探析新一代塑壳断路器的现状及发展动向.doc

1、探析新一代塑壳断路器的现状及发展动向摘要：塑壳断路器是广泛使用的低压电器之一，其可靠性对用电设备和电网有重要影响。本文笔者结合多年的工作经验，从塑壳断路器的结构与分类入手，阐述了绍塑壳断路器的应用，并对塑壳断路器的现状发展动向进行概述。 关键词：塑壳断路器；双断点触头系统；电子脱扣器；现场总线 中图分类号：U223 文献标识码：A 1 塑壳断路器的结构与分类 1.1 塑壳断路器的结构 塑壳断路器是一种能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包括短路条件）下的电流的开关装置。其一般由触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器、外壳等构成。 1.2 塑壳断路器

2、的分类 按操作方式分为有电动操作、储能操作和手动操作； 按极数分三为极和四极； 按安装方式分：有插入式、固定式和抽屉式等； 按接线方式分：板前接线和板后接线； 按脱扣器的型式和特性分类： （1）分励脱扣器：分励脱扣器为附件，由用户单独选配 （2）欠电压脱扣器：欠电压脱扣器为附件，由用户单独选配 （3）过电压脱扣器 （4）剩余电流脱扣器：剩余电流脱扣器按脱扣时间分有二种型式，即非延时型和延时型；剩余电流脱扣器按脱扣形式分有三种型式，脱扣、脱扣报警、报警不脱扣。 2 塑壳断路器的应用 塑壳断路器适用于交流 50HZ 或 60HZ，额定电流从 16A 至 1250A，额定绝缘电压 750V，额定工作

3、电压 690V 及以下配电网络，一般作为配电保护用。壳架额定电流 630A 及以下的断路器亦可作为保护电动机之用。在正常情况下，断路器可分别作为线路的不频繁转换及电动机的不频繁起动之用。 在低压配电系统中，塑壳断路器的应用非常广泛，它一般用于配电馈线控制和保护、小型配电变压器的低压侧出线总开关，动力配电终端控制和保护以及住宅配电终端控制和保护，也可用作各种生产机械的电源开关。 塑壳断路器的保护功能由欠压脱扣器、过电流脱扣器、分励脱扣器等脱扣器来实现。欠压脱扣器用来监视工作电压的波动，当电网电压降低至 70%35%额定电压或电网发生故障时，断路器可立即分断，在电源电压低于 35%额定电压时，能防

4、止断路器闭合。分励脱扣器用于远距离遥控分断断路器。过电流脱扣器可分为热过载脱扣器和短路脱扣器，用于防止过载和负载侧短路。 传统的塑壳断路器采用热动式脱扣控制方式，利用负荷电流的热效应使双金属片受热弯曲产生变形控制脱扣。由于双金属片的形状结构和热变形精度难以保证，因而断路器脱扣延时时间难以精确控制，断路器断流精度不高。智能化脱扣器的使用，不仅可以提高保护精度，还可以提供三段保护：长延时、短延时和瞬时保护。三段保护的实现可以使选择性保护成为可能。带通信接口的智能化断路器可用在现场总线系统中，可与多种现场总线或工业以太网联接组成智能化配电监控系统。 图 1：带三段保护特性的选择型断路器的特性曲 保护

5、电动机用断路器，在 400V 配电网络中用作鼠笼型电动机的起动和运转中分断及其过载、短路和欠电压保护，额定电流 160A 以下还可作缺相保护。 带剩余电流保护的断路器可以作为人身触电和设备漏电保护之用，也防止因设备绝缘损坏，产生接好故障电流而引起的火灾危险。 3 塑壳断路器的现状及发展趋势 3.1 国内塑壳断路器现状 我国 20 世纪 90 年代中期以来开发的一系列塑壳断路器产品在产品性能及技术指标有了长足进步和突破，基本能满足目前低压电网的要求。但这些产品基本上是仿制、改进为主，在结构、技术、材料和性能指标方面只能相当天国外老一代产品。与国外新一代塑壳断路器产品比较有较大差距，主要表现在：

6、（1）短路分断能力不够高； （2）结构仍为敞开式，未采用模块化结构，短路分断试验时金属粒子卡死机构和烧断弹簧的现象时有发生； （3）产品体积较大，技术经济落后； （4）电子线路可靠性较差，损坏率比较高； （5）附件性能可靠性较差，尤其是欠电压脱扣器运行中比较容易失效。 3.2 塑壳断路器的发展趋势 随着现代设计技术、微电子技术、计算机技术、计算机网络技术、通信技术、智能化技术、可靠性技术、 测试技术的发展以及新工艺的出现，未来塑壳断路器在技术上和功能上都会有很大的提高。微机技术、微电子技术、计算机网络和数字通信技术以及人工智能技术在低压电器中的应用，智能电器将会从简单的采用微机控制取代传统继电

7、器功能的单一封闭装置，发展具有完整的理论体系和多学科交叉的电器智能化系统。这将成为电气工程领域中电力开关设备、电力系统继电保护、工业供配系统及工业控制网络技术新的发展方向。 （1）高性能、高可靠、小型化 新型塑壳断路器的高性能除了提高其主要技术性能外，重点追求综合技术经济指标，除了提高短路分断能力外，特别关注飞弧距离的减小，同时要求小型化。这对发展新一代紧凑型低压成套开关设备十分重要。 （2）电器智能化、电子化 电器智能化是以智能电器这种有形产品为基础建立的相关学科知识及应用技术的系统集成。随着电子技术和计算机技术的同步发展，智能电器经历了半导体、电子式、智能式等几个阶段。目前，随着专用集成电

8、路和高性能的微处理器的出现，智能断路器、智能控制保护器、智能接触器等功能完善的智能电器元件和智能型配网络系统将应运而生。 （3）智能电器网络化 近年来，现场总线的出现给工业自动化带来了革命性的变革。现场总线是一种造价低、可靠性强并适合工业环境使用的通信系统，仅需要一根双芯电缆，使布线非常简单，减少了安装维护费用。 4 新一代塑壳断路器技术发展动向 在低压输配电网络中，塑壳断路器是重要的基础元件之一。一般应用于那些经常会发生用电设备过载、短路的场合，它们能安全、可靠地切断故障电流，防止事故扩大危及到整个输配电系统。国际上一些著名的电气公司已经推出新一代产品，其主要技术特征为：新型双断点触头系统、

9、封闭式触头灭弧系统、模块化结构设计、智能化脱扣器，与现场总线进行通讯等。 4.1 新型双断点触头系统 双断点触头系统增加了一个断点，加强了弧的近阴极效应，具有较高的电弧电压，可提高短路分断能力。该系统在机械结构上避免 r 软连接或可转动的导电连接，提高了机械和电气可靠性，在新一代塑壳断路器中得到了广泛的应用。 4.2 封闭式触头灭弧系统 新一代塑壳断路器的触头灭弧系统基本采用封闭式设计结构，将动、静触头和灭弧窜一起用耐弧的塑料材料封闭，形成一个封闭式的结构。新一代塑壳断路器有两种封闭式结构： （1）三极的触头火弧系统封闭在一个外壳中，但每一极是完全隔开的，如 Mocller 公司的 NZM3。

10、 （2）每一极的触头灭弧系统单独地形成一个单元，如 Mitsubishi公司的 WS225。 4.3 模块化结构设计 新一代塑壳断路器的结构普遍采用模块化设计，除上文所述的封闭式触头系统外，过电流脱扣器也普遍采用模块化设计。热磁式脱扣器或电子式脱扣器均设计了可更换的脱扣器模块，不打开盖子就可方便地更换脱扣器，以适应各种用户的需要、降低制造成本。 4.4 采用电子式脱扣器 电子脱扣器是微电子、计算机和通信技术的结合，具有传统热磁脱扣器不可比拟的优势。如：脱扣特性稳定，不受环境温度及气候的影响；脱扣电流和时间的精度较高；整定电流可调，并可设置不同的特性曲线以适应各种负载保护的要求；电子脱扣器可以派生通信功能，实现网络化控制，还可派生区域联锁、电量监控及电能分析等辅助功能。 4.5 现场总线通讯功能 采用电子脱扣器的新一代塑壳断路器均可派生通信功能，实现网络控制。通信一般采用分开的通信适配器与通信系统连接。如西门子公司的 VL 系列可通过断路器数据适配器与计算机连接，通过加强型数据适配器与以太网连接，通过 COM10Profibus 模块与 Profibus 现场总线连接等。参考文献： 1陈德桂.新一代塑壳断路器限流技术及其结构特点分析J.低压电器，2001 2冯继锋，塑料外壳式断路器的发展，低压电器，2002