【文章內(nèi)容簡介】 主觖頭的超程，它決定于傳動桿的磨損和觸頭的磨損，必須保證在壽命終了時，主觸頭仍能可靠地接觸，一般取2～6mm。 為了把電弧驅(qū)入滅弧室，有時要考慮磁吹，特別是在直流的情況下，加磁吹線圈是有效的滅弧措施之一。但是加磁吹線圈會使斷路器的結(jié)構(gòu)變的更復(fù)雜，這里我們不選用。 滅弧室的設(shè)計 主要由氣密絕緣外殼、導(dǎo)電回路、屏蔽系統(tǒng)、觸頭、波紋管等部分組成陶瓷外殼真空滅弧室。 滅弧室必須保證以下性能： ，燃弧時間應(yīng)盡可能短： ，使在熄滅電弧時，滅弧室的溫度不致太高，防止滅弧室變形或碎裂； ； ，在受電弧高溫灼燒后不容易碳化，而使絕緣電阻下降； ，能承受電弧熱能產(chǎn)生的壓力；另一方面也能承受產(chǎn)品在裝配和運輸過程中的振動而不致碎裂；。 斷路器操動機構(gòu)設(shè)計 斷路器的閉和與斷開由機構(gòu)來實現(xiàn)。機構(gòu)包括傳動機構(gòu)、自由脫扣機構(gòu)和主軸、脫扣軸等。 斷路器的傳動機構(gòu)可分為手柄傳動、杠桿傳動、電磁鐵傳動、電動機傳動和氣動或液壓傳動五類。 在選擇和設(shè)計傳動機構(gòu)時應(yīng)注意到： (1)手柄和杠桿傳動的最大操作力最好不超過250N。為了滿足這個要求，可以適當(dāng)?shù)倪x擇手柄長度和轉(zhuǎn)動角度； (2)傳動機構(gòu)消耗功率小，為了降低大容量斷路器的消耗功率，可采用儲能閉合的電動機傳動，～1KW。 (3)固有閉合時間小，為了縮短電動機傳動儲能閉合機構(gòu)的固有閉合時間，可采用預(yù)儲能措施。 (4)閉合斷路器是沖擊應(yīng)盡量小。 ：采用彈簧儲能，由儲能彈簧、凸輪、儲能杠桿、扣板和半軸組成。當(dāng)扣板扣子半軸時，籍電動或手動帶動凸輪順時針方向轉(zhuǎn)動，推動蓄能杠桿上的滾柱B，使蓄能杠亦順時針方向轉(zhuǎn)動，其下端則向左移動，使蓄能彈簧壓縮。達到蓄能的目的。當(dāng)推動凸輪到最高點時，凸輪上的滾珠A被扣板鎖住，能量以蓄足，這時處于預(yù)儲能狀態(tài)，準(zhǔn)備斷路器閉合。如要釋能使斷路器閉合時，借手動或釋能電磁鐵動作，使半軸逆時針轉(zhuǎn)一角度，扣板釋放。A也釋放，滾珠B在彈簧力推動下迅速下降到凸輪最低凹處，完成釋能動作，使斷路器觸頭閉合。 自由脫扣機構(gòu)是實現(xiàn)傳動機構(gòu)和觸頭系統(tǒng)之間的聯(lián)系。自由脫扣機構(gòu)再扣時，傳動機構(gòu)應(yīng)帶動觸頭系統(tǒng)一致運動，并使觸頭閉合。一般，自由脫扣機構(gòu)分自動再扣和非自動再扣兩類。自動再扣的自由脫扣機構(gòu)是由手柄自身的重量或在復(fù)位彈簧作用下再扣。萬能式斷路器采用的就是這一類的自由脫扣機構(gòu)。用若干個零件相互扣搭的自由脫扣機構(gòu)可在受柄的重量下復(fù)位。其缺點是沒有省力作用，因此閉合操作力較大。為了消除這一缺點，現(xiàn)多采用四連桿變五連桿的自由脫扣機構(gòu)，當(dāng)機構(gòu)閉合后，消除其中一個支點，從而實現(xiàn)自由脫扣。它分為欠電壓瞬時脫扣器和欠電壓延時脫口器，分勵脫扣器用于遠距離遙控或熱繼電器動作分斷斷路器。過電流脫扣器用于防止過載和負載側(cè)短路。采用直流串激電動機作為動力源，高速電動機經(jīng)齒輪和行星輪變速后帶動主軸上的凸輪轉(zhuǎn)動而工作。當(dāng)蓄能完成后，微動開關(guān)動作，切斷電動機的電源，電動機停止。手動蓄能時，蓄能手柄能帶動主軸轉(zhuǎn)動，但其他部分不會轉(zhuǎn)動。一般手柄來回7次完成蓄能操作。電動機操動機構(gòu)自成一套體系，蓄能軸與主軸之間通過凹凸型鍥口活動聯(lián)結(jié)，裝配和拆卸都很方便。 圖23 操動機構(gòu)原理圖 斷路器的保護功能萬能式斷路器具有短路保護、過載保護和漏電保護的功能。在電器超載或非正常運行中，如出現(xiàn)故障，會自動斷開開關(guān)，起到保護電器和線路的作用；另外帶有漏電保護的斷路器，具有漏電保護功能，防止人為觸電。 斷路器的三段保護：當(dāng)線路發(fā)生相間短路、相間短路接地故障時，能保證斷路器瞬時動作的保護裝置叫 做電流速斷保護，屬于電力設(shè)備主保護。其整定值應(yīng)是按躲過線路末端最大短路電流來設(shè)置，即線路末端發(fā)生短路部動作，所以不能保護線路全長，它只能保護線路的一部分，系統(tǒng)運行方式的變化影響電流速斷的保護范圍。因此，瞬時電流速斷保護的任務(wù)是在線路始端短路時能快速地切除故障。電流速斷保護又分為瞬時電流速斷保護和限時電流速斷保護兩種。2. 限時電流速斷保護： 為了彌補瞬時速斷保護不能保護線路全長的缺點，常采用略帶時限的速斷保護，即延時速斷保護。這種保護一般與瞬時速斷保護配合使用，其特點與定時限過電流保護裝置基本相同，所不同的是其動作時間比定時限過電流保護的整定時間短。為了使保護具有一定的選擇性。 圖24 電流速斷保護圖中　　1――最大運行方式下d (3 ) 2――最小運行方式下d (2 ) 3――保護1第一段動作電流　 （229）　　　　　　　　　 　　　　 （230）可見，Id的大小與運行方式、故障類型及故障點位置有關(guān)最大運行方式：對每一套保護裝置來講，通過該保護裝置的短路電流為最大的方式。（）最小運行方式：對每一套保護裝置來講，通過該保護裝置的短路電流為最小的方式。（）3. 過電流保護： 當(dāng)線路發(fā)生相間短路、相間短路接地故障且速斷保護裝置拒動或當(dāng)線路電流大于最大負荷電流時，保證斷路器動作的保護裝置叫做過電流保護，屬于電力設(shè)備后備保護，其整定值按躲過線路的最大負荷電流來設(shè)置。過電流保護又分為定時限電流保護（當(dāng)限流中的電流大于整定值時，按規(guī)定時限動作的電流保護裝置）和反時限電流保護（當(dāng)電路中的電流大于整定值時，動作時間與電流幅值成反比例關(guān)系的電流保護裝置）。瞬時電流速斷保護（電流Ⅰ段）、限時電流速斷保護（電流Ⅱ段）和過電流保護（電流Ⅲ段）都是反應(yīng)電流增大而動作的保護，它們相互配合構(gòu)成一整套保護，稱做三段式電流保護。電流速斷保護動作快，但存在著保護盲區(qū)，而過電流保護雖然可以保護線路全長，但存在著跳閘時間長的問題，而加入限時電流速斷保護則可以彌補以上存在的不足。 過載保護、漏電保護 過載保護：負荷過大，超過了設(shè)備本身的額定負載，產(chǎn)生的現(xiàn)象是電流過大，用電設(shè)備發(fā)熱，線路長期過載會降低線路絕緣水平，甚至燒毀設(shè)備或線路。此時電流超過了電路所設(shè)定的限定額定電流，通過斷路器的斷開保護電路安全。漏電保護：當(dāng)主回路中發(fā)生漏電或絕緣破壞時，漏電保護開關(guān)可根據(jù)判斷結(jié)果將主電路接通或斷開的開關(guān)元件。第3章 硬件電路設(shè)計 通過檢測供電線路中的電流（電壓）并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字電路和單片機可處理的電平信號，信號經(jīng)選相、采樣、比較等處理后送入微處理器，微處理器內(nèi)帶的A/D轉(zhuǎn)換單元將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，供CPU進行邏輯運算與處理。各種故障保護的動作電流和時間的整定值通過鍵盤設(shè)定并存于串行中央處理單元中（掉電不丟失），CPU將檢測到的電流信號與整定值比較，判斷是否脫扣，若脫扣則確定動作時間并發(fā)出控制信號及報警信號，顯示故障電流和故障類型；否則脫扣器刷新顯示。其原理框圖如下：操動機構(gòu)圖31 智能脫扣器原理框圖 單片機的選擇 主控單元的確定 MCS51單片機的管腳功能采用HMOS制造工藝的MCS51單片機都采用40管腳雙列直插式封裝；而采用CHMOS制造工藝的80C51,除采用40腳雙列式直插式封裝外，還有用方形的封裝方式。如圖33所示為雙列直插式封裝單片機管腳圖[6]。各管腳功能說明如下：1．電源管腳VCC(40腳):接＋5V；VSS（20腳）：接地。2．時鐘信號腳XTAL1(19腳),XTAL2(18腳):外部時鐘信號腳。圖32 MCS51單片機的管腳1）RST/Vpd(9腳):當(dāng)作RST使用時，為復(fù)位輸入端；當(dāng)作為Vpd使用時，當(dāng)VCC掉電下，可作備用電源。2）/Vpp（31腳）：為訪問內(nèi)部或外部程序儲存器的選擇號。對片內(nèi)RPROM編程時，Vpp接入21V編程電壓。 3）ALE/（30腳）：當(dāng)訪問外部儲存器時，ALE信號的負跳變將P0口上的低8位送入地址鎖存器，不訪問外部儲存器時，ALE端仍以固定的振蕩頻率的1/6速率輸出正脈沖信號。當(dāng)對片內(nèi)EPROM編程時，該管腳PROG用于輸入編程脈沖。4）（29腳）：外部程序存儲器讀選通信號。1）P0口（32～39腳）：雙向I/O口，既可接地址鎖存器作低8位地址I/O口使用也可以作數(shù)據(jù)I/O口使用。能驅(qū)動8個LSTTL負載。2)P1口（1～8腳）：具有內(nèi)部上位電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動4個LSTTL負載。3）P2口（21～28腳）：8位具有內(nèi)部上位電阻的準(zhǔn)雙向I/O口，在接收外部存儲器時，P2口作為地址高8位。能驅(qū)動4個LSTTL負載。4）P3口（10～17腳）：8位具有內(nèi)部上位電阻的準(zhǔn)雙向I/O口，其每一位又有如下特殊功能：P30（RXD）：串行口輸入端。P31（TXD）：串行口輸出端。P32（）:外部中斷0輸入端，低電平有效。P33（）:外部中斷1輸入端，低電平有效。P34（T0）：定時/計數(shù)器0外部事件計數(shù)輸入端。P35（T1)：定時/計數(shù)器1外部事件計數(shù)輸入端。P36（):外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號，低電平有效。P37（):外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號，低電平有效。該電源采用變壓器供電，變壓器原邊電壓取進線側(cè)的任意兩相間的線電壓。變壓器的副邊電壓經(jīng)過整流橋整流、電容濾波和穩(wěn)壓芯片線性穩(wěn)壓，產(chǎn)生脫扣器的工作電源。，由于線性穩(wěn)壓電路和隔離電路輸出電壓的精度比較高，紋波比較小，所以該電路的輸出電壓可以作為5V基準(zhǔn)電壓。圖33 智能脫扣器電源結(jié)構(gòu)框圖 智能脫扣器電路智能化脫扣器脫扣電路的結(jié)構(gòu)如圖34所示,在微處理器脫扣控制電路的基礎(chǔ)上,加入了模擬脫扣電路,作為后備保護。模擬脫扣電路用于系統(tǒng)上電初期的短路電流保護和系統(tǒng)運行期間特大短路電流的保護。 微處理器在上電初期要進行上電初始化,無法實現(xiàn)保護。模擬脫扣電路采用硬件比較器電路可以快速判斷出斷路器接通時出現(xiàn)短路的情況,并做出相應(yīng)的動作進行保護。在微處理器運行期間,模擬脫扣電路實現(xiàn)特大短路電流的判斷,如果出現(xiàn)特大短路電流,微處理器沒有來得及反應(yīng),則模擬脫扣電路可作出相應(yīng)的判斷和動作。因此數(shù)字脫扣和模擬脫扣相結(jié)合,兩者互補,增加了脫扣器的可靠性。模擬脫扣電路采用比較器鑒幅電路來實現(xiàn),每一相使用兩個比較器來完成。電流 信號Ia、Ib、Ic的幅值同參考電平VRE+和VRE進 行比較。比較器采用LM393,其輸出是集電極開路的,因此圖中所有電壓比較器輸出并聯(lián)起來,通過一個上拉電阻接VCC實現(xiàn)線與功能。圖34智能脫扣器電路圖在正常情況下,微處理器沒有發(fā)出脫扣信號且電流信號的幅值在基準(zhǔn)電壓范圍內(nèi),則比較器的并聯(lián)輸出UTRIP被上拉電阻拉高,否則只要任一電壓比較器輸出為低,則UTRIP被拉低。UTRIP信號接脈寬檢測電路,進行抗干擾處理,如果UTRIP的低脈沖維持一定的寬度,則單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā),UOUT輸出一定寬度的脈沖通過驅(qū)動電路使磁通變換器打開,從而分斷斷路器。采用上述比較器鑒幅電路,在實際系統(tǒng)運行中由于干擾的存在,比較器的輸出會出現(xiàn)一些不必要的窄脈沖,如果直接接單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路,會產(chǎn)生誤動作。為了消除干擾,在比較器的輸出端加了脈寬檢測電路,該電路由一個555器件組成,輸出接由另一個555器件構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。 脈寬檢測電路的工作原理如下:UTRIP、UTH、UQ、UOUT表示圖中各個結(jié)點。UTRIP來自電壓比較器并聯(lián)的輸出端。在正常情況下,比較器輸出高阻,此時圖中NPN三極管導(dǎo)通,UTH被三極管嵌位在其飽和電壓脈寬檢測電路及工作波形 ,UQ輸出高電平。當(dāng)電流越限或單片機發(fā)出脫扣指令,比較器輸出將把UTRIP拉低,則NPN三極管截止,此時接UTH的電容通過電阻RR6開始充電,UTH電壓升高。如果UTRIP低脈沖保持一定的寬度,UTH隨著電容充電上升并達到2/3VCC,則UQ輸出低電平,觸發(fā)其后由個555器件構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路,UOUT輸出一個一定寬度的脈沖。由電路的工作波形可知,由于電容充電需要一定的時間,因此該脈寬檢測電路只有在UTRIP輸出低脈沖寬度保持一定的時間才能使UOUT觸發(fā)。如果UTRIP的脈沖過窄,UTH電壓達不到2/3VCC,則UOUT不會觸發(fā),因此通過該電路可以消除前級比較器出現(xiàn)的干