一、概述
1．本设计计算书是针对DK5－1600智能型低压真空断路器而进行的，目的是对结构作一些必要的说明和对某些关键部件作一些必要的计算。
2．断路器为立式布置，由侧板、上下横梁组成框架，每相触头系统用绝缘件隔离并安装在框架上。
操作机构在断路器的前方，通过主轴与触头系统相连。
电动机装在机构的上方通过凸轮与摇杆与机构连成一体，为断路器储能提供动力。
断路器的上方装有过电压吸收器，利用氧化锌阻容吸收原理实现真空断路器短路开断的过电压保护。
M型智能脱扣控制器装于断路器的左前方，互感器直接套在一次母线上，二次引出线现控制器相连。
3．触头系统：
每相主触头分别封装于真空灭弧室内。
断路器分断短路电流时产生的电弧在磁场力的驱动政旋转运动并迅速熄灭于真空介质中。
触头与主轴的传动通过杠杆机构、四连杆机构组（或五连杆机构）的逐级传递实现。
一次主回路采用电动力补偿设计，以增加主触头在大短路电流下的触头压力。
4．操作机构：
操作机构采用弹簧储能闭合。
闭合速度与手动或电动速度无关。
操作机构有预储能和自由脱扣功能。
操作机构大体可分为储能和连杆传动两部分。
1）储能单元：
可通过手动或电动机带动棘轮机构单向运动实现储能，当储能弹簧的压缩到位后，机构被合闸半轴锁住，电动机的电源被同时切断，机构储能完毕。
2）连杆传动单元
通过一套特别设计的连杆组件实现了断路器合闸、分闸的运动和力的准确和高效传递。
断路器合闸、分闸动作既可手动触发也可通过分励线圈电动实现。
5.电器组件:
断路器的分、合闸电磁铁、欠电压脱扣器和磁通变换器集中安装在一块绝缘材料制成的板件上，并固定于操作机构的左侧板外侧。
二、主电路电动补偿力计算
灭弧室动导电杆连接的一次回路是设计的关键点，在一次母线安排方式上，采用加长软连接进力补偿，以期达到所需触头压力。
理论推算如下：根据能量守恒定律：
F= i2
平行矩形导体L：
L=2×10-71{2ln[(a+x)/(a+h)]+(x/h+1)2ln[1+h/(a+x)]+(x/h-1)2ln[1-h(a+x)]} 故电动斥力为：
F=I 21×10-7{2/(a+x)+(x/h+1)2[1/(a+x+h)-1/(a+x)
+(x/h-1)2[1/(a+x+h)-1/(a+x)]
+(2/h)(x/h+1)ln[(a+x+h)/(a+x)]
+(2/h)(x/h-1)ln[(a+x-h)/(a+x)]}
根据一次母线走线结构
式中：l=100 a=50 h=15 x=30 单位（毫米）
则求得：
当 I=120KA 时（峰值） F 斥=7963N
当 I= 90 KA 时（峰值） F 斥=4479N
根据真空断路器设计经验，一般每10KA 电流时所需的触头压力为1000N 左右，故本方案结构总的触头压力为：
F=F 1+ F 斥
式中 F 1 —触头上弹簧所施压力 （一般估算为1500N 左右）
计算得出 F 为6000~9000N 左右 故能满足本方案要求。
三、分闸簧刚度
1、弹簧初拉力F 1应克服灭弧室波纹管的反力
已知：FA 为波纹管的反力+重量300N ，波纹管的反力为108N
01A=43.1mm
01B=67 mm
根据扫力与弹簧初拉力对01轴转距平衡：
FA×01A×C OS 18.4=F 1×01B×C OS 48
F1=FA×01A×C OS 18.4/(01A×C OS
48)
F1=372.36N
2、弹簧终拉力F2:应满足触头压力所需
受机构锁扣作用，合闸状态下，02点为分闸簧作用力的支点。
触头压力产生的反力与拉簧的作用力相对轴02平衡
F2×02B×C OS3.2=FA'×02A×C OS13.8
由于一次回路设计是有足够的电动补偿力，可补偿主触头在短路状态下的触头压力。
因此，FA'的大小仅满足额定运行状态下所需的触头压力即可，取FA'=3500N
图1
已知：02B=163.9mm 02A=65.5mm
F2= FA'×02A×C OS13.8/(02B×C OS3.2)
F2=1362.5N
图2
3、刚度：P=（F2-F1）/（L2-L1）L2=107.4 L1=88.9
为降低弹簧制造难度和成本，每相采用两根分闸弹簧
则：P=1/2×（F2-F1）/（L2-L1）
P=（1362.5-372.36）/[2×(107.4-88.9)]
P=26.76
考虑到克服摩擦及相应的分闸速度要求等因素，
设计时取F2=760N F1=270N变形量h=20即P=24.5
刚度校核：
设计中采用65Si2MnWA材料其剪切弹性模数G=8000kgf.mm2取弹簧中径D=24mm 弹簧钢丝直径d=4.5mm圈数n=11.5
则：弹簧实际刚度P'=G×d4/(8×D3×n)=25.3(N/mm)
通过计算得出该弹簧满足设计要求。
四、储能弹簧的刚度：
储能弹簧提供的能量绝大部分用于克服分闸簧在系统中形成的反力。
在本计算中忽略传动件的质量及磨擦力。
因此，采用从分闸弹簧作用点逐级回推储能弹簧作用点的方法来计算。
在本计算中我们把分闸弹簧的设计值作为已知条件，即F分=2×F2=1520N
1、合闸状态下，灭弧室触头作为支点。
已知：AB=106 .7mm F2=1520N
AC=66.6mm
AB×F2×C OS27=AC×F C×C OS14.6
106.7×F2×C OS27=66.6×3051.33×C OS14.6
F C=2242.16(N)
图3
2、第二级：
已知：03D=25.1mm Fc=2242.16N 03E=40.4mm
02d×Fc×C OS3.9=03E×F E×C OS47.5
F E=2048.49(N)
图4
3、作用在点的切向分力，才是推动杆F G运动的有效分力，因此：
F G= F E×C OS48.1
F G=1357.35(N)
F G×G05×C OS48.1= F H×H05×C OS26.3
已知: G05=30.3mm F G=1357.35N H05×36.4mm
代入得F H=1240.81(N)
图5
三相共需：3 F H=3722.4(N)
储能弹簧刚度：
由作图得储能弹簧变形量为：h=43mm
设储能弹簧的初压力为：F1=250N
刚试：P=( F H- F1)/h=(1240.81-250)/43=23
考虑到克服摩擦及相应的合闸速度要求等因素，
设计时取F2=1319N F1=455N 变形量h=33.5即P=25.77
刚度校核：
设计中采用65Si2MnWA 材料其剪切弹性模数G=8000kgf/mm2取弹簧中径D=28mm
簧丝直径d=5mm 圈数n=13
则：弹簧实际刚度P'=G×d4/(8×D3×n)=21.5(N/mm)
通过计算得出该弹簧的刚度处于临界状态，有待提高。
五、主触头静态压力：
本断路器的主触头静态压力是在合闸状态下由分闸弹簧提供的。
因此，从图2的分析可得：
主触头静态压力FA
已知：02B=163.9mm 02A=65.5mm
F A= F2×02B×C OS3.2/(02A×C OS13.8)
F A=3910N
根据真空灭弧理论在应用中的经验，当断路器分断短路电流为65kA时，真空灭弧室动触头上至少应施加7000N的静态压力，才能克服动静触头间的电动斥力。