我国低压断路器的概况和展望

摘要：在现代社会，无论是工业、农业、交通运输、国防、文教卫生、金融、商业、旅游服务和人民生活等领域都离不开电。电的产生、输送、使用中，配电是一个极其重要的环节。配电系统包括变压器和各种高低压电器设备， 低压断路器则是一种使用量大面广的电器。

　　关键词：低压断路器 概况 展望

　　１、低压断路器，从它的结构、用途所具有的功能来分，就有万能式（又称框架式，国际上通称ACB）和塑料外壳式[国际上通称MCCB，MCB（小型）]两大类，它们相同的作用是：

　　（1）在正常情况下，作不频繁合、分电路或起动、停止电动机；

　　（2）在线路或电动机发生过载、短路或欠电压（电压不足）等故障时，能自动切断电路，予以保护。

　　根据保护对象的不同，断路器又分为四个类型：

　　（1）配电保护型──保护电源和电气线路（电线、电缆）和设备；

　　（2）电动机保护型──专作电动机的不频繁起动，运行中中断，以及在电动机发生过载、短路和欠电压时的保护；

　　（3）家用和类似家用场所保护型──对照明线路、家用电器等的保护；

　　（4）剩余电流（漏电）保护型──用来保护人身免受电击危险及防止电气火灾的保护器。

　　2、我国低压断路器的发展概况

　　世界上最早的断路器出现于1885年，它是一种刀开关和过电流脱扣器的组合。1905年具有自由脱扣装置的空气断路器诞生。1930年以来，随着科技的进步，电弧原理的发现和各种灭弧装置的发明，逐渐形成了目前的机构。50年代末，电子元件的兴起，又产生了电子脱扣器，到了今天，由于小型化电脑的普及，又有智能型断路器的问世。

　　我国解放前几乎没有断路器的制造业，新中国成立后，电器工业有了很大的发展，低压断路器经历了四代的发展过程。

　　2.1　万能式断路器（ABC）

　　第一代是仿苏A15，A2050的DW1、DW2型（额定电流200～1500A）；第二代是在1958年我国自行设计的DWO基础上更新的DW10系列，其额定电压为AC 380V，DC 440V，额定电流200～4000A；第三代是70年代末开发，80年代初投产的DW15和DWX15（限流型）；第四代是90年代初研制成功的DW45智能型万能式断路器。

　　80年代初、中期，我国相继从日本和德国引进AH和ME型万能式断路器。

　　DW45系列万能式断路器，具有国际90年代同类产品（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。它具有过载长延时、短路短延时、瞬动的三段保护特性和单相接地故障保护以及保护特性的电流、动作时间可调、显示、试验、热记忆、故障记忆、负载监控、自诊断、MCR（低倍数短路合闸保护）通讯接口等智能化功能。

　　2.2　塑料外壳式断路器（MCCB配电保护型）

　　50年代，我国首次研制投产的是仿苏（A3100）的DZ1系列产品（40年代中期水平）。60年代末期，针对DZ1体积过大、短路分断能力偏小等缺陷，对它进行了大刀阔斧的改进，形成了我国自行设计的第一代产品DZ10系列。80年代初又开发了第二代的DZ20系列。与此同时，上海华通开关厂、嘉兴电气控制设备厂，分别从美国西屋公司、日本寺崎电气公司引进具有80年代初水平技术，生产了H系列和TO、TG、TL等系列。进入90年代，又推出了CM1系列（常熟开关厂）、TM30系列（天津低压电器公司）、TG系列的BD、BF型及JXM2型（嘉兴电控厂）、HSM1系列（杭州之江开关厂）、S系列（上海电器科学研究所、杭州之江开关厂、上海华通开关厂等组成的OTT集团）等新型塑壳式断路器。

　　60～70年代，小规格电流的塑壳断路器有DZ5－10、DZ2－20、DZ5－25、DZ5－50、DZ15－50、DZ15－63等，它们的短路分断能力分别为1～3kA（以上型号至今还未淘汰）。

　　表2是各型号塑壳式断路器的主要性能对比（以In为250A三极为例）。

　　2.3　塑料外壳式断路器（MCCB电动机保护型）

　　对于小型鼠笼型异步电动机（功率在30kW及以下）保护的塑壳式断路器，目前仍流通于市场的有60～70年代我国自行设计、开发的DZ5－20（短路分断能力380V 1.5kA）、DZ15－40、DZ15－63（短路分断能力380V 3kA）和80年代引进国外技术制造的M611.3VE1（有多种附件），M611.3VE1的短路分断能力大抵在380V 3kA左右。

　　1994～1995年，上海电器科学研究所与嘉兴电气控制设备厂共同开发了DZ35系列电动机保护型塑壳式断路器（型号有DZ35－25和DZ35－63两种）。DZ35－25的额定电流有1、1.6、2.5、4、6.3、10、16、20、25A；DZ35－63的额定电流有：16、20、25、32、40、50、63A等。短路分断能力：DZ35－25有380V 3kA、35kA、50kA（后两种加装限流部件）；DZ35－63为380V 3kA；DZ35－25的体积为DZ5－20的43.13％，DZ35－63的体积为DZ15－63的50.7％。DZ35系列断路器带有模块式的辅助触点、分励脱扣器、欠电压脱扣器和断相保护等附件。

　　功率大于30～315kW电动机保护型断路器，CM1、TM30、HSM1、JXM2和S型均有相应的产品供预选择，它们的短路分断能力分别有400V，15～65（80）kA，可适应于MCC（电动机控制中心）离电源较近回路的电动机保护。

　　小型塑壳式断路器（MCB）现在也有适应小功率电动机保护的产品，如C45NAD（天津梅兰日兰公司）和PX200CD（嘉兴电控厂）等。

　　2.4　家用或类似场所用过电流保护断路器

　　我国最初的家用或类似家用场所用保护器是仿苏（AⅡ－25）的DZ4－25（二极）塑壳断路器，但性能不高，60年代中期国内开发了DZ5系列（二极），70年代开发了DZ15系列（单极、二极）、DZ12系列，70年代末引进德国技术生产了S060系列，80年代初，引进日本技术生产了TH－5SB、TH－5DB（二极插入式）系列，80年代中后期，天津梅兰日兰公司的C45N和嘉兴电控厂引进德国F＆G公司的PX200C相继问世，使家用保护断路器上了一个新台阶，C45N、PX200C的短路分断能力均达到4kA（50A及以上）和6kA（40A及以下）。

　　2.5　剩余电流动作断路器（漏电保护器）

　　为了保护人身免受电击，我国在50～60年代，在一些电力系统维修厂，生产了电压型漏电保安器。由于它的检测线圈（或检测继电器）串接在变压器中性点与接地极之间，接地极电阻变化无常，造成精度差，此外，检测线圈容量不够，结构简易，防雷效果差，便逐步退出了应用。60年代后期，我国第一台电流动作型电子式漏电保安器诞生（主开关是DZ5－20断路器）。我国首台电流动作型电磁式漏电断路器的型号是DZ5－20L（主开关仍是DZ5－20断路器）。70年代中后期，全国联合设计的新型（DZ15L－40、DZ15L－63）电流动作型电磁式漏电断路器试制成功，其壳架电流有40A、63A两种，额定电流6～63A，漏电动作电流有30mA、50mA、75mA和100mA，是快速型（漏电动作时间≤0.1s），断路器的短路分断能力为380V 3kA和5kA.DZ15L系列是经过国家鉴定的。进入80年代就有DZL16、DZL18、DZL118、DZ12L、DZL33、DZL38和DZ10L等，大部分是电流动作型电子（集成电路）式漏电断路器（带过载、短路保护和不带过载、短路保护），90年代初天津梅兰日兰公司生产了VigiC45EIE（电子式）、VigiC45ELM（电磁式）、VigiNC100等漏电断路器，漏电动作电流IΔn30mA，快速型（Vigi NC100，IΔn有30mA、300mA和500mA几种，快速动作型）。

　　80年代中期，嘉兴电控厂、遵义长征电器八厂又引进德国F＆G公司的技术生产了FIN型（不带过载、短路保护）（In有25A、40A、63A，IΔn有30mA、100mA、300mA和500mA）和FI/LS（带过载、短路保护）（In有2A、4A、6A、10A、20A、25A、32A等，IΔn有30mA、50mA、100mA和300mA）的漏电断路器。

　　OTT集团，于1999年开发试制了S－L系列剩余电流动作断路器规格有100A、200A（额定电流40、50、63、80、100A和100、125、160、200A），漏电保护原理采用电子与电磁混合型，漏电动作电流有30mA、100mA、300mA三种，动作时间有快速型（≤0.2s）和延时型（最大0.5s），断路器还有过载和短路保护。极限短路分断能力达40kA（400V时），另外还开发了只报警不脱扣型，以适合消除不断电的要求。

　　对于只报警而不断电的漏电继电器，目前有JD1型（电磁式）、JD3（电子式），在农村使用的LJM型、LTS型（均为电子式），漏电继电器额定电流有100A、250A，最大达800A，额定漏电动作电流为100mA、300mA、500mA等多种，除了单独作漏电时声、光报警之用外，也可与接触器、断路器组合成漏电继路器。

　　电磁式和电子式剩余电流保护（漏电保护）装置的优缺点。

　　（1）电磁式

　　a.漏电动作电流最小值仅能做到30mA；

　　e.失效率低，约为0.09％（据欧洲统计）；

　　f.较难做到延时型；

　　g.加工精度要求高；

　　h.价格高。

　　（2）电子式

　　a.漏电动作电流最小值可以做到5mA；

　　b.需辅助电源，性能要受电网电压的影响；

　　c.不能经受工频耐压试验，耐受过电压差；

　　d.失效率高达28.3％（据欧洲统计）；

　　e.可以较方便地做成延时型；

　　f.电子元件受温度影响较大；

　　g.抗电磁干扰较差；

　　h.制造（加工）简单，价格便宜。

　　2.6　断路器的附件

　　无论是万能式（ACB）或塑料外壳式断路器（MCCB和一些MCB）现在都具备各种内、外部附件（又称附属装置），增加了断路器的功能。

　　（1）内部附件

　　a.辅助触点（辅助开关）──根据控制电磁铁和其他辅助回路电器的合、分需要而设置，目前较多的是采用发热电流（Ith）3A和6A的微动开关组成。

　　b.报警触点（报警开关）──反映断路器因线路故障（过载、短路）跳闸而接通声、光报警，它的发热电流较小，一般小于3A或更低。

　　c.分励脱扣器──作远距离操作使断路器跳闸的一种脱扣器，它的控制电压有交流380V（400V）、220V（230V），直流220V、110V、24V等。

　　d.欠电压脱扣器──防止因线路电压不足，对线路或电动机造成损害的一种脱扣器，它与线路电压相同，通常有交流380V（400V）、220（230V），直流110V、220V等。

　　（2）外部附件

　　a.外部转动手柄──适合于断路器在开关柜或抽屉柜门板上合、分断路器，可以起联锁作用，成套电器装置只有断电才能开门。

　　b.电动操作机构──用电磁铁或电动机等构成，代替手动合闸（ON）或分闸（OFF）断路器，可远距离控制。

　　c.机械联锁。

　　d.自身闭锁。

　　3、不同类型断路器的保护特性及其执行的标准

　　3.1　配电保护型断路器的反时限断开特性

　　配电保护型断路器的反时限断开特性见表3.

　　3.2　电动机保护型断路器的反时限断开特性

　　电动机保护型断路器的反时限断开特性见表4.

　　3.3　配电保护型的瞬动整定电流

　　配电保护型的瞬动整定电流为10In（误差为±20％），In为400A及以上规格，可以和5In和10In中任选一种（由用户提出，制造厂整定）；电动机保护型的瞬动整定电流为12In（误差为±20％），一般设计时In可以等于电动机的额定电流。

　　3.4　家用和类似场所用断路器的过载脱扣特性

　　家用和类似场所用断路器的过载脱扣特性见表5.

　　3.5　断路器符合标准情况

　　配电保护型断路器符合GB14048.2（等效采用IEC947—2）《低压开关设备和控制设备低压断路器》标准。

　　电动机保护型断路器符合GB14048.2和GB14048.4（等效采用IEC947—4）《低压开关设备和控制设备、低压机电式接触器和起动器》标准。

　　家用和类似家用场所保护型断路器符合 GB01963（等效采用IEC898）《家用和类似家用场所过电流保护断路器》标准。

　　剩余电流保护型断路器（漏电断路器）符合GB6829、GB16917（IEC1009）、IEC755标准。

　　4、断路器的发展趋势

　　在进入新的世纪时，我国低压电器（低压断路器），将按照“小型化、高分断、低噪音、工作可靠、逐步实现智能化”的要求发展，不断创造出符合时代需要的新产品。

　　4.1　万能式断路器

　　全国联合设计的DW45系列智能型万能式断路器已完成了壳架电流为2000A、3200A、5000A的三极和四极的开发并投入批量生产，目前正着手于研制特大型的6300A规格（短路分断能力为AC 400V，120kA），今后，万能式断路器的开发，依然以智能型为主，其智能化功能在DW45的基础上进一步完善，在通讯功能方面，将在现在的智能化控制器与RS485接口协议（Profibus体系）挂靠的基础上，向容量更大，速度更快的IEC通讯接口（协议）挂靠，实现更全面的小、中、大区域现场总线的遥控、遥测、遥讯、遥调。

　　随着电网功率的提高，作为变压器低压侧出口保护开关的万能式断路器，其短路分断能力将提高到120～150kA，体积还要缩小。

　　断路器的附件应是模块化的，装配积木化。

　　4.2　塑料外壳式断路器

　　向小型化、高分断、多功能、附件模块化发展；积极开发智能化（包括三段保护以及各种智能化功能）断路器。

　　目前OTT集团正在其成员单位杭州之江开关厂开发、试制S—Z型智能型塑料外壳式断路器。该系列断路器壳架电流为400A和800A，短路分断能力为400V，35～100kA，具有配合熔断器特性用，配合保护断电器VCB特性用，配电线路保护用和配合电动机、起动器、变压器、电容器保护特性用四种脱扣特性，可由用户选择。断路器有过载长延时、短路短延时、短路瞬动的三段保护功能。智能化功能有：电流和动作时间可调、显示、热记忆、负载监控、自诊断和通讯接口等（国内现有的智能型塑壳式断路器是TM30P和DZ40系列）。

　　电动机保护型塑壳式断路器：小容量电动机保护型考虑到支路离动力中心（PC）较近，必须发展短路分断能力达15～50kA的品种，另外，额定工作电压除有380V（400V）的外，还应研制适用660V（690V）的规格。在设计上应向系列化、模块化和模数化发展，产品应有各种附件，如分励脱扣器、欠电压脱扣器、断相保护、短路故障显示、远距离操作机构、各种辅助触头、门联锁操作机构、隔离模块、各种防护外壳及附加接线端子，以实现功能齐全和方便用户。

　　4.3　家用和类似场所用断路器

　　主要发展二极和四极，尺寸模数化，安装导轨化，短路分断能力从现有的4kA、6kA提高到10～15kA.在功能方面还有分励、欠压、过电压、断相、声光报警、防窃电等附属装置（模块化）。

　　4.4　剩余电流保护断路器

　　适用于人身安全保护的小电流（≤100A）规格用剩余电流保护模块与家用和类似场所用断路器组合成漏电断路器，对于IΔn（漏电动作电流）大于30mA的，研制一些延时型，以适应级间的选择性保护需要。

　　工业用，体积缩小，额定电流100～800A，短路分断能力达35～65kA，漏电动作电流为30mA、100mA、300mA、500mA、1A、2A等。在漏电动作方面，除快速动作外，还要有延时型（可调），同时具备漏电预报警[当漏电电流达50％IΔn时，开始报警（灯光闪烁、闪烁频率越高，表示漏电越严重）]，为适应不能断电的系统（如消防），应在这一系统设计开发只报警不脱扣的漏电断路器。还可在塑壳式断路器上加装剩余电流保护模块。IΔn做到0.03～3A.此外，还可在塑壳式断路器上派生单相接地故障保护功能。

　　剩余电流（漏电）继电器，在现有基础上，开发400～800A规格（现JD1型仅做到250A）。

　　按照用户的需要（特别是大量使用电子元件的设备的地方），开发交流脉冲型、直流动作型、直流脉冲型等剩余电流动作断路器。

　　5、结束语

　　以上介绍了我国低压断路器的发展过程及概况，并阐述了低压断路器的发展超势。随着电力工业的发展及城乡电网的改造，低压断路器正面临着一个发展机遇和如何适应市场经济的挑战，我们必须加大科研、开发力度，为市场提供高质量和高可靠性的低压断路器。