我國低壓斷路器的“展望”

在現(xiàn)代社會，無論是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、國防、文教衛(wèi)生、金融、商業(yè)、旅游服務(wù)和人民生活等領(lǐng)域都離不開電。電的產(chǎn)生、輸送、使用中，配電是一個極其重要的環(huán)節(jié)。配電系統(tǒng)包括變壓器和各種高低壓電器設(shè)備，低壓斷路器則是一種使用量大面廣的電器。

１、低壓斷路器，從它的結(jié)構(gòu)、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(jī)；

（2）在線路或電動機(jī)發(fā)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(hù)。

根據(jù)保護(hù)對象的不同，斷路器又分為四個類型：

（1）配電保護(hù)型──保護(hù)電源和電氣線路（電線、電纜）和設(shè)備；

（2）電動機(jī)保護(hù)型──專作電動機(jī)的不頻繁起動，運行中中斷，以及在電動機(jī)發(fā)生過載、短路和欠電壓時的保護(hù)；

（3）家用和類似家用場所保護(hù)型──對照明線路、家用電器等的保護(hù)；

（4）剩余電流（漏電）保護(hù)型──用來保護(hù)人身免受電擊危險及防止電氣火災(zāi)的保護(hù)器。

2、我國低壓斷路器的發(fā)展概況

世界上最早的斷路器出現(xiàn)于1885年，它是一種刀開關(guān)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(jìn)步，電弧原理的發(fā)現(xiàn)和各種滅弧裝置的發(fā)明，逐漸形成了目前的機(jī)構(gòu)。50年代末，電子元件的興起，又產(chǎn)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(yè)，新中國成立后，電器工業(yè)有了很大的發(fā)展，低壓斷路器經(jīng)歷了四代的發(fā)展過程。

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(shè)計的DWO基礎(chǔ)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(fā)，80年代初投產(chǎn)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(jìn)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(chǎn)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(hù)特性和單相接地故障保護(hù)以及保護(hù)特性的電流、動作時間可調(diào)、顯示、試驗、熱記憶、故障記憶、負(fù)載監(jiān)控、自診斷、MCR（低倍數(shù)短路合閘保護(hù)）通訊接口等智能化功能。

2塑料外殼式斷路器（MCCB配電保護(hù)型）

50年代，我國首次研制投產(chǎn)的是仿蘇（A3100）的DZ1系列產(chǎn)品（40年代中期水平）。60年代末期，針對DZ1體積過大、短路分?jǐn)嗄芰ζ〉热毕?，對它進(jìn)行了大刀闊斧的改進(jìn)，形成了我國自行設(shè)計的第一代產(chǎn)品DZ10系列。80年代初又開發(fā)了第二代的DZ20系列。與此同時，上海華通開關(guān)廠、嘉興電氣控制設(shè)備廠，分別從美國西屋公司、日本寺崎電氣公司引進(jìn)具有80年代初水平技術(shù)，生產(chǎn)了H系列和TO、TG、TL等系列。進(jìn)入90年代，又推出了CM1系列（常熟開關(guān)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(guān)廠）、S系列（上海電器科學(xué)研究所、杭州之江開關(guān)廠、上海華通開關(guān)廠等組成的OTT集團(tuán)）等新型塑殼式斷路器。

60～70年代，小規(guī)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?jǐn)嗄芰Ψ謩e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）。

3塑料外殼式斷路器（MCCB電動機(jī)保護(hù)型）

對于小型鼠籠型異步電動機(jī)（功率在30kW及以下）保護(hù)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(shè)計、開發(fā)的DZ5－20（短路分?jǐn)嗄芰?80V1.5kA）、DZ15－40、DZ15－63（短路分?jǐn)嗄芰?80V3kA）和80年代引進(jìn)國外技術(shù)制造的M611.3VE1（有多種附件），M611.3VE1的短路分?jǐn)嗄芰Υ蟮衷?80V3kA左右。

1994～1995年，上海電器科學(xué)研究所與嘉興電氣控制設(shè)備廠共同開發(fā)了DZ35系列電動機(jī)保護(hù)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?jǐn)嗄芰Γ篋Z35－25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(hù)等附件。

功率大于30～315kW電動機(jī)保護(hù)型斷路器，CM1、TM30、HSM1、JXM2和S型均有相應(yīng)的產(chǎn)品供預(yù)選擇，它們的短路分?jǐn)嗄芰Ψ謩e有400V，15～65（80）kA，可適應(yīng)于MCC（電動機(jī)控制中心）離電源較近回路的電動機(jī)保護(hù)。

小型塑殼式斷路器（MCB）現(xiàn)在也有適應(yīng)小功率電動機(jī)保護(hù)的產(chǎn)品，如C45NAD（天津梅蘭日蘭公司）和PX200CD（嘉興電控廠）等。

4家用或類似場所用過電流保護(hù)斷路器

我國最初的家用或類似家用場所用保護(hù)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(nèi)開發(fā)了DZ5系列（二極），70年代開發(fā)了DZ15系列（單極、二極）、DZ12系列，70年代末引進(jìn)德國技術(shù)生產(chǎn)了S060系列，80年代初，引進(jìn)日本技術(shù)生產(chǎn)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(jìn)德國F＆G公司的PX200C相繼問世，使家用保護(hù)斷路器上了一個新臺階，C45N、PX200C的短路分?jǐn)嗄芰_(dá)到4kA（50A及以上）和6kA（40A及以下）。

5剩余電流動作斷路器（漏電保護(hù)器）

為了保護(hù)人身免受電擊，我國在50～60年代，在一些電力系統(tǒng)維修廠，生產(chǎn)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(jié)構(gòu)簡易，防雷效果差，便逐步退出了應(yīng)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(guān)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(guān)仍是DZ5－20斷路器）。70年代中后期，全國聯(lián)合設(shè)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?jǐn)嗄芰?80V3kA和5kA.DZ15L系列是經(jīng)過國家鑒定的。

進(jìn)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(hù)和不帶過載、短路保護(hù)），90年代初天津梅蘭日蘭公司生產(chǎn)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(jìn)德國F＆G公司的技術(shù)生產(chǎn)了FIN型（不帶過載、短路保護(hù)）（In有25A、40A、63A，IΔn有30mA、100mA、300mA和500mA）和FI/LS（帶過載、短路保護(hù)）（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(tuán)，于1999年開發(fā)試制了S－L系列剩余電流動作斷路器規(guī)格有100A、200A（額定電流40、50、63、80、100A和100、125、160、200A），漏電保護(hù)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(hù)。極限短路分?jǐn)嗄芰_(dá)40kA（400V時），另外還開發(fā)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(nóng)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(dá)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(hù)（漏電保護(hù)）裝置的優(yōu)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(jù)歐洲統(tǒng)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(wǎng)電壓的影響；

c.不能經(jīng)受工頻耐壓試驗，耐受過電壓差；

d.失效率高達(dá)28.3％（據(jù)歐洲統(tǒng)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。

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(xiàn)在都具備各種內(nèi)、外部附件（又稱附屬裝置），增加了斷路器的功能。

（1）內(nèi)部附件

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

b.報警觸點（報警開關(guān)）──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(fā)熱電流較小，一般小于3A或更低。

c.分勵脫扣器──作遠(yuǎn)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(jī)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(zhuǎn)動手柄──適合于斷路器在開關(guān)柜或抽屜柜門板上合、分?jǐn)嗦菲鳎梢云鹇?lián)鎖作用，成套電器裝置只有斷電才能開門。

b.電動操作機(jī)構(gòu)──用電磁鐵或電動機(jī)等構(gòu)成，代替手動合閘（ON）或分閘（OFF）斷路器，可遠(yuǎn)距離控制。

c.機(jī)械聯(lián)鎖。

d.自身閉鎖。

3、不同類型斷路器的保護(hù)特性及其執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)

1配電保護(hù)型斷路器的反時限斷開特性

配電保護(hù)型斷路器的反時限斷開特性見表3.

2電動機(jī)保護(hù)型斷路器的反時限斷開特性

電動機(jī)保護(hù)型斷路器的反時限斷開特性見表4.

3配電保護(hù)型的瞬動整定電流

配電保護(hù)型的瞬動整定電流為10In（誤差為±20％），In為400A及以上規(guī)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(jī)保護(hù)型的瞬動整定電流為12In（誤差為±20％），一般設(shè)計時In可以等于電動機(jī)的額定電流。

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.

5斷路器符合標(biāo)準(zhǔn)情況

配電保護(hù)型斷路器符合GB14048.2（等效采用IEC947—2）《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備低壓斷路器》標(biāo)準(zhǔn)。

電動機(jī)保護(hù)型斷路器符合GB14048.2和GB14048.4（等效采用IEC947—4）《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備、低壓機(jī)電式接觸器和起動器》標(biāo)準(zhǔn)。

家用和類似家用場所保護(hù)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(hù)斷路器》標(biāo)準(zhǔn)。

剩余電流保護(hù)型斷路器（漏電斷路器）符合GB6829、GB16917（IEC1009）、IEC755標(biāo)準(zhǔn)。

4、斷路器的發(fā)展趨勢

在進(jìn)入新的世紀(jì)時，我國低壓電器（低壓斷路器），將按照“小型化、高分?jǐn)?、低噪音、工作可靠、逐步實現(xiàn)智能化”的要求發(fā)展，不斷創(chuàng)造出符合時代需要的新產(chǎn)品。

1萬能式斷路器

全國聯(lián)合設(shè)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(fā)并投入批量生產(chǎn)，目前正著手于研制特大型的6300A規(guī)格（短路分?jǐn)嗄芰锳C400V，120kA），今后，萬能式斷路器的開發(fā)，依然以智能型為主，其智能化功能在DW45的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善，在通訊功能方面，將在現(xiàn)在的智能化控制器與RS485接口協(xié)議（Profibus體系）掛靠的基礎(chǔ)上，向容量更大，速度更快的IEC通訊接口（協(xié)議）掛靠，實現(xiàn)更全面的小、中、大區(qū)域現(xiàn)場總線的遙控、遙測、遙訊、遙調(diào)。

隨著電網(wǎng)功率的提高，作為變壓器低壓側(cè)出口保護(hù)開關(guān)的萬能式斷路器，其短路分?jǐn)嗄芰⑻岣叩?20～150kA，體積還要縮小。

斷路器的附件應(yīng)是模塊化的，裝配積木化。

2塑料外殼式斷路器

向小型化、高分?jǐn)唷⒍喙δ?、附件模塊化發(fā)展；積極開發(fā)智能化（包括三段保護(hù)以及各種智能化功能）斷路器。

目前OTT集團(tuán)正在其成員單位杭州之江開關(guān)廠開發(fā)、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?jǐn)嗄芰?00V，35～100kA，具有配合熔斷器特性用，配合保護(hù)斷電器VCB特性用，配電線路保護(hù)用和配合電動機(jī)、起動器、變壓器、電容器保護(hù)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(hù)功能。智能化功能有：電流和動作時間可調(diào)、顯示、熱記憶、負(fù)載監(jiān)控、自診斷和通訊接口等（國內(nèi)現(xiàn)有的智能型塑殼式斷路器是TM30P和DZ40系列）。

電動機(jī)保護(hù)型塑殼式斷路器：小容量電動機(jī)保護(hù)型考慮到支路離動力中心（PC）較近，必須發(fā)展短路分?jǐn)嗄芰_(dá)15～50kA的品種，另外，額定工作電壓除有380V（400V）的外，還應(yīng)研制適用660V（690V）的規(guī)格。在設(shè)計上應(yīng)向系列化、模塊化和模數(shù)化發(fā)展，產(chǎn)品應(yīng)有各種附件，如分勵脫扣器、欠電壓脫扣器、斷相保護(hù)、短路故障顯示、遠(yuǎn)距離操作機(jī)構(gòu)、各種輔助觸頭、門聯(lián)鎖操作機(jī)構(gòu)、隔離模塊、各種防護(hù)外殼及附加接線端子，以實現(xiàn)功能齊全和方便用戶。

3家用和類似場所用斷路器

主要發(fā)展二極和四極，尺寸模數(shù)化，安裝導(dǎo)軌化，短路分?jǐn)嗄芰默F(xiàn)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剩余電流保護(hù)斷路器

適用于人身安全保護(hù)的小電流（≤100A）規(guī)格用剩余電流保護(hù)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(yīng)級間的選擇性保護(hù)需要。