小型断路器的发展与应用

1、小型断路器的发展与应用摘要：阐述了我国小型低压断路器的发展历程，介绍了国产小型断路器的结构和附件的技术性能，重点论述了小型断路器应用中的选型及在应用中应引起注意的问题，探讨了我国小型断路器发展方向。 关键词：发展过程 结构性能 应用和选择 发展方向 1 断路器的分类和发展 世界上最早的断路器产生于1885年，它是一种刀开头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，由于电子元件的兴起，又产生了电子脱扣器，到了今天，由于单片机的普及又有了智能型断路器的问世。 1、1断路器

2、的分类 小型低压断路器，从它的结构、用途所具有的功能来分，可分为万能式（又称框架式，国际上通称ACB）们塑料外壳式（国际上通称MCCS，NICB小型）两大类，它们相同的作用是：在正常情况下，作不频繁合、分电路成起动、停止电动机；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，断路器又分为四种类型： 配电保护型-保护电源和电气线路（电线、电缆）和设备； 电动机保护型专作电动机的不频繁起动，运行中分断，以及在电动机发生过载、短路和欠电压时的保护； 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； 剩余电流（漏电）保护型用来保护人身免受电

3、击危险及防止电气火灾的保护器。 1.2小型断路器的发展 我国小型低压断路器经历了四代发展过程： 50年代，我国首次研制投产的是仿苏（A310O）的DZI系列产品（40年代中期水平）。60年代末期，针对DZI体积过大、短路分断能力偏小等缺陷，对它进行了技术改进，形成了我国自行设计的第一代产品 DZI0系列。6070年代，小规格电流的塑壳断路器有DZ5一10、DZ220、DZ5一25、DZ5一50、DZ15一50、DZ15一63等，它们的短路分断能力分别为13kA。 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DZS一20断路器）。我国首台电流动作型电磁式漏电断路器的型号是 D

4、ZS20L（主开关仍是DZS20断路器）。70年代中后期，全国联合设计的新型（DZ15L40xDZ15L63）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663A，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 3hA和5kA。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），80年代初，又开发了第二代的DZ20系列。与此同时，分别从美国西屋公

5、司、日本寺崎电气公司引进具有80年代初技术水平，生产了H系列和 TO、TG、TL等系列。 80年代中期，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，In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，In有 30mA、50mA、100mA和 300mA）的漏电断路器。 进入90年代，引进国外先进技术，开发生产了VigiC45EIE（电子式）、 VigiC45ELM（电磁式）。ViglNC100等漏电断路器，漏电动作电流In30mA，快速

6、型（VigiNC100，IQ。有30mA、300mA和500mA几种，快速动作型）。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系列等新型塑壳式断路器。 2小型断路器附件及标准 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），以增加断路器的功能。 2.1内部附件 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。 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，

7、一般小于3A或更低。 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。 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。 2.2外部附件 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。 电动操作机构一用电磁铁或电动机等构成，代替手动合闸（ON）或分问（OFF）断路器，可远距离控制。机械联锁、自身闭锁。 2.3小型断路器标准

8、国内开发、研制和应用的小型断路器MCB保护型断路器，符合GB1963（等效采用IEC898）家用和类似家用场所过电流保护断路器标准。而剩余电流保护型断路器（漏电断路器）应符合 GB6829、GB16917IEC100）、EC755标准。 3 小型断路器应用 小型断路（以下简称MCB）是建筑电气终端配电装置中使用最广泛的一种终端保护电器。MCB虽然 是一种终端电器，但其应用量大而且面广，若选用了不合适的MCB，由其造成的损失是不可忽视的。 3.1额定分断选择 MCB的额定分断能力是在保证断路器不受任何损坏的前提下，能分断的最大短路电流值。现在市场上 见到的MCB，根据各制造厂商提供的有关技术资料

9、和设计手册，一般有各.skA、6hA、10hA等几种额定分断能力。我们在选用 MCB时，应当像选用 MCCB（塑壳断路器）、ACB（框架式断路器）一样，计算在该使用场合的最大短路容量，再选择MCB。如果MCB的额定分断能力小平被保护范围内的短路故障电流，则在发 生故障时，不但不能分断故障线路，还会因MCB的分断能力过小而引起MCB的爆炸，危及人身和其它电气设备线路的安全运行。 低压配电线路的短路电流与该供电线路的导线截面、导线敷设方式、短路点与电源距离长短、配电变压器的容量大小、阻抗百分比等电气参数有关。一般工业与民用建筑配电变压器低压侧电压多为0.23/0.4kV，变压器容量大多为 1600

10、kVA及以下，低压侧线路的短路电流随配电容量增大而增大。对于不同容量的配电变压器，低压馈线端短路电流是不同的。一般来说，对于民用住宅、小型商场及公共建筑，由于当地供电部门采用高压深入符合中。动的配电网络结线，其配电变压器的容量都控制在 1600kVA以下，并采取单母线分段运行方式的低压电网供电，用电设备距供电电源距离较远（大干250米），选用4.skV及以上分断能力的MCB即可。对于专供或10kV变配电站的用户，往往因供电线路的电缆截面较粗，供电距离较短，应选用6hA及以上额定分断能力的MCB。而对于如变配电站（站内使用的照明、动力电源直接取自于低压总母排）以及大容量车间变配电站（供车间用电设

11、备）等供电距离较短的类似场合，则必须选用10kA及以上分断能力的MCB，具体设计时还必须进行校验。此外，特别要注意的三点是： 3.1.1随着现代建筑物中配变容量的增大，大容量母线槽的使用以及用电设备与电源问的距离缩短等各种因素，使供电线路末端的短路电流也在不断地增大，特别是一些高档的写字楼、办公楼、宾馆及大型商场等公共建筑，这类场合使用的MCB，在设计时应加以注意。 3.1.2 MCB产品有两个标准：一个是IEC898家用装置及类似装置用断路器（GB109631999）；另一个是IEC9472（低压开关设备及控制设备低压断路器。IEC898是针对由非电气专业和无经验人员使用的标准，而IEC94

12、72是针对由电气专业人员操作使用的产品标准。两个标准对MCB的额定分断能力指标是不同的，对设计人员来说，一定要看具体使用场合和对象来选用MCB。若按IEC9472的额定分断能力来选用MCB，应安装在供专业人员操作的箱柜中，并由专业人员操作，如各楼层、厂房内的照明总配电箱；若按IEC898来选用MCB，可供安装在非专业人员使用的操作电箱中，如大会议厅、厂房内的照明开关箱中.这些使用对象都是一般的工作人员。因此在选用MCB时，一定要注意加以区别，不能混淆。 3.1.3一般来说，MCB的额定分断能力是在上端子进线、下端子出线状态下测得的。在工程中若遇到特殊情况下要求下端子进线、上端子出线，由于开断故

13、障电流时灭弧的原因，MCB必须降容使用，即额定分断能力必须按制造厂商提供的有关降容系数来换算。现在有些厂商制造的MCB，上下端子均可进线及自由安装，分断能力不受影响，但笔者认为，在实际应用中，应以上进下出为妥。 3.1.4 MCB的保护特性根据IEC898规定，可分为A、B、C、D四种特性供用户选用： A特性一般用于需要快速、无延时脱扣的使用场合，亦即用于较低的峰值电流值（通常是额定电流In的23倍），以限制允许通过短路电流值和总的分断时间，利用该特性可使MCB替代熔断器作为电子元器件的过流保护及互感测量回路的保护。 B特性一般用于需要较快速度脱扣且峰值电流不是很大的使用场合；与A特性相比较，

14、B特性允许通过的峰值电流<引n，一般用于白炽灯、电加热器等电阻性负载及住宅线路的保护。 C特性一般适用于大部分的电气回路，它允许负载通过较高的短时峰值电流而MCB不动作，C特性允许通过的峰值电流<5In，一般用于荧光灯、高压气体放电灯、动力配电系统的线路保护。 D特性一般适用于很高的峰值电流（<10In）的开关设备，一般用于交流额定电压与频率下控制的变压器和局部照明变压器的一次线路和电磁阀的保护。 从以上保护特性的分析可知，对于各种不同性质的线路，一定要选用合适的MCB。如有气体放电灯的线路，在灯启动时有较大的浪涌电流，若只按该灯具的额定电流来选择MCB，往往在开灯瞬间导致M

15、CB的误脱扣。 在保护特性方面，IEC898标准中明确规定：MCB不能用于对电动机的保护，只可作为替代熔断器对配电线路（如电线电缆）进行保护。在这方面，设计人员往往容易忽视，并且在一些生产厂商的样本和设计资料手册中也有一些误导的地方。因电动机在起动瞬间有一个5 7In持续时间为10s的起动电流，即使C特性在电磁脱扣电流设定为（510）In，可以保证在电动机起动时避过浪涌电流；但对热保护来讲，其过载保护的动作值整定于1.45In，也就是说，电动机要承受45%以上的过载电流时MCB才能脱扣，这对于只能承受<20%过载的电机定于绕组来讲，是极容易使绕组间的绝缘损坏的，而对于电线电缆来讲是可承受

16、的。因此，在某些场合如确需用 MCB对电机进行保护，可选用ABB公司专用的符合IEC9472标准中K特性的MCB，或采用MCB外加热继电器的方式，对电动机进行过载和短路保护。 3.2 MCB的使用频率 MCB的设计和使用是针对5060Hz交流电网的，由于磁脱扣器的电磁力与电源频率、动作电流有关，因此对于在交流电压下使用的MCB用于直流电路或其它电源频率场合的保护时磁脱扣器的动作电流是不同的。一般应根据制造厂商提供的磁脱扣动作电流同电源频率变化系数来换算。当交流用MCB用于直流电路的保护时，由于灭弧的原因，应选用类似西门子的5SX5直流专用MCB。 3.3 MCB的使用环境温度 MCB的过载保护

17、热脱扣器，通常，现有MCB的热脱扣器额定电流是生产厂家根据IEC898标准在基准温度为30条件下整定的，MCB的工作温度一般推荐为-25+55。热脱扣器由一种双金属片组成，当通过的电流达到某设定值并维持一定时间后使MCB脱扣。因此，热脱扣器与温度是息息相关的。如环境温度变化将导致MCB的工作温度变化，使热脱扣工作特性相应变化。由于MCB通常安装于配电箱内，使用环境温度也不可能恒定为30，实际使用时，终端配电箱内的MCB是紧密无间地安装在一起的，且大多数场合又是嵌在墙内安装、导致散热效果差，使配电路内的温升上升很大，故MCB的实际工作温度总比环境温度高1015左右。因此，当环境温度大干或小于校准

18、温度值时，我们必须根据有关制造厂商提供的温度与载流能力修正曲线来调整MCB的额定电流值。一般来说，当环境温度大于或低于校正值10时，MCB的额定电流值须减小或增加5%左右。 3.4 MCB的前后级选择性配合 众所周知，在供配电线路中，保护电器必须达到“三性：即选择性、快速性、灵敏性”。快速性灵敏性分别与保护电器本身特点和线路运行方式有关，而选择性则与上下级保护电器之间的配合有关。配合恰当，则能有选择地将事故回路切除，保证供电系统的其它无故障部分继续正常运行；反之，则影响供电的可靠性。MCB的选择性可分两个区域：一个是过载区的选择性，另一个是短路区的选择性。MCB的热脱扣器电流时间特性是一个反时

19、限曲线，曲线中t1、t2分别代表Q1、Q2的最长不开断时间，t1“、t2“分别代表Q1、Q2的最长开断时间。对于某一电流，如果断路器的Q1的t1与Q2的t2“构成的关系是t1“>t2“，说明过载区有选择性。通过实践证明，一般 MCB在过载区若 11>2，即能在过载区有选择性。当短路电流流过电磁脱扣系统时，MCB上下门要获得选择性是很困难的，为了防止越级脱扣，一般应使Q1的瞬时脱扣电流Iml与Q2的瞬时脱扣电流Im2之比大于1.4。当短路电流大干7Iml时，要想只有Q2开断，应选限流型断路器作为Q2，这样可以减少电流的峰值及持续时间，使Q1免于断开，当然也可选用具有延时的断路器作为Q

20、1。当短路电流很大时，是很难保证有选择性的，只能获得部分选择性。制造厂商为了方便设计人员选用合适的MCB来确保选择性，在设计参考资料中都有向用户推荐的匹配表，设计人员可以根据匹配表选用上下级的MCB。 3.5 MCB附件选择 MCB有一些电气辅助装置和保护附件能与MCB本体拼装组合在一起，扩展使用范围，其中最主要的是剩余电流动作保护器（简称RCD）、分励脱扣器（简称ST）、欠压脱扣器（简称UR）。RCD与MCB组合一起就能成为带过电流保护的剩余电流动作断路器（简称RCD），安装在配电箱内能防止线路发生单相接地故障时危及人身安全和有效抑制电气火灾。 MCB的附件UR是当电源电压下降到70%以下时，使MCB脱扣：当电源恢复正常时，防止MCB重新接通。既可防止一些电气设备在低电压下运行而损坏设备，也可防止