6〇 Colum n专栏■核电仪控
Experimental Verification of the Influencing Factors on Thermo-magnetic Tripping Characteristics
o f Low Voltage Circuit Breakers
★北京广利核系统工程有限公司唐新磊，高玉斌，曹宗生，林磊
摘要：低压断路器是低压配电系统的核心部件，低压断路器的功能和性
排放因子
能是否正常，直接影响到配电系统的安全，进而影响整体系统的安全 性。目前行业内对低压断路器脱扣特性影响因素的研究主要针对的是物 项本身的设计及实现，但对低压断路器在实际试验验证过程中，影响脱 扣特性的外界因素的研究维度并不是非常全面，因此开展低压断路器热 磁脱扣特性影响因素的试验验证工作有很大的必要性。本文主要通过分 析低压断路器工作原理，总结出影响低压断路器热磁脱扣特性的因素，然后通过试验验证的方式进行论证，证明分析结论的正确性。
关键词：低压断路器；热磁脱扣特性
Abstract：Low-voltage c i r c u i t breaker i s the core component o f l o w-v o l t a g e d i s t r i b u t i o n syst e m.Whether the f u n c t i o n and performance o f l o w-v o l t a g e c i r c u i t breaker a r e normal or not d i r e c t l y a f f e c t s the s a f e t y o f d i s t r i b u t i o n system and then a f f e c t s the s a f e t y o f the whole s y s t e m.
A t p r e s e n t,the r e s e a r c h on the i n f l u e n c i n g f a c t o r o f low v o l t a g e c i r c u i t breaker t r i p p i n g c h a r a c t e r i s t i c s focuses on design and r e a l i z a t i o n o f the items i t s e l f,but i n the process o f low v o l t a g e c i r c u i t breaker i n t h e a c t u a l t e s t,the e x t e r n a l f a c t o r s i n f l u e n c i n g the t r i p p i n g c h a r a c t e r i s t i c s research dimensions i s not very comprehensive, so i t i s necessary c arry out the thermal magnetic low-voltage c i r c u i t breaker t r i p p i n g c h a r a c t e r i s t i c s i n f l u e n c e f a c t o r s o f t e s t work. T h i s paper mainly a n a l y z e s the working p r i n c i p l e o f low-voltage c i r c u i t b r e a k e r,summarizes t h e f a c t o r s t h a t a f f e c t the c h a r a c t e r i s t i c s of low-voltage c i r c u i t breaker thermo-magnetic t r i p,and then proves the c o r r e c t n e s s o f the a n a l y s i s conclusion through experimental v e r i f i c a t i o n.
Key words: Low voltage c i r c u i t breaker; Thermo-magnetic t r i p c h a r a c t e r i s t i c s 1引言
低压断路器可以接通和分断正常负荷电流和过载 电流，广泛应用于航空航天、核电、船舶、工厂及家用 电器等领域中，人们对低压断路器不仅在数量上需求增 加，对产品性能和可靠性方面也提出了更高的要求，脱 扣特性作为低压断路器的典型关键特性，引起了更多技 术人员的关注。
脱扣器作为低压断路器的重要部件，在线路发生 故障时，能使断路器触头脱扣，迅速断开电路，以保证 电路及操作人员的安全。脱扣器目前可分为两大类，分 别是热磁脱扣器和电子式脱扣器，后者也被称为数字脱 扣器。虽然现在脱扣器向着数字化方向发展，但传统的 热磁脱扣断路器由于具有成本低、可靠性高、安装使用 灵活的特点，依然广泛应用于各个行业。
对断路器脱扣特性执行验收有利于保障产品在实 际使用中有效保护用电电路，避免发生用电事故。在执 行断路器脱扣特性验收时，会出现断路器未按要求脱扣 的情况，根本原因在于热磁脱扣器分断异常。
本文提出了一种低压断路器热磁脱扣特性影响因 素验证方法，一方面有助于加强断路器验收过程的质量 控制，另一方面补充了行业内低压断路器脱扣特性影响 因素分析验证方法的研究维度。
2021.04 AUTOMATION PANORAMA61
2脱扣特性
脱扣特性是指断路器在满足一定条件下，所表现 的时间和电流的动作特性，对于低压热磁断路器一般通 过热磁脱扣器实现脱扣动作。
2.1脱扣器基本结构
热磁脱扣器的基本结构如图1所示。
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a.android退出应用
图1热磁脱扣器的结构原理图其中，各序号表示的部件分别为：1-主触头；2- 锁扣；3-卡扣；4-转轴；5-杠杆；6-弹簧；7-瞬时脱扣 器；8次压脱扣器；9-衔铁；10-衔铁；11-弹簧；12-热 双金属片；13-热脱扣器电热丝；14-分励脱扣器；15- 按钮；16-闭合电磁铁u-21。
2.2脱扣工作原理
图1所示的断路器处在闭合状态，三相主触头串联 在三相回路中，手动储能闭合或电动机储能闭合后，
可 以接通闭合电磁铁16，锁扣和卡口锁住，三相主触头接 通电路。断路器能够在各种非正常电流情况下做出适当 的反应，全是靠断路器中的各种脱扣器来实现的。当线 路中发生短路时，瞬时脱扣器7中的电磁铁产生很大的 吸力，克服反力弹簧11的弹簧力，将衔铁9吸住，衔铁 9在电磁吸力的作用下推动杠杆5向上运动，卡扣3则沿 轴4顺时针转动，锁扣2和卡扣3脱扣，锁扣2在弹簧6的 作用下向左运动，断路器动静触头断开，切断电路，实 现对电路的短路保护。当线路过载时，热脱扣器电热丝 13会发出大量的热，热双金属片发生变形，向上弯曲，推动杠杆5运动实现过载脱扣。3脱扣特性影响因素
通过分析低压断路器工作原理，得出影响低压断 路器脱扣性能的因素为如下三个方面：
(1)试验电流的影响；
(2)器件本身温度的影响；
(3)断路器内部结构发生物理变化的影响。
4脱扣特性影响因素验证
本文从试验电流、试验过程断路器温度以及断路 器内部结构变化三方面进行脱扣特性影响验证。
4.1电流因素
通过对脱扣器的工作原理可知道，电流对脱扣特 性的结果影响非常大，无论是热脱扣还是磁脱扣，关键 参数均为电流。影响电流的因素很多，本文仅针对线材 的选取对脱扣特性结果的影响验证
(1)试验用导线线径、长度、材质
本次验证选取几类导线，依据标准G B 10963.1-2005'选取两个试验参数进行试验，试验等 级如表1所示。
表1脱扣特性试验参数
参考标准试验参数验收要求预期结果GB 10963.1-2005
1.45l n t<lh脱扣
10l n t<0.1s脱扣表2为不同类型的导线对脱扣特性的影响试验结果，可以看出不同类型的导线虽然没有导致试验结果的 不通过，但对脱扣时间起到明显的影响，因此在试验过 程中应选取合适的辅助线缆执行试验。
表2不同类型的导线对脱扣特性的影响
导线类型试验参数脱扣时间
长度：200cm；线径：1.5mm2;
吊葫芦材质：裸铜线
1.45l n39minl3s
10l n31.27ms
长度：200cm；线径：2mm2;
材质：裸铜线
逆变电源模块1.451n32min54s
10l n21.08ms
长度：200cm；线径：2mm2;
材质：镀锡软圆铜
1.45l n47minl3s
l O l n34.33ms
长度：50cm；线径：2mm2;
材质：裸铜线
1.45l n15min07s
l O l n 9.02ms
62Golumn专栏■核电仪控
(2)接线力矩
试验等级表1要求，断路器接线端口螺纹标称直径为3.Omm〜3.2m m，不同接线力矩对脱扣特性的影 响试验结果如表3所示，表明试验力矩在合适力矩范围 内，能有效保证接触完整性，使试验电流数值尽可能精 确，因此接线力矩会导致试验结果的不通过。
表3不同接线力矩对脱扣特性的影响
接线力矩试验参数脱扣时间
0.2N.m 1.45ln Ih47m in l3s (不符合）10ln261.33ms (不符合）
0.4N*m 1.45ln47min27s lOln71.42ms
0.6N.m 1.45ln13min22s lOln13.08ms
0.8N*m 1.45ln13min09s lOln11.27ms
4.2温度因素
试验中应考虑试验对象之间的温度影响，因此将两 个断路器紧挨着放在一起进行脱扣试验，结果如表4所 示，可以看出样本温度的相互影响会导致脱扣特性试验 的不通过。
表4样品间距对脱扣特性的影响
样本情况试验参数验收要求脱扣时间
紧挨5ln t<0.1s不脱扣31.07ms
隔开距离大于2cm5ln t<0.1s不脱扣>0.1s
4.3内部结构物理变化因素
桥梁同步顶升
断路器外壳大多为热塑性材料，长时间存放的断 路器容易受储存环境温湿度影响导致外壳发生微小的形 变。断路器内部脱扣器固定在外壳内，外壳的形变会影 响脱扣时间的精度。
如依据标准GB14048.2-2008，试验中针对某品牌断路器在10.2x i n(A)4A电流下，要求脱扣时间<0.2s，但实际>0.2s发生脱扣，可以看出在要求的时
间内励磁电磁铁并没有触发规定的动作令卡扣脱扣，
针对此问题对问题样本内部进行了物理破坏性分析。
分析得出结论，问题断路器生产批次为13年48周，在
长期的存放过程中，外壳发生了微小的形变，导致脱
扣器收受外力影响发生卡顿的现象，最终导致脱扣试
验的不通过。
因此，建议验收的低压断路器非库存积压物资，
避免长期存放、温湿度因素导致器件本身性能下降。
5结论
本文通过分析低压断路器工作原理，提出了影响
低压断路器热磁脱扣特性的几个因素，通过试验验证的
手段证明其导致低压断路器脱扣特性不通过的风险，因
此应引起测试验证人员的足够重视。
另一方面，依据验证结论，给出低压断路器相关
验收建议，有助于加强断路器验收过程的质量控制：
(1)应避免由产品长久放置造成性能缺陷；
(2)试验中应使用合适的辅助线材，试验导线的 选取应考虑损耗的影响；
继电器延时电路(3)试验环境的准备，试验接线应符合足够的力
矩值；
(4)试验样品间距离需要注意，避免试验样品温 度的互相影响。0E
作者简介：
唐新磊（1990-)，男，北京人，电子工程师，学士，
现就职于北京广利核系统工程有限公司，主要从事鉴
定检验工作。
参考文献：
[1] 于永站.低压塑壳式断路器热磁脱扣特性研究[D].江苏：南京航空航天大学，2012.
[2] 王永鑫.低压断路器电磁脱扣特性的研究[D].上海：同济大学电信学院，2008.
[3] G B 10963.1-2005，电气附件一家用及类似场所用过电流保护断路器第1部分：用于交流的断路器[S].
[4] G B 14048.2-2008，低压开关设备和控制设备第3部分：断路器[S].
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