小型斷路器的發(fā)展與應(yīng)用

摘要：闡述了我國小型低壓斷路器的發(fā)展歷程，介紹了國產(chǎn)小型斷路器的結(jié)構(gòu)和附件的技術(shù)性能，重點論述了小型斷路器應(yīng)用中的選型及在應(yīng)用中應(yīng)引起注意的問題，探討了我國小型斷路器發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：發(fā)展過程結(jié)構(gòu)性能 應(yīng)用和選擇 發(fā)展方向

　　 1 斷路器的分類和發(fā)展

　　 世界上最早的斷路器產(chǎn)生于1885年，它是一種刀開頭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(fā)現(xiàn)和各種滅弧裝置的發(fā)明，逐漸形成了目前的機構(gòu)。50年代末，由于電子元件的興起，又產(chǎn)生了電子脫扣器，到了今天，由于單片機的普及又有了智能型斷路器的問世。

　　 1、1斷路器的分類

　　 小型低壓斷路器，從它的結(jié)構(gòu)、用途所具有的功能來分，可分為萬能式（又稱框架式，國際上通稱ACB）們塑料外殼式（國際上通稱MCCS，NICB小型）兩大類，它們相同的作用是：在正常情況下，作不頻繁合、分電路成起動、停止電動機；在線路或電動機發(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。根據(jù)保護對象的不同，斷路器又分為四種類型：

　　 配電保護型-保護電源和電氣線路（電線、電纜）和設(shè)備； 電動機保護型——專作電動機的不頻繁起動，運行中分斷，以及在電動機發(fā)生過載、短路和欠電壓時的保護；

　　 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；

　　 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(zāi)的保護器。

　　 1.2小型斷路器的發(fā)展

　　 我國小型低壓斷路器經(jīng)歷了四代發(fā)展過程：

　　50年代，我國首次研制投產(chǎn)的是仿蘇（A310O）的DZI系列產(chǎn)品（40年代中期水平）。60年代末期，針對DZI體積過大、短路分斷能力偏小等缺陷，對它進行了技術(shù)改進，形成了我國自行設(shè)計的第一代產(chǎn)品 DZI0系列。60～70年代，小規(guī)格電流的塑殼斷路器有DZ5一10、DZ2～20、DZ5一25、DZ5一50、DZ15一50、DZ15一63等，它們的短路分斷能力分別為1～3kA。

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DZS一20斷路器）。我國首臺電流動作型電磁式漏電斷路器的型號是 DZS—20L（主開關(guān)仍是DZS—20斷路器）。70年代中后期，全國聯(lián)合設(shè)計的新型（DZ15L—40xDZ15L—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 380V 3hA和5kA。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），80年代初，又開發(fā)了第二代的DZ20系列。與此同時，分別從美國西屋公司、日本寺崎電氣公司引進具有80年代初技術(shù)水平，生產(chǎn)了H系列和 TO、TG、TL等系列。

　　80年代中期，又引進德國F&G公司的技術(shù)，生產(chǎn)了FIN型（不帶過載、短路保護）（In有25A、40A、63A，I△n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，I△n有 30mA、50mA、100mA和 300mA）的漏電斷路器。

　　 進入90年代，引進國外先進技術(shù)，開發(fā)生產(chǎn)了VigiC45EIE（電子式）、 VigiC45ELM（電磁式）。ViglNC100等漏電斷路器，漏電動作電流I△n30mA，快速型（VigiNC100，IQ。有30mA、300mA和500mA幾種，快速動作型）。而后又推出了CMI系列、TM30系列、TG系列的BD、BF型及JXMZ型、HSMI系列、S系列等新型塑殼式斷路器。

　　 2小型斷路器附件及標準

　　 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），以增加斷路器的功能。

　　 2.1內(nèi)部附件

　　 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。

　　 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。

　　 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。

　　 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。

2.2外部附件

　　 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、分斷路器，可以起聯(lián)鎖作用，成套電器裝置只有斷電才能開門。

　　 電動操作機構(gòu)一用電磁鐵或電動機等構(gòu)成，代替手動合閘（ON）或分問（OFF）斷路器，可遠距離控制。機械聯(lián)鎖、自身閉鎖。

　　 2.3小型斷路器標準

　　 國內(nèi)開發(fā)、研制和應(yīng)用的小型斷路器MCB保護型斷路器，符合GB1963（等效采用IEC898）家用和類似家用場所過電流保護斷路器》標準。而剩余電流保護型斷路器（漏電斷路器）應(yīng)符合 GB6829、GB16917IEC100）、EC755標準。

　　 3 小型斷路器應(yīng)用

　　 小型斷路（以下簡稱MCB）是建筑電氣終端配電裝置中使用最廣泛的一種終端保護電器。MCB雖然

　　 是一種終端電器，但其應(yīng)用量大而且面廣，若選用了不合適的MCB，由其造成的損失是不可忽視的。

　　 3.1額定分斷選擇

　　MCB的額定分斷能力是在保證斷路器不受任何損壞的前提下，能分斷的最大短路電流值。現(xiàn)在市場上

　　 見到的MCB，根據(jù)各制造廠商提供的有關(guān)技術(shù)資料和設(shè)計手冊，一般有各.skA、6hA、10hA等幾種額定分斷能力。我們在選用 MCB時，應(yīng)當像選用 MCCB（塑殼斷路器）、ACB（框架式斷路器）一樣，計算在該使用場合的最大短路容量，再選擇MCB。如果MCB的額定分斷能力小平被保護范圍內(nèi)的短路故障電流，則在發(fā)

　　 生故障時，不但不能分斷故障線路，還會因MCB的分斷能力過小而引起MCB的爆炸，危及人身和其它電氣設(shè)備線路的安全運行。

　　 低壓配電線路的短路電流與該供電線路的導(dǎo)線截面、導(dǎo)線敷設(shè)方式、短路點與電源距離長短、配電變壓器的容量大小、阻抗百分比等電氣參數(shù)有關(guān)。一般工業(yè)與民用建筑配電變壓器低壓側(cè)電壓多為0.23/0.4kV，變壓器容量大多為 1600kVA及以下，低壓側(cè)線路的短路電流隨配電容量增大而增大。對于不同容量的配電變壓器，低壓饋線端短路電流是不同的。一般來說，對于民用住宅、小型商場及公共建筑，由于當?shù)毓╇姴块T采用高壓深入符合中。動的配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)線，其配電變壓器的容量都控制在 1600kVA以下，并采取單母線分段運行方式的低壓電網(wǎng)供電，用電設(shè)備距供電電源距離較遠（大干250米），選用4.skV及以上分斷能力的MCB即可。對于專供或10kV變配電站的用戶，往往因供電線路的電

D特性一般適用于很高的峰值電流（<10In）的開關(guān)設(shè)備，一般用于交流額定電壓與頻率下控制的變壓器和局部照明變壓器的一次線路和電磁閥的保護。

　　 從以上保護特性的分析可知，對于各種不同性質(zhì)的線路，一定要選用合適的MCB。如有氣體放電燈的線路，在燈啟動時有較大的浪涌電流，若只按該燈具的額定電流來選擇MCB，往往在開燈瞬間導(dǎo)致MCB的誤脫扣。

　　 在保護特性方面，IEC898標準中明確規(guī)定：MCB不能用于對電動機的保護，只可作為替代熔斷器對配電線路（如電線電纜）進行保護。在這方面，設(shè)計人員往往容易忽視，并且在一些生產(chǎn)廠商的樣本和設(shè)計資料手冊中也有一些誤導(dǎo)的地方。因電動機在起動瞬間有一個5～ 7In持續(xù)時間為10s的起動電流，即使C特性在電磁脫扣電流設(shè)定為（5—10）In，可以保證在電動機起動時避過浪涌電流；但對熱保護來講，其過載保護的動作值整定于1.45In，也就是說，電動機要承受45%以上的過載電流時MCB才能脫扣，這對于只能承受<20%過載的電機定于繞組來講，是極容易使繞組間的絕緣損壞的，而對于電線電纜來講是可承受的。因此，在某些場合如確需用 MCB對電機進行保護，可選用ABB公司專用的符合IEC947—2標準中K特性的MCB，或采用MCB外加熱繼電器的方式，對電動機進行過載和短路保護。

　　 3.2 MCB的使用頻率

　　MCB的設(shè)計和使用是針對50～60Hz交流電網(wǎng)的，由于磁脫扣器的電磁力與電源頻率、動作電流有關(guān)，因此對于在交流電壓下使用的MCB用于直流電路或其它電源頻率場合的保護時磁脫扣器的動作電流是不同的。一般應(yīng)根據(jù)制造廠商提供的磁脫扣動作電流同電源頻率變化系數(shù)來換算。當交流用MCB用于直流電路的保護時，由于滅弧的原因，應(yīng)選用類似西門子的5SX5直流專用MCB。

　　 3.3 MCB的使用環(huán)境溫度

　　MCB的過載保護熱脫扣器，通常，現(xiàn)有MCB的熱脫扣器額定電流是生產(chǎn)廠家根據(jù)IEC898標準在基準溫度為30℃條件下整定的，MCB的工作溫度一般推薦為-25℃～+55℃。熱脫扣器由一種雙金屬片組成，當通過的電流達到某設(shè)定值并維持一定時間后使MCB脫扣。因此，熱脫扣器與溫度是息息相關(guān)的。如環(huán)境溫度變化將導(dǎo)致MCB的工作溫度變化，使熱脫扣工作特性相應(yīng)變化。由于MCB通常安裝于配電箱內(nèi)，使用環(huán)境溫度也不可能恒定為30℃，實際使用時，終端配電箱內(nèi)的MCB是緊密無間地安裝在一起的，且大多數(shù)場合又是嵌在墻內(nèi)安裝、導(dǎo)致散熱效果差，使配電路內(nèi)的溫升上升很大，故MCB的實際工作溫度總比環(huán)境溫度高10℃～15℃左右。因此，當環(huán)境溫度大干或小于校準溫度值時，我們必須根據(jù)有關(guān)制造廠商提供的溫度與載流能力修正曲線來調(diào)整MCB的額定電流值。一般來說，當環(huán)境溫度大于或低于校正值10℃時，MCB的額定電流值須減小或增加5%左右。

　　 3.4 MCB的前后級選擇性配合

眾所周知，在供配電線路中，保護電器必須達到“三性：即選擇性、快速性、靈敏性”?？焖傩造`敏性分別與保護電器本身特點和線路運行方式有關(guān)，而選擇性則與上下級保護電器之間的配合有關(guān)。配合恰當，則能有選擇地將事故回路切除，保證供電系統(tǒng)的其它無故障部分繼續(xù)正常運行；反之，則影響供電的可靠性。MCB的選擇性可分兩個區(qū)域：一個是過載區(qū)的選擇性，另一個是短路區(qū)的選擇性。MCB的熱脫扣器電流時間特性是一個反時限曲線，曲線中t1、t2分別代表Q1、Q2的最長不開斷時間，t1“、t2“分別代表Q1、Q2的最長開斷時間。對于某一電流，如果斷路器的Q1的t1與Q2的t2“構(gòu)成的關(guān)系是t1“>t2“，說明過載區(qū)有選擇性。通過實踐證明，一般 MCB在過載區(qū)若 11>2，即能在過載區(qū)有選擇性。當短路電流流過電磁脫扣系統(tǒng)時，MCB上下門要獲得選擇性是很困難的，為了防止越級脫扣，一般應(yīng)使Q1的瞬時脫扣電流Iml與Q2的瞬時脫扣電流Im2之比大于1.4。當短路電流大干7Iml時，要想只有Q2開斷，應(yīng)選限流型斷路器作為Q2，這樣可以減少電流的峰值及持續(xù)時間，使Q1免于斷開，當然也可選用具有延時的斷路器作為Q1。當短路電流很大時，是很難保證有選擇性的，只能獲得部分選擇性。制造廠商為了方便設(shè)計人員選用合適的MCB來確保選擇性，在設(shè)計參考資料中都有向用戶推薦的匹配表，設(shè)計人員可以根據(jù)匹配表選用上下級的MCB。

　　 3.5 MCB附件選擇

　　MCB有一些電氣輔助裝置和保護附件能與MCB本體拼裝組合在一起，擴展使用范圍，其中最主要的是剩余電流動作保護器（簡稱RCD）、分勵脫扣器（簡稱ST）、欠壓脫扣器（簡稱UR）。RCD與MCB組合一起就能成為帶過電流保護的剩余電流動作斷路器（簡稱RCD），安裝在配電箱內(nèi)能防止線路發(fā)生單相接地故障時危及人身安全和有效抑制電氣火災(zāi)。

　　MCB的附件UR是當電源電壓下降到70%以下時，使MCB脫扣：當電源恢復(fù)正常時，防止MCB重新接通。既可防止一些電氣設(shè)備在低電壓下運行而損壞設(shè)備，也可防止電源突然恢復(fù)正常時，線路上的電動機等大容量負荷在沒有接到控制信號下自行起動，從而提高了線路的安全性。但對于一些特殊要求的場合和一般照明回路則不宜安裝UR裝置。分勵脫扣裝置ST是一種能遠距離控制MCB脫扣的裝置。

　　 上述兩種脫扣裝置都是電壓型線圈，都能使MCB達到脫扣的目的，但兩者是有區(qū)別的。UR是按長時間通電設(shè)計的，而ST是按瞬間通電設(shè)計的，這一點往往在選用時被疏忽，誤把ST當作UR使用，導(dǎo)致ST的燒毀。如果UR當作ST使用，理論上是可行的，但實際上是不經(jīng)濟的。因為UR是24h接入線路中的，終究要消耗一定的電功率，并且發(fā)出一定的熱量。如果要使UR兼有失壓和分勵脫扣作用，則在控制回路中應(yīng)接入-常閉按鈕，這點在實際應(yīng)用中務(wù)必注意。

　　 4斷路器的發(fā)展趨勢

　　 我國小型低壓斷路器正向“小型化、模塊化、多功能、附件模塊化、高分斷、低噪音、工作可靠、逐步實現(xiàn)智能化”要求的方向發(fā)展，不斷創(chuàng)造出符合時代需要的新產(chǎn)品。主要發(fā)展二極和四極，尺寸模數(shù)化，安裝導(dǎo)軌化，短分斷能

纜截面較粗，供電距離較短，應(yīng)選用6hA及以上額定分斷能力的MCB。而對于如變配電站（站內(nèi)使用的照明、動力電源直接取自于低壓總母排）以及大容量車間變配電站（供車間用電設(shè)備）等供電距離較短的類似場合，則必須選用10kA及以上分斷能力的MCB，具體設(shè)計時還必須進行校驗。此外，特別要注意的三點是：

　　 3.1.1隨著現(xiàn)代建筑物中配變?nèi)萘康脑龃螅笕萘磕妇€槽的使用以及用電設(shè)備與電源問的距離縮短等各種因素，使供電線路末端的短路電流也在不斷地增大，特別是一些高檔的寫字樓、辦公樓、賓館及大型商場等公共建筑，這類場合使用的MCB，在設(shè)計時應(yīng)加以注意。

　　 3.1.2 MCB產(chǎn)品有兩個標準：一個是IEC898《家用裝置及類似裝置用斷路器》（GB10963—1999）；另一個是IEC947—2（低壓開關(guān)設(shè)備及控制設(shè)備低壓斷路器》。IEC898是針對由非電氣專業(yè)和無經(jīng)驗人員使用的標準，而IEC947—2是針對由電氣專業(yè)人員操作使用的產(chǎn)品標準。兩個標準對MCB的額定分斷能力指標是不同的，對設(shè)計人員來說，一定要看具體使用場合和對象來選用MCB。若按IEC947—2的額定分斷能力來選用MCB，應(yīng)安裝在供專業(yè)人員操作的箱柜中，并由專業(yè)人員操作，如各樓層、廠房內(nèi)的照明總配電箱；若按IEC898來選用MCB，可供安裝在非專業(yè)人員使用的操作電箱中，如大會議廳、廠房內(nèi)的照明開關(guān)箱中.這些使用對象都是一般的工作人員。因此在選用MCB時，一定要注意加以區(qū)別，不能混淆。

　　 3.1.3一般來說，MCB的額定分斷能力是在上端子進線、下端子出線狀態(tài)下測得的。在工程中若遇到特殊情況下要求下端子進線、上端子出線，由于開斷故障電流時滅弧的原因，MCB必須降容使用，即額定分斷能力必須按制造廠商提供的有關(guān)降容系數(shù)來換算?，F(xiàn)在有些廠商制造的MCB，上下端子均可進線及自由安裝，分斷能力不受影響，但筆者認為，在實際應(yīng)用中，應(yīng)以上進下出為妥。

　　 3.1.4 MCB的保護特性根據(jù)IEC898規(guī)定，可分為A、B、C、D四種特性供用戶選用：

　　A特性一般用于需要快速、無延時脫扣的使用場合，亦即用于較低的峰值電流值（通常是額定電流In的2—3倍），以限制允許通過短路電流值和總的分斷時間，利用該特性可使MCB替代熔斷器作為電子元器件的過流保護及互感測量回路的保護。

　　B特性一般用于需要較快速度脫扣且峰值電流不是很大的使用場合；與A特性相比較，B特性允許通過的峰值電流<引n，一般用于白熾燈、電加熱器等電阻性負載及住宅線路的保護。

　　C特性一般適用于大部分的電氣回路，它允許負載通過較高的短時峰值電流而MCB不動作，C特性允許通過的峰值電流<5In，一般用于熒光燈、高壓氣體放電燈、動力配電系統(tǒng)的線路保護。

力從現(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）。

　　 隨著電力工業(yè)的發(fā)展和城鄉(xiāng)電網(wǎng)的改造，在城市的智能建筑、鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)、工業(yè)自動化控制等的發(fā)展，都對我國小型斷路器提出了更高的技術(shù)要求，與此同時我國的加入世貿(mào)組織也為我國小型斷路器產(chǎn)業(yè)帶來了新的發(fā)展的機遇，但其機遇和挑戰(zhàn)是并存的，所以我國低壓小型斷路器正面臨著一個發(fā)展機遇和如何適應(yīng)市場經(jīng)濟的挑戰(zhàn)，我們必須加大科研、開發(fā)力度，為市場提供高質(zhì)量和高可靠性的低壓斷路器。