低壓斷路器概況論文

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摘要：在現代社會，無論是工業、農業、交通運輸、國防、文教衛生、金融、商業、旅游服務和人民生活等領域都離不開電。電的產生、輸送、使用中，配電是一個極其重要的環節。配電系統包括變壓器和各種高低壓電器設備，低壓斷路器則是一種使用量大面廣的電器。

關鍵詞：低壓斷路器概況展望

1、低壓斷路器，從它的結構、用途所具有的功能來分，就有萬能式（又稱框架式，國際上通稱ACB）和塑料外殼式[國際上通稱MCCB，MCB（小型）]兩大類，它們相同的作用是：

（1）在正常情況下，作不頻繁合、分電路或起動、停止電動機；

（2）在線路或電動機發生過載、短路或欠電壓（電壓不足）等故障時，能自動切斷電路，予以保護。

根據保護對象的不同，斷路器又分為四個類型：

（1）配電保護型──保護電源和電氣線路（電線、電纜）和設備；

（2）電動機保護型──專作電動機的不頻繁起動，運行中中斷，以及在電動機發生過載、短路和欠電壓時的保護；

（3）家用和類似家用場所保護型──對照明線路、家用電器等的保護；

（4）剩余電流（漏電）保護型──用來保護人身免受電擊危險及防止電氣火災的保護器。

2、我國低壓斷路器的發展概況

世界上最早的斷路器出現于1885年，它是一種刀開關和過電流脫扣器的組合。1905年具有自由脫扣裝置的空氣斷路器誕生。1930年以來，隨著科技的進步，電弧原理的發現和各種滅弧裝置的發明，逐漸形成了目前的機構。50年代末，電子元件的興起，又產生了電子脫扣器，到了今天，由于小型化電腦的普及，又有智能型斷路器的問世。

我國解放前幾乎沒有斷路器的制造業，新中國成立后，電器工業有了很大的發展，低壓斷路器經歷了四代的發展過程。

2.1萬能式斷路器（ABC）

第一代是仿蘇A15，A2050的DW1、DW2型（額定電流200～1500A）；第二代是在1958年我國自行設計的DWO基礎上更新的DW10系列，其額定電壓為AC380V，DC440V，額定電流200～4000A；第三代是70年代末開發，80年代初投產的DW15和DWX15（限流型）；第四代是90年代初研制成功的DW45智能型萬能式斷路器。

80年代初、中期，我國相繼從日本和德國引進AH和ME型萬能式斷路器。

DW45系列萬能式斷路器，具有國際90年代同類產品（ABB公司的F系列，施耐德公司的M系列和日本三菱公司的AE系列）的水平。它具有過載長延時、短路短延時、瞬動的三段保護特性和單相接地故障保護以及保護特性的電流、動作時間可調、顯示、試驗、熱記憶、故障記憶、負載監控、自診斷、MCR（低倍數短路合閘保護）通訊接口等智能化功能。

2.2塑料外殼式斷路器（MCCB配電保護型）

50年代，我國首次研制投產的是仿蘇（A3100）的DZ1系列產品（40年代中期水平）。60年代末期，針對DZ1體積過大、短路分斷能力偏小等缺陷，對它進行了大刀闊斧的改進，形成了我國自行設計的第一代產品DZ10系列。80年代初又開發了第二代的DZ20系列。與此同時，上海華通開關廠、嘉興電氣控制設備廠，分別從美國西屋公司、日本寺崎電氣公司引進具有80年代初水平技術，生產了H系列和TO、TG、TL等系列。進入90年代，又推出了CM1系列（常熟開關廠）、TM30系列（天津低壓電器公司）、TG系列的BD、BF型及JXM2型（嘉興電控廠）、HSM1系列（杭州之江開關廠）、S系列（上海電器科學研究所、杭州之江開關廠、上海華通開關廠等組成的OTT集團）等新型塑殼式斷路器。

60～70年代，小規格電流的塑殼斷路器有DZ5－10、DZ2－20、DZ5－25、DZ5－50、DZ15－50、DZ15－63等，它們的短路分斷能力分別為1～3kA（以上型號至今還未淘汰）。

表2是各型號塑殼式斷路器的主要性能對比（以In為250A三極為例）。

2.3塑料外殼式斷路器（MCCB電動機保護型）

對于小型鼠籠型異步電動機（功率在30kW及以下）保護的塑殼式斷路器，目前仍流通于市場的有60～70年代我國自行設計、開發的DZ5－20（短路分斷能力380V1.5kA）、DZ15－40、DZ15－63（短路分斷能力380V3kA）和80年代引進國外技術制造的M611.3VE1（有多種附件），M611.3VE1的短路分斷能力大抵在380V3kA左右。

1994～1995年，上海電器科學研究所與嘉興電氣控制設備廠共同開發了DZ35系列電動機保護型塑殼式斷路器（型號有DZ35－25和DZ35－63兩種）。DZ35－25的額定電流有1、1.6、2.5、4、6.3、10、16、20、25A；DZ35－63的額定電流有：16、20、25、32、40、50、63A等。短路分斷能力：DZ35－25有380V3kA、35kA、50kA（后兩種加裝限流部件）；DZ35－63為380V3kA；DZ35－25的體積為DZ5－20的43.13％，DZ35－63的體積為DZ15－63的50.7％。DZ35系列斷路器帶有模塊式的輔助觸點、分勵脫扣器、欠電壓脫扣器和斷相保護等附件。

功率大于30～315kW電動機保護型斷路器，CM1、TM30、HSM1、JXM2和S型均有相應的產品供預選擇，它們的短路分斷能力分別有400V，15～65（80）kA，可適應于MCC（電動機控制中心）離電源較近回路的電動機保護。

小型塑殼式斷路器（MCB）現在也有適應小功率電動機保護的產品，如C45NAD（天津梅蘭日蘭公司）和PX200CD（嘉興電控廠）等。

2.4家用或類似場所用過電流保護斷路器

我國最初的家用或類似家用場所用保護器是仿蘇（AⅡ－25）的DZ4－25（二極）塑殼斷路器，但性能不高，60年代中期國內開發了DZ5系列（二極），70年代開發了DZ15系列（單極、二極）、DZ12系列，70年代末引進德國技術生產了S060系列，80年代初，引進日本技術生產了TH－5SB、TH－5DB（二極插入式）系列，80年代中后期，天津梅蘭日蘭公司的C45N和嘉興電控廠引進德國F＆G公司的PX200C相繼問世，使家用保護斷路器上了一個新臺階，C45N、PX200C的短路分斷能力均達到4kA（50A及以上）和6kA（40A及以下）。

2.5剩余電流動作斷路器（漏電保護器）

為了保護人身免受電擊，我國在50～60年代，在一些電力系統維修廠，生產了電壓型漏電保安器。由于它的檢測線圈（或檢測繼電器）串接在變壓器中性點與接地極之間，接地極電阻變化無常，造成精度差，此外，檢測線圈容量不夠，結構簡易，防雷效果差，便逐步退出了應用。60年代后期，我國第一臺電流動作型電子式漏電保安器誕生（主開關是DZ5－20斷路器）。我國首臺電流動作型電磁式漏電斷路器的型號是DZ5－20L（主開關仍是DZ5－20斷路器）。70年代中后期，全國聯合設計的新型（DZ15L－40、DZ15L－63）電流動作型電磁式漏電斷路器試制成功，其殼架電流有40A、63A兩種，額定電流6～63A，漏電動作電流有30mA、50mA、75mA和100mA，是快速型（漏電動作時間≤0.1s），斷路器的短路分斷能力為380V3kA和5kA.DZ15L系列是經過國家鑒定的。進入80年代就有DZL16、DZL18、DZL118、DZ12L、DZL33、DZL38和DZ10L等，大部分是電流動作型電子（集成電路）式漏電斷路器（帶過載、短路保護和不帶過載、短路保護），90年代初天津梅蘭日蘭公司生產了VigiC45EIE（電子式）、VigiC45ELM（電磁式）、VigiNC100等漏電斷路器，漏電動作電流IΔn30mA，快速型（VigiNC100，IΔn有30mA、300mA和500mA幾種，快速動作型）。

80年代中期，嘉興電控廠、遵義長征電器八廠又引進德國F＆G公司的技術生產了FIN型（不帶過載、短路保護）（In有25A、40A、63A，IΔn有30mA、100mA、300mA和500mA）和FI/LS（帶過載、短路保護）（In有2A、4A、6A、10A、20A、25A、32A等，IΔn有30mA、50mA、100mA和300mA）的漏電斷路器。

OTT集團，于1999年開發試制了S－L系列剩余電流動作斷路器規格有100A、200A（額定電流40、50、63、80、100A和100、125、160、200A），漏電保護原理采用電子與電磁混合型，漏電動作電流有30mA、100mA、300mA三種，動作時間有快速型（≤0.2s）和延時型（最大0.5s），斷路器還有過載和短路保護。極限短路分斷能力達40kA（400V時），另外還開發了只報警不脫扣型，以適合消除不斷電的要求。

對于只報警而不斷電的漏電繼電器，目前有JD1型（電磁式）、JD3（電子式），在農村使用的LJM型、LTS型（均為電子式），漏電繼電器額定電流有100A、250A，最大達800A，額定漏電動作電流為100mA、300mA、500mA等多種，除了單獨作漏電時聲、光報警之用外，也可與接觸器、斷路器組合成漏電繼路器。

電磁式和電子式剩余電流保護（漏電保護）裝置的優缺點。

（1）電磁式

a.漏電動作電流最小值僅能做到30mA；

e.失效率低，約為0.09％（據歐洲統計）；

f.較難做到延時型；

g.加工精度要求高；

h.價格高。

（2）電子式

a.漏電動作電流最小值可以做到5mA；

b.需輔助電源，性能要受電網電壓的影響；

c.不能經受工頻耐壓試驗，耐受過電壓差；

d.失效率高達28.3％（據歐洲統計）；

e.可以較方便地做成延時型；

f.電子元件受溫度影響較大；

g.抗電磁干擾較差；

h.制造（加工）簡單，價格便宜。

2.6斷路器的附件

無論是萬能式（ACB）或塑料外殼式斷路器（MCCB和一些MCB）現在都具備各種內、外部附件（又稱附屬裝置），增加了斷路器的功能。

（1）內部附件

a.輔助觸點（輔助開關）──根據控制電磁鐵和其他輔助回路電器的合、分需要而設置，目前較多的是采用發熱電流（Ith）3A和6A的微動開關組成。

b.報警觸點（報警開關）──反映斷路器因線路故障（過載、短路）跳閘而接通聲、光報警，它的發熱電流較小，一般小于3A或更低。

c.分勵脫扣器──作遠距離操作使斷路器跳閘的一種脫扣器，它的控制電壓有交流380V（400V）、220V（230V），直流220V、110V、24V等。

d.欠電壓脫扣器──防止因線路電壓不足，對線路或電動機造成損害的一種脫扣器，它與線路電壓相同，通常有交流380V（400V）、220（230V），直流110V、220V等。

（2）外部附件

a.外部轉動手柄──適合于斷路器在開關柜或抽屜柜門板上合、分斷路器，可以起聯鎖作用，成套電器裝置只有斷電才能開門。

b.電動操作機構──用電磁鐵或電動機等構成，代替手動合閘（ON）或分閘（OFF）斷路器，可遠距離控制。

c.機械聯鎖。

d.自身閉鎖。

3、不同類型斷路器的保護特性及其執行的標準

3.1配電保護型斷路器的反時限斷開特性

配電保護型斷路器的反時限斷開特性見表3.

3.2電動機保護型斷路器的反時限斷開特性

電動機保護型斷路器的反時限斷開特性見表4.

3.3配電保護型的瞬動整定電流

配電保護型的瞬動整定電流為10In（誤差為±20％），In為400A及以上規格，可以和5In和10In中任選一種（由用戶提出，制造廠整定）；電動機保護型的瞬動整定電流為12In（誤差為±20％），一般設計時In可以等于電動機的額定電流。

3.4家用和類似場所用斷路器的過載脫扣特性

家用和類似場所用斷路器的過載脫扣特性見表5.

3.5斷路器符合標準情況

配電保護型斷路器符合GB14048.2（等效采用IEC947—2）《低壓開關設備和控制設備低壓斷路器》標準。

電動機保護型斷路器符合GB14048.2和GB14048.4（等效采用IEC947—4）《低壓開關設備和控制設備、低壓機電式接觸器和起動器》標準。

家用和類似家用場所保護型斷路器符合GB01963（等效采用IEC898）《家用和類似家用場所過電流保護斷路器》標準。

剩余電流保護型斷路器（漏電斷路器）符合GB6829、GB16917（IEC1009）、IEC755標準。

4、斷路器的發展趨勢

在進入新的世紀時，我國低壓電器（低壓斷路器），將按照“小型化、高分斷、低噪音、工作可靠、逐步實現智能化”的要求發展，不斷創造出符合時代需要的新產品。

4.1萬能式斷路器

全國聯合設計的DW45系列智能型萬能式斷路器已完成了殼架電流為2000A、3200A、5000A的三極和四極的開發并投入批量生產，目前正著手于研制特大型的6300A規格（短路分斷能力為AC400V，120kA），今后，萬能式斷路器的開發，依然以智能型為主，其智能化功能在DW45的基礎上進一步完善，在通訊功能方面，將在現在的智能化控制器與RS485接口協議（Profibus體系）掛靠的基礎上，向容量更大，速度更快的IEC通訊接口（協議）掛靠，實現更全面的小、中、大區域現場總線的遙控、遙測、遙訊、遙調。

隨著電網功率的提高，作為變壓器低壓側出口保護開關的萬能式斷路器，其短路分斷能力將提高到120～150kA，體積還要縮小。

斷路器的附件應是模塊化的，裝配積木化。

4.2塑料外殼式斷路器

向小型化、高分斷、多功能、附件模塊化發展；積極開發智能化（包括三段保護以及各種智能化功能）斷路器。

目前OTT集團正在其成員單位杭州之江開關廠開發、試制S—Z型智能型塑料外殼式斷路器。該系列斷路器殼架電流為400A和800A，短路分斷能力為400V，35～100kA，具有配合熔斷器特性用，配合保護斷電器VCB特性用，配電線路保護用和配合電動機、起動器、變壓器、電容器保護特性用四種脫扣特性，可由用戶選擇。斷路器有過載長延時、短路短延時、短路瞬動的三段保護功能。智能化功能有：電流和動作時間可調、顯示、熱記憶、負載監控、自診斷和通訊接口等（國內現有的智能型塑殼式斷路器是TM30P和DZ40系列）。

電動機保護型塑殼式斷路器：小容量電動機保護型考慮到支路離動力中心（PC）較近，必須發展短路分斷能力達15～50kA的品種，另外，額定工作電壓除有380V（400V）的外，還應研制適用660V（690V）的規格。在設計上應向系列化、模塊化和模數化發展，產品應有各種附件，如分勵脫扣器、欠電壓脫扣器、斷相保護、短路故障顯示、遠距離操作機構、各種輔助觸頭、門聯鎖操作機構、隔離模塊、各種防護外殼及附加接線端子，以實現功能齊全和方便用戶。

4.3家用和類似場所用斷路器

主要發展二極和四極，尺寸模數化，安裝導軌化，短路分斷能力從現有的4kA、6kA提高到10～15kA.在功能方面還有分勵、欠壓、過電壓、斷相、聲光報警、防竊電等附屬裝置（模塊化）。

4.4剩余電流保護斷路器

適用于人身安全保護的小電流（≤100A）規格用剩余電流保護模塊與家用和類似場所用斷路器組合成漏電斷路器，對于IΔn（漏電動作電流）大于30mA的，研制一些延時型，以適應級間的選擇性保護需要。

工業用，體積縮小，額定電流100～800A，短路分斷能力達35～65kA，漏電動作電流為30mA、100mA、300mA、500mA、1A、2A等。在漏電動作方面，除快速動作外，還要有延時型（可調），同時具備漏電預報警[當漏電電流達50％IΔn時，開始報警（燈光閃爍、閃爍頻率越高，表示漏電越嚴重）]，為適應不能斷電的系統（如消防），應在這一系統設計開發只報警不脫扣的漏電斷路器。還可在塑殼式斷路器上加裝剩余電流保護模塊。IΔn做到0.03～3A.此外，還可在塑殼式斷路器上派生單相接地故障保護功能。

剩余電流（漏電）繼電器，在現有基礎上，開發400～800A規格（現JD1型僅做到250A）。

按照用戶的需要（特別是大量使用電子元件的設備的地方），開發交流脈沖型、直流動作型、直流脈沖型等剩余電流動作斷路器。

5、結束語

以上介紹了我國低壓斷路器的發展過程及概況，并闡述了低壓斷路器的發展超勢。隨著電力工業的發展及城鄉電網的改造，低壓斷路器正面臨著一個發展機遇和如何適應市場經濟的挑戰，我們必須加大科研、開發力度，為市場提供高質量和高可靠性的低壓斷路器。