降低，弯曲率是可以满足50A的特性要求，使用R25实际校验40A、50A得出的结果见表7: 表7 内容 2In单项校验时间t(秒) 1.3In动作时备 注 规格 间t(秒) A B C 40A 116 172 162 270 调节螺钉几乎抵住脱扣板 50A 114 217 129 485 调节螺钉与脱扣板间隙大于1mm, 结论:根据实际校验结果，最后决定R25用于50A直热式，而5J16用于40A直热式均可满足特性要求和将来的可调式要求了。 3、63A-100A的问题分析与改进 3 63A与80A、100A都为傍热式，采用相同的双金属片(5J11)和热元件(NC-010)是不太合理的，其中63A的2In动作时间相对较困难(每相都超出400″)，且调节螺钉几乎顶住脱扣板了，问题仍然是前述提到的热元件阻值偏低和部件加工质量，传递到双金属片的热量不够，若是考虑可调的话，则可调余量太少，很容易滑扣，所以傍热式63A做可调的情况不会太理想，因此考虑将63A也改为直热式，双金属片为R25，63A装配后的校验结果见表8: 表8 2In单项校验时间t(秒) 1.3In动作时备 注 间t(秒) A B C 1、 温升最高为46? 72.6 87 81 7 2、 调节螺钉与脱扣板间隙在0.6mm以上 80A-100A傍热式的校验结果见表9: 表9 内容 2In单项校验时间t(秒) 1.3In动作时备 注 规格 间t(秒) A B C 80A 320 360 377 334 调节螺钉与脱扣板间隙大于0.6mm 100A 414 392 292 91 调节螺钉与脱扣板间隙大于0.6mm, 结论:由以上校验结果可以得出，63A用R25的直热式，80A、100A还是用傍热式都能满足特性并为以后的可调作了可能性校验。 三、JXM3-100断路器改进汇总及建议采取的措施 通过多次反复校验及更改，现将JXM3-100的各种电流规格的动作特性结论归纳为表10: 表10 内 容 双金属片 热元件 软联结/联结板 备 注 规 格 100A 5J11 NC-010 4x2.8铜扁线TBR 傍热式 80A 5J11 NC-010 4x2.8铜扁线TBR 63A R25 / 19x3x56/0.05TTJR 50A R25 / 19x3x56/0.05TTJR 40A 5J16 / 19x3x56/0.05TTJR 直热式 32A 5J11 / 19x3x56/0.05TTJR 20A 5J11 / 12x3x56/0.05TTJR 16A 5J11 / 12x3x56/0.05TTJR 动作特性结论都是经过反复试验才得出的，虽然由于各个环节加工，装配上的误差，零件本身的不稳定性造成试验中的某些不确定性，但是通过特性试验的摸索、分析、材料的合理变更取得了复式脱扣器双金属片的较佳选择，满足了特性要求，并且也考虑了今后开发延时可调的可能性。然而为保证直热式和傍热式动作特性的可靠性，今后须采取的措施:1、加强铆接和点焊的质量控制，2、更改脱扣板材料增强耐热性和硬度，增加脱扣板压制定型冷模，以防变形，确保特性校验的可靠性和稳定性。 以上仅是本人在JXM3-100断路器工作中的部份和体会，尚有不足之处，请有关人员给予指正。 4