摘要：塑料外殼式斷路器(MCCB)廣泛應用于輸配電和供電用電系統中，起保護作用。在GB/T14048.2—2008國家標準中，規定了斷路器的基本要求和試驗方法，介紹了MCCB的脫扣極限和特性及額定極限短路分斷能力兩個關鍵試驗，結合產品質量監督抽查檢驗結果，對斷路器質量問題進行了分析，繪制了用于質量改進方法研究的排列圖，為進行斷路器質量改進和性能優化及其可靠性研究提供了理論依據，實例驗證表明，該方法是有效可行的。

　　關鍵詞：斷路器;脫扣極限和特性;額定極限短路分斷能力;質量改進;排列圖

　　0引言

　　塑料外殼式斷路器(MCCB)在電路中接通、分斷和承載電流，并在線路和電動機出現過載、短路或欠壓時進行保護，其廣泛應用在輸配電和供電、用電系統中[1]。它是當前輸配電保護電器的重要元件，探討其質量改進和性能優化及其可靠性研究具有重要現實意義。在GB/T14048.2—2008文件中規定了斷路器的基本要求以及斷路器的試驗方法，方法適用于主觸頭在接入電壓(額定)小于1000V(交流)或1500V(直流)電路中的斷路器[2]。進行斷路器試驗的種類主要包括常規試驗以及型式試驗兩種，本文重點介紹了脫扣極限和特性及額定極限短路分斷能力兩個關鍵試驗，結合歷次產品質量監督抽查檢驗試驗過程及結果，對引起質量問題的原因進行了分析，繪制了用于質量改進方法研究的排列圖，為進行斷路器質量改進和性能優化及其可靠性研究提供了理論依據，對產品質量監督抽查檢驗數據進行了有效利用和整合，質量監督在產品的重要性得到了充分的體現。

　　1關鍵試驗

　　1.1斷路器工作的原理

　　熱磁式斷路器內部的雙金屬元件在有電流通過時，會發熱并產生變形，雙金屬元件變形并推動牽引桿轉動，并進一步推動機構脫扣從而帶動斷路器跳閘分斷電流;當運行的線路短路故障出現時，電流會幾倍的超過平常電流，電磁鐵通電后產生的吸力超過彈簧的力，銜鐵就會被吸動電磁鐵，傳動機構通過推動自由脫扣機構，主觸頭被釋放，分閘彈簧起作用后，電路被主觸頭分開切斷，從而起到了短路保護作用[3]。

　　1.2脫扣極限和特性試驗

　　當線路中出現短路和過載故障時，斷路器應能快速切斷故障電路，防止事故的發生，保護輸配電線路和用電設備。脫扣極限和特性試驗主要是驗證斷路器能否按規定的要求正確、可靠地動作。

　　1.2.1短路條件下的斷開

　　短路脫扣器運行中所有的電流整定值，一般要求：斷路器應能被短路脫扣器脫扣，驗證其動作脫扣器短路后整定電流應在80%～120%下進行。斷路器中帶有電子過電流脫扣器要求的情況，僅在斷路器每極上獨立驗證一次短路脫扣器的動作;斷路器帶有電磁過電流脫扣器要求的情況，應對斷路器每二極的組合串聯驗證一次多極短路脫扣器的動作。例如對于一個三極的斷路器，過電流脫扣器類型是電子式時，分別對左極、中極和右極進行驗證;過電流脫扣器類型是熱磁式時，分別對左中極、中右極和左右極進行驗證。

　　1.2.2過載情況下的斷開

　　1)瞬時或定時限脫扣器瞬時或定時限過載脫扣器的動作應該在脫扣器過載整定的90%和110%下進行驗證。對于多極過載脫扣器，其脫扣器的動作驗證應該在所有相極上同時通以試驗電流。也就是說，當試驗電流等于過載整定電流的90%時，脫扣器應該不動作;當試驗電流等于過載整定電流的110%時，脫扣器應該動作。2)反時限脫扣器基準溫度的定義是指：斷路器的時間-電流特性所基于的周圍空氣溫度。電子脫扣器的動作特性應該在實驗室的環境溫度下進行驗證;熱磁式脫扣器要求在規定的動作值是指基準溫度為30℃±2℃，斷路器制造生產商應規定空氣溫度對斷路器變化的影響。

　　在約定不脫扣電流時(1.05倍數的電流整定值)，斷路器的各相極同一時間進行通電，從要求的冷態開始計時，斷路器在要求時間內不應該有脫扣動作;在要求時間結束后斷路器還沒有脫扣，應該立即提高電流到1.30倍的電流整定值即約定脫扣電流，斷路器應在不大于要求的時間內被脫扣，斷路器所有相極都通電。例如對于一個三極的斷路器，額定電流In=225A，過電流脫扣器類型是熱磁式，制造商規定基準溫度+40℃，則應在環境溫度+40℃±2℃下進行驗證，三極同時通1.05In電流2h未脫扣，立即通1.30In電流2h內應脫扣。

　　1.3額定極限短路的分斷能力

　　在分斷電路時，斷路器的觸頭和觸頭之間通常會發生電弧現象，高溫作用會使觸頭燒損、燒毀斷路器的其他部件或發生相間短路，斷路器應能可靠地分斷電路而迅速地熄滅電弧;斷路器的觸頭在接通電路時，會使觸頭間產生短弧，高溫作用下加速了觸頭的電磨損，再重新閉合時可能出現熔焊現象，考核斷路器的接通能力，以保證斷路器能可靠地接通電路[4]。

　　額定極限短路分斷能力試驗主要是模擬電路中發生過載和短路故障時，按照要求和試驗程序的規定條件，斷路器不被要求連續承載其額定電流能力下的分斷能力，以此來表現斷路器的短路保護能力。例如對于一個三極的塑料外殼式斷路器，額定工作電壓Ue=AC400V，額定電流In=250A，額定極限短路分斷能力Icu=35kA，使用類別為A類，進行額定極限短路分斷能力試驗時。

　　S—電源;Ur1、Ur2、Ur3、Ur4、Ur5、Ur6—電壓傳感器;V—電壓測量器;A—閉合電器;R1—可調電阻器;N—電源中性點(或人為中性點);F—熔斷元件;X—可調電抗器;RL—限制故障電流電阻器;D—被測電器(包括連接電纜);B—整定用的臨時連接線;I1、I2、I3—電流傳感器;T—接地點;r—分流電阻器;a—可調負載X與R1可以設置在電源電路的高壓側也可在電路的低壓側;b—Ur1、Ur2、Ur3可以改變為連接在相與中性點之間在試驗中采用了通斷試驗控制記錄監視系統(200kA)、986A0151GenesisTower計算機數據采集系統和Rocoil7000茹科夫斯基大電流測試系統(積分器+線圈)。試驗后斷路器不應有過分損壞的跡象，也不應危及操作者，而且不應產生持續燃弧、各極間或極對框架的閃絡、飛弧故障及檢測電路中的熔斷器不熔斷。

　　1.4質量改進方法

　　質量的改進是質量再進行管理的重要內容，質量的改進具有很高的投資和收益率，不僅可以改進產品的性能，還可以提高產品制造的質量和產品適用性。質量改進的方法一般分樹圖、因果圖、檢查表、直方圖和排列圖等常用方法，本文主要采用排列圖法進行質量改進。排列圖也稱巴雷特圖，由于質量問題可用質量損失形式表現出來，很高比例的損失一般是由個別質量問題所引起的，而這些質量問題又由少數原因引起。

　　因此用排列圖法，明確了關鍵的少數問題就可以集中資源去解決，由此損失得以最大程度的避免。作排列圖的步驟如下所示：(1)確定問題和收集數據。(2)將數據填入數據記錄表中，計算合計欄。(3)排列圖用數據表表示。(4)按數量從大到小的順序，將數據填入數據表中。(5)畫兩根縱軸和一根橫軸。左邊的縱軸標上有表示頻數的刻度，最大刻度是總的頻數;右邊縱軸標上頻率的刻度，最大刻度為100%;在橫軸上按照頻數的大小進行從大到小依次列出需要列出的各項。

　　(6)在橫軸上按頻數大小畫出直方柱。(7)在每個直方柱右側上方，標上累計值(累計頻數和累計頻率百分數)，描點并用直線連接，畫累計頻數折線即巴雷特曲線，根據排列圖數據表作出排列圖。在排列圖上通常把累計比率在0～80%間的因素歸為A類因素;在80%～90%間的因素歸為B類因素;在90%～100%間的因素歸為C類因素。排列圖可用來確定采取措施的順序，對照采取質量改進措施前后的排列圖可以對措施的效果進行鑒定分析。

　　2實例驗證

　　2.1原因分析

　　結合塑料外殼式斷路器歷次國家監督抽查質量情況以及檢驗試驗結果分析，不合格項目主要集中在脫扣極限和特性及額定極限短路分斷能力試驗上，屬于嚴重不合格。對不合格項目進行原因分析如下：“脫扣極限和特性”不合格原因分析主要為對于熱磁式塑料外殼式斷路器，其脫扣主要依靠雙金屬片和瞬時脫扣線圈，如果其特性不穩定，斷路器就會出現過早動作或不動作的情況;此外執行機構的設計缺陷也會影響斷路器的脫扣特性。對于電子式塑料外殼式斷路器，其脫扣主要依靠電流互感器和電子線路板，如果電流互感器的選擇不當會造成脫扣特性性能下降，斷路器就會出現過誤動作或不動作的情況。

　　“額定極限短路分斷能力”不合格原因分析主要為影響斷路器短路分斷能力的三要素，即觸頭系統、滅弧系統和斷路器動作機構的速度。實際生產中，個別制造商為了節約成本，如通過降低觸頭成本，更改觸頭材料，質量控制不嚴造成此項不合格。綜上所述脫扣極限和特性主要考核了斷路器的雙金屬片性能、瞬時脫扣線圈性能和電流互感器的選擇;額定極限短路分斷能力主要考核了斷路器的觸頭開距、滅弧罩性能和動作機構的速度。明確了造成質量問題的這些關鍵的少數問題就可以集中資源來采取相應的措施進行質量改進。

　　2.2繪制排列圖

　　確定影響塑料外殼式斷路器質量問題的關鍵的少數原因為雙金屬片性能、瞬時脫扣線圈性能、電流互感器的選擇、斷路器的觸頭開距、滅弧罩性能和動作機構的速度。對200批次的塑料外殼式斷路器進行分析，不合格數分別為：雙金屬片性能46、瞬時脫扣線圈性能18、電流互感器的選擇6、斷路器的觸頭開距84、滅弧罩性能20和動作機構的速度10，其他16。

　　2.3結果分析

　　根據上面的排列圖可以看出斷路器的觸頭開距、雙金屬片性能和滅弧罩性能累計比率在0～80%之間歸為A類因素;瞬時脫扣線圈性能和動作機構的速度在80%～90%之間歸為B類因素;電流互感器的選擇和其他因素在90%～100%之間歸為C類因素。可對A類因素優先擬定對策并采取質量改進措施，對照采取質量改進措施前后的排列圖可以對措施的效果進行鑒定分析，防止再發生和標準化。

　　3結語

　　產品的質量是需要管理的，追求高質量高可靠是一個永恒的主題，我國產品可靠性與國際相比的差距成為影響參與國際競爭的關鍵因素，質量改進日益受到人們的廣泛關注和重視[6]。質量的持續改進是ISO9000標準中質量管理八項基本原則之一，是持續滿足顧客要求、增加效益、追求持續提高過程有效性和效率的活動[7]。

　　基于脫扣極限和特性及額定極限短路分斷能力這兩個關鍵試驗對塑料外殼式斷路器進行質量改進方法研究，從而更好地進行質量管理，不僅有顯著的經濟效益，同時有著重要的意義，產品質量可靠性的研究這是一個長期的課題。本文結合塑料外殼式斷路器歷次國家監督抽查質量情況以及檢驗試驗結果對引起質量問題的原因進行了分析，繪制了用于質量改進方法研究的排列圖，為進行斷路器質量改進和性能優化及其可靠性研究提供了理論依據。

　　參考文獻

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　　[2]中國電器工業協會.低壓開關設備和控制設備第2部分：斷路器：GB14048.2—2008[S].北京：中國標準出版社，2009：1.

　　[3]楊芾藜，侯興哲，鄭可.電能表用外置斷路器常見失效模式分析[J].電測與儀表，2017,54(24)：117-120.

　　[4]陸儉國，張乃寬，李奎.低壓電器的試驗與檢測[M].北京：中國電力出版社，2007.

　　[5]中國電器工業協會.低壓開關設備和控制設備第1部分：總則：GB14048.1—2012[S].北京：中國標準出版社，2013：92.

　　[6]李良巧.可靠性工程師手冊[K].北京：中國人民大學出版社，2012.

　　[7]劉宏.PDCA循環推進持續的質量改進[J].電子質量，2005(7)：41-42.

　　電子論文投稿刊物：電測與儀表(月刊)創刊于1964年，由中國儀器儀表學會電磁測量信息處理儀器分會主辦。是我國唯一的電工儀器儀表專業核心科技期刊，主要報道電磁參數的測量方法，測量儀器、儀表、測試系統以及非電量測量的電測技術。