【導讀】工作及取得的研究成果；得其他教育機構的學位而使用過的材料；本課題要求設計一臺采用塑殼式低壓漏電保護斷路器。該斷路器主要由外。殼、觸頭系統(tǒng)、零序電流互感器、脫扣器系統(tǒng)、結構等組成。主要技術參數(shù)為交?！?，主要用與配電網(wǎng)絡電能分配時線路與電源設備的漏電保護?？傮w結構設計，產(chǎn)品三維實體造型等。

　　

【正文】 增大從而使接觸電阻加大。 表 銀觸頭尺寸的選擇 觸頭發(fā) 熱 電流 觸 頭 尺 寸 (mm) 直 徑 厚 度 1? 15 35 510 58 本設計觸頭直徑為 ，觸頭厚度為 。 觸頭材料的選擇 銅做觸頭時，表面易形成較厚的導電率較小的氧化銅無機膜，這種膜隨溫度的升高厚度迅速增加，在觸頭要加較大的壓力才能使其破壞。銀做觸頭時，表面會生成氧化銀膜，但導電性能下降不明顯，當溫度高于 180oC 時，氧化銀分解為原合成元素，故銀觸頭所形成的氧化膜對觸頭的影響很小。 觸頭壽命和工作可靠性與觸頭材料有很大的關系。對觸頭材料的要求有：機械強度好；能抗腐蝕和侵蝕；具有導電的氧化膜；具有高的再結晶溫度、氣化溫度和熔化溫度；具有高的導熱性；易于機械加工和焊接；價格低廉等。 參考同類產(chǎn)品和最新的觸頭材料在這里選用 AgCdO12做觸頭。這種材料強度、硬度較好、能減小磨損，抗熔焊性能僅次于銀石墨，電腐蝕率也較底。 本章小結 觸頭的工作與電弧密切相關，它在工作過程中將被高溫電弧所灼傷，并因之而發(fā)生質(zhì)量的 轉(zhuǎn)移和電侵蝕。觸頭工作的好壞會直接影響到整個電器工作性能的優(yōu)劣，因此，本章對 觸頭的 相關 知識 作了詳細的介紹，比如， 電接觸、接觸電阻的概念 、觸頭的種類 。再對 觸頭材料的選擇、觸頭接觸形式和參數(shù)的選擇及觸頭結構的進行了設計。 塑殼低壓漏電保護斷路器設計 12 第 3 章 滅弧系統(tǒng)的設計 滅弧原理 滅弧系統(tǒng)的主要作用是以熄滅觸頭在切斷電路是所產(chǎn)生的電弧。 電弧的產(chǎn)生是由于氣體的游離；則 電弧的熄滅是由于氣體的消游離，而消游離主要是復合和擴散的作用。復合就是異性離子互相結合而中和；擴散就是電弧表面的離子擴散的周圍冷介質(zhì)中去。 交流電弧的熄滅存在兩種理論，即弧隙介質(zhì)強度恢復理論及弧隙能量平衡理論。交流電弧的熄滅條件可概述為而電流過零后，弧隙介質(zhì)恢復強度在任何時刻始終高于弧隙上的恢復電壓?；∠赌芰科胶饫碚撌强宋魈岢龅模J為電弧重燃不是電流過零后簡單的電壓擊穿，而是電路及弧隙之間能 量平衡的結果。因此電弧熄滅的條件是：弧隙的熄滅能量小于弧隙的散出 能量，弧隙電阻的變化決定于電弧能量輸入與散出的對比，隨著能量散出的增加，電弧溫度下降，弧隙電阻增加，電弧熄 滅。通常在低壓電器設計時，較常用的理論是弧隙介質(zhì)強度的恢復理論。 滅弧室的設計 滅弧方法的選擇 （ 1） 自然滅弧 ：觸頭不用特殊滅弧室，觸頭開斷時， 在交流電流自然過零時熄弧，廣泛應用于主令電器和電器的副觸頭上。 （ 2） 磁吹滅弧 ： 靠磁吹線圈產(chǎn)生的磁通在兩塊磁性夾板間形成平行的磁場，從而對電弧產(chǎn)生電動力并使電弧轉(zhuǎn)移到引弧觸頭上燃燒。 （ 3） 柵片滅弧 ： 低壓交流電器的金屬柵片滅弧室是利用交流電弧的近陰極效應滅弧，優(yōu)點是滅弧能力強，過電壓低，噴弧距離小，缺點是滅弧室中除有電弧能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃客?，還有柵片電阻損耗及鐵損耗轉(zhuǎn)變的熱量均使柵片及滅弧室壁溫度升高，導致滅弧條件惡化，甚至損壞柵片。 （ 4） 縱縫滅弧 ： 性能和柵片滅弧室十分接近，但工藝簡單得多，零件數(shù)少，成本低弧室的耐電磨損性能好。主要用于接觸器中。 （ 5） 真空滅弧 ： 該滅弧方法具有很高的開斷能力，但成本高，易產(chǎn)生過電壓，目前主要用于 660KV、 1140V供電系統(tǒng)使用的真空接觸器和斷路器，近年來在低壓接觸器方面也有進展。 （ 6） 封閉式壓力滅弧 ： 利用固體材料產(chǎn)氣，提高氣壓以進行滅弧，他的滅弧能力很強，限流作用非常顯著。在熔斷器方面應用較多。 通過比較，該漏電斷路器選擇金屬 柵片 滅弧室。 塑殼低壓漏電保護斷路器設計 13 金屬柵片滅弧室結構的分析 金屬柵片的作用是電弧拉 入滅弧室時，把電弧分成許多串聯(lián)的短弧，將其冷卻以增大電弧電阻。滅弧室內(nèi)裝有厚度 的鋼板（屬磁性材料）沖成的柵片。柵片表面鍍鋅或鍍銅，一是為了防銹，二是為了增大滅弧能力。當動靜觸頭打開時產(chǎn)生電弧，電弧電流在周圍空間產(chǎn)生磁通，將柵片磁化。因此它的磁通路徑發(fā)生了變化，柵片產(chǎn)生一種將電弧拉入的吸力。 圖 滅弧柵片 滅弧柵片的形狀設計成倒 V形，作用是電弧進入時，可減少阻力，另外是為了與觸頭形狀一致。設計滅弧室時，關鍵是柵片的數(shù)量，柵片的厚度和片間距離。 金屬柵片滅弧室參數(shù)的確定 滅弧柵片數(shù)的確定 n 為柵片數(shù) ，由 《電器學》 第 119 頁 公式 ： 0UUn ed? （ ） U0范圍 20～ 24 伏 ,取 25 伏； Ued為被開斷電路的額定電流。則 : 片925220 ??n （ ） 每片取 1mm，間隔為 1mm，滅弧室材料為紅鋼紙扳。 滅弧條件 產(chǎn)生電弧條件是電路內(nèi)的電流和電壓必須大于某一最小起弧電流和最小起弧電壓。相反，滅弧時用公式表述為 UjfUhf。 Ujf=Ujf0+Kjf t (） 式中， Ujf為弧隙介質(zhì)恢復強度 ； Uhf為電壓恢復強度； Kjf 為弧隙介質(zhì)恢復強度的增長速度（ V/ μs）； 塑殼低壓漏電保護斷路器設計 14 t 為從電弧電 流過零瞬時起計算的時間（ μs）。 Ujf0和 Kjf均為開斷電流 I 之系數(shù)，該斷路器極限開斷能力為 6KA,按 6KA， 查《低壓電器設計手冊》 第 532 頁 圖 920 得 ： Ujf0=70V， Kjf=(V/ms)； 則： Ujf=70+ （ ） Uhf=2f0rUg0 106t （ ） 式中 f0為電路固有震蕩頻率（ Hz）； r 為恢復電 壓的振幅系數(shù)； Ug0為工頻恢復電壓的瞬時值。 由 《低壓電器設計手冊》 第 532 頁 公式： Ug0=（ 2~） KXUФ sinФ （ ） 式中， Ug0為電源相電壓 的有效值 ； Ф 為被分斷電路的功率因數(shù)角； Kx 為線路系數(shù)，取 ； sinФ 取最大值 1。 則： Ug0=（ 2~） 3801=806(V) 再 由 《低壓電器設計手冊》 第 532 頁 公式 ： f0= 10? % （ ） 式中 I 為開斷電流 (A)； U為斷路器的額定工作電壓 (V)。 為計算方便，這里 f0取最大值，則： f0=2020 （ 103） (1+10%) = 又 r =177。， 得 ： Uhfmax=2 106t = 而 Ujf=65+，因 UjfUhf,故滅弧性能合格。 本章小結 本章介紹了 滅弧原理 ，并設計了 金屬柵片滅弧室 。 以保護觸頭系統(tǒng)，降低其磨損，提高其分斷能力，從而保證整個電路工作安全可靠。 塑殼低壓漏電保護斷路器設計 15 第 4 章 漏電保護器設計 概述 剩余電流動作斷路器，帶過載、短路、和漏電三種保護的保護器，過去稱漏電保護器。國際標準稱 RCBO。是一種電流動作型的剩余電流（對地泄露電流簡稱漏電）保護裝置，統(tǒng)稱 RCD，它適用于對地電容較集中的某些中性點不接地的 IT 系統(tǒng)，也適用于電源中性點接地系 統(tǒng)（ TT 和 TN 系統(tǒng)）。 DZ47LE 漏電斷路器的體積較小，穿過零序電流互感器的主回路采用電子元件板以減小漏電斷路器的長度，脫扣器采用釋放式，就是用磁場克服永久磁鐵的吸力來釋放鐵心，這種結構所需的脫扣能量較小，線圈的工作電壓較低，能長時間承受工作電壓。電子元件以芯片 CS54123CS 作為中心元件，減少了電子元件所占的空間。為了保證漏電動作電流和動作時間的穩(wěn)定性，在電源部分采用了多個穩(wěn)壓管和穩(wěn)流管；同時也提高了漏電斷路器的抗干擾能力。 圖 DZ47LE 漏電斷路器電原理測繪圖 從圖可知，此漏電 斷路器由 DZ47 高分斷小型斷路器和漏電控制器 (電子線路部分 )組合而成。其主要技術參數(shù)為交流 50Hz、額定工作電壓 230V、額定電流至 63A，剩余電流為 100mA，額定通斷電流 630A，限制短路電流 6000A，在額定剩余電流下的分斷時間為 ，脫扣力 ~，主要用于配電網(wǎng)絡電能分配時線路與電源設備的漏電保護。 塑殼低壓漏電保護斷路器設計 16 檢測元件設計 零序電流互感器原理說明 零序電流互感器 作為漏電斷路器的檢測元件。 零序電流互感器的結構原理如圖 所示，用導磁率很高的坡莫合金制成環(huán)形鐵心組成磁路 ，在閉合磁路的鐵心上繞一定匝數(shù)的線圈作為副邊繞組和原邊繞組。當零序電流互感器的一次導線中通過電流時，若負載線路上沒有漏電電流存在，那么一次導線電流的矢量和應為零，鐵心中的磁通則互相抵消，互感器的二次線圈中的感應電勢 E2 也為零。當被保護的負載線路上發(fā)生漏電或觸電事故時，一次導線電流的矢量和就不為零，它們鐵心中產(chǎn)生的磁通也就不為零。 圖 零序電流互感器 因此，互感器二次線圈中便產(chǎn)生感應電勢 E2。漏電或觸電電流越大，二次感應電勢E2也越大。零序電流互感器作為一個檢測元件，其作用就是把檢測到的漏電或觸電 信號變換成二次回路的工作電壓 E2，使 E2 加在漏電脫扣器線圈上，產(chǎn)生二次回路的工作電流，從而推動脫扣器動作或者通過放大電路將二次信號放大，再去推動脫扣器動作。 它決定著 脫扣器 是否 動作 。下面是 零序電流互感器 的矢量圖。 圖 零序電流互感器的矢量圖 參數(shù)計算 與 結構設計 二次側(cè)繞組 參數(shù) 的計算 根據(jù) 《 低壓斷路器設計與制造 》 第 78 頁，可 計算二次側(cè)繞組匝數(shù) W2 ： 2112 IIWW ? （ ） 式 中 I1為脫扣器的漏電動作電流； 塑殼低壓漏電保護斷路器設計 17 I2為一次側(cè)通入漏電動作電流時的二次側(cè)電流。 取漏電動作電流 I1為 30mA， W1=1 匝， I2=。則二次側(cè)繞組匝數(shù)： 1302 112 ???? IWIW 匝 繞組導線線徑 d： jId ? （ mm） （ ） 雖然流 過二次側(cè)繞組的漏電電流很小，但是導線線徑的選取應考慮到主回路二相斷路或發(fā)生短路時在二次側(cè)繞組中產(chǎn)生較大的電流的可能。為了不致于使其燒損，一般按主電路額定電流值來選取，此時： AI 1202 ???? 導線線徑 取 j=4A/mm2,則： mmjId 2 ???? 按 QZ2 高強度漆包線標準選取 d=，其截面積 q=。 鐵心窗口面積 的 計算 根據(jù)公式（ ）計算鐵心窗口面積，其中 q 為二次側(cè)繞組導線截面積。 12 cTc QKqWQ ?? （ ） 為了減少漏磁，鐵心一般采用環(huán)形結構，取 kT=，由此可求得貼心內(nèi)徑。則鐵心窗口面積： 212 mmQkqWQ cTc ?????? 環(huán)形鐵心最小內(nèi)徑： mmD i ??? ? 考慮到采用繞線機繞制，最小內(nèi)徑應大于 10mm，故取 Di=13mm。 鐵心截面積 的 計算 根據(jù)公式（ ）計算鐵心截面積： ? ? )(10 2422 cmBfW rRIS ??? （ ） 式中 r 值由式（ ）計算， R 值由（ ）計算。當一次側(cè)通以漏電動作電流時，一般 U取 20～ 25mV。 B 為工作點磁通密度，二次側(cè)電流小于 1mA 時對坡莫合合取 ～塑殼低壓漏電保護斷路器設計 18 （ 300～ 500G）。 求得 S 值后，即可計算得到環(huán)形鐵心外徑。 為了使互感器尺寸設計得小巧，鐵心一般采用環(huán)形坡莫合金材料，現(xiàn)取環(huán)的高度h=。先按經(jīng)驗估計環(huán)的厚 度，現(xiàn)取 2mm。 即可算得每匝線圈平均長度 ： ? ? ? ?? ? mmi ???????? 上述計算中考慮到鐵心上包扎 ，并且繞二層。 二次側(cè)繞組導線長度： ml 3 ???? ? 二次側(cè)繞組內(nèi)阻： ????