当前国内外低压塑壳断路器的发展动向

・综述・　低压电器（２０１３Ｎｏ．４）　当前国内外低压塑壳断路器的发展动向　陈德桂　（西安交通大学电气工程学院，陕西西安摘７１００４９）　要：节能减排推动了当前低压塑壳断路器（ＭＣＣＢ）的发展。总结介绍了当前　国内外低压ＭＣＣＢ的发展动向，包括新的双断点ＭＣＣＢ，单断点ＭＣＣＢ，小尺寸、经济型　ＭＣＣＢ等。这为国内低压ＭＣＣＢ的研发设计提供了参考。　关键词：塑壳断路器；节能减排；单断点；双断点；小尺寸与经济型　陈德桂（１９３３一），　男，教授，研究方向　为新型低压电器。　中图分类号：ＴＭ　５６１：ＴＭ　３４３文献标志码：Ａ文章编号：１００１－５５３１（２０１３）０４一　（）（Ｍ】１＿（１４　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｔｒｅｎｄｓ　ｏｆ　Ｌｏｗ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｍｏｕｌｄｅｄ　Ｃａｓｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｂｒｅａｋｅｒ　ａｔ　Ｈｏｍｅ　ａｎｄ　Ａｂｒｏａｄ　ＣＨＥＮ　Ｄｅｇｕｉ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｌｌ　７　１　００４９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ—ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｓｔｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｍｏｕｌｄｅｄ　ｃａｓｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｒｅａｋｅｒ（ＭＣＣＢ）．Ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄｓ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｖｏｌｔａｇｅ　ＭＣＣＢ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｎｅｗ　ｄｏｕｂｌｅ・ｂｒｅａｋ　ＭＣＣＢ，ｓｉｎｇｌｅ－ｂｒｅａｋ　ＭＣＣＢ，ｓｍａｌｌ　ｓｉｚｅｄ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｒｅａｋｅｒ　ｅｔｃ．Ｉｔ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｖｏｌｔａｇｅ　ＭＣＣＢ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｏｕｌｄｅｄ　ＣａＳＥ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｒｅａｋｅｒ（ＭＣＣＢ）；ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ－ｒｅｄｕｃｉｎｇ；ｓｉｎｇｌｅ－　ｂｒｅａｋ：ｄｏｕｂｌｅ－ｂｒｅａｋ：ｓｍａｌｌ　ｓｉｚｅｄ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　０　引　言　节能减排推动了当前低压塑壳断路器　（Ｍｏｕｌｄｅｄ　Ｃａｓｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｂｒｅａｋｅｒ，ＭＣＣＢ）的发展，表　年来，由于节能减排、新能源开关电器的需求，更　显示出双断点ＭＣＣＢ的优越性。风力发电需要　６９０　Ｖ断路器，如Ｔｍａｘ系列的Ｔｍａｘ４在６９０　Ｖ条　件下，能达到Ｉｃ．，＝Ｉｏ　＝８０　ｋＡ；而一般单断点　ＭＣＣＢ开断能力在６９０　Ｖ时，　最高也不超过　２０　ｋＡ。光伏系统和其他应用需要直流开断，而双　断点ＭＣＣＢ在这方面有很高的性能。又如取额　定电流为２５０　Ａ的断路器作比较，双断点产品中　Ｔｍａｘ系列的Ｔ４一Ｌ和ＴＳ系列的ＴＳ．Ｌ型，当直流　现为出现了新的高性能、双断点断路器，以满足新　能源的要求。通过提高单断点断路器的开断性能　也能满足一般配电系统的需求，做到物尽其用。　小尺寸、经济型的断路器产品适用于二级配电系　统，节材又节能。　１　新的双断点ＭＣＣＢ　自２０世纪９０年代中期，施耐德公司ＮＳ系列　旋转双断点ＭＣＣＢ推出以来，由于其高分断能力　而引起了国内外各家公司的重视。国际上，大多　２５０　Ｖ时都能开断Ｉｃ　＝１００　ｋＡ。上述２种直流断　路器与国内外性能较好的单断点ＭＣＣＢ１和　ＭＣＣＢ２开断性能对比如图１所示。　在此形势下，由于日本的成套电器安装规程只　允许断路器深度尺寸为６８　ｍｍ。原先是采用单断　数低压电器公司都推出了这类产品，如ＡＢＢ公司　点加限流头的方案来实现高分断，最近Ｅｔ本三菱公　司采用上进线静导电回路（即接线端到静触头的导　Ｔｍａｘ、ＬＳ公司的ＴＳ、Ｍｏｅｌｌｅｒ公司的ＮＺＭ等系列，　分断能力在３８０／４１５　Ｖ条件下都可达到额定极限　分断电流Ｉｓ　＝额定运行分断电流，。　＝１５０　ｋＡ。特　别是Ｔｍａｘ系列，更是达到了　＝，ｃ　＝２００　ｋＡ。近　电回路）技术克服了这一技术难题¨　。三菱公司　新推出的ＷＳ．Ｖ系列２５０　Ｖ双断点ＭＣＣＢ结构如图　２所示。图２中，静导电回路进线由上部通过２个　——１——　・综述・　低压电器（２０１３Ｎｏ．４）　和灭弧系统产生的金属颗粒及游离气体进入操作　艺和检测手段都较单断点复杂，并且在较低短路　电流开断过程中易产生触头回落现象，加上一般　机构和脱扣器部分，影响其绝缘性能和正常操作。　触头和灭弧系统中放置产气材料，开断过程中电　弧高温侵蚀产气材料，使其产生含氢的气体，一方　面冷却电弧，另一方面产生强烈气吹，驱动电弧进　入灭弧室，提高电流过零时弧隙的介质恢复强度。　但引入产气材料会引起灭弧室内气压升高，若外　配电系统并不需要这样高的开断能力，因而提升　单断点ＭＣＣＢ的开断能力，满足大部分配电系统　的需求，也是一种符合当前节能减排需要的合理　做法。目前不少大公司都在研发高分断单断点　ＭＣＣＢ　Ｌ５－６ｊ。现在几个公司２５０　Ａ新型单断点　壳强度不够，会造成外壳破裂。为了在提升开断　ＭＣＣＢ的开断能力数据如表１所示。　性能的同时，尽可能不引起过高的灭弧室压力，三　菱公司制作了２种结构的双断点灭弧室模型，即　桥式和叉式双断点。试验时，计及模型外形尺寸　和采取相同的触头间隙ｇ、出气口直径（即ｄ＝　１０　ｍｍ），并在ＡＣ　６００　Ｖ、预期电流１０　ｋＡ和功率　因数０．２４下进行，保证在电流第一个半波过零时　不击穿的为成功开断，得出成功开断时桥式双断　点压力为０．２８　ＭＰａ，而叉式双断点为０．８０　ＭＰａ，　两者压力比近似为１：３，由此可以认为桥式双断　点（如图５所示）为较好的方案。　飞　电极　压力测量　灭弧室深度Ｄ＝Ｉ７　（ａ）桥式双断点　ｇ　压力测量　（ｂ）叉式双断点　图５桥式与叉式双断点灭弧室模型　２　提高单断点ＭＣＣＢ的分断能力　虽然双断点ＭＣＣＢ开断能力高，但结构、工　表１　２５０Ａ新型单断点ＭＣＣＢ分断能力　由表１可见，其开断能力都已达到或超过　，　＝Ｉｏ　＝７０　ｋＡ，且　可达１００　ｋＡ。为了达到高　分断的目的，各公司采用了一些新技术，如３ＶＬ　壳架电流为１６０～１　６００　Ａ，有８个等级。其提高　分断能力主要是依据扩展的下进线静导电回路来　提高电动斥力和吹弧磁场，如图６所示。下进线　ｕ型结构主要是导体３产生了正的吹弧磁场。为　了加长导体３，３ＶＬ的设计是把ｕ型静导电回路　放在机构下部，形成扩展的下进线结构。这种断　路器的一个特点是采用七巧板的组合式，可通过　部件组装，满足各种用户需求。这样，还可减少分　部件库存量，节省供货时间和成本。　脱扣器　Ｉ　Ｉ　ｆ　导磁体　Ｊ　Ｉ　图６西门子公司ＶＬ系列的扩展Ｆ进线结构　Ｍｏｅｌｌｅｒ公司在推出双断点ＮＺＭ系列的同　时又推出单断点ＬＺＭ新系列，额定电流提高至　６３０　Ａ。它采用上进线静导电回路来加强磁场和　电动斥力，以提高开断性能。１３本三菱公司推　出新系列ＷＳ．Ｖ，目前只做到２５０　Ａ规格。其超　限流Ｒ型采用上述的双断点结构，其他标准ｓ　一　一　低压电器（２０１３Ｎｏ．４）　・综述・　型和高分断Ｈ型采用扩展冲击槽式加速器的开　断技术，结构上就是把上进线静导电回路和由　绝缘产气材料的窄缝结合起来，后者增加了气　吹作用。所谓扩展，就是把上进线部分加长，如　图７所示。采用这种结构后，限流开断性能较　国内外几种２５０　Ａ经济型产品的技术规　格　加　如表２所示。从尺寸上看，其Ｄ只有　６０　ｍｍ，是目前ＭＣＣＢ产品中最小尺寸。　表２国内外２５０　Ａ几种经济型产品的技术规格　原来ＷＳ系列提高，限流峰值降低１０％。Ｅａｔｏｎ　公司提高单断点开断能力的方法是采用电机槽　式开断技术。　这种断路器开断ｌ生能分成三级：２５、３５、５０　ｋＡ，　如施耐德公司的ＥＡＳＹ系列，壳架电流有１００、２５０、　４００、６５０　ｋＡ　４种，包括配电、漏电、电动机保护等完　善的保护形式，脱扣器有热一磁式也有电子式。电　子式有三段保护，具有以下３方面特点：　（１）规格不多，保护功能齐全，造型简单；　（２）使用方便，有多种操作方式；　图７三菱公司ＷＳ　Ｖ系列的扩展冲击槽式加速器　（３）安装形式多样，多附件，可上、下进线及　各种位置安装。　３　小尺寸、经济型断路器　当前，应用于二级配电系统的主要是建筑、住　它与一般ＭＣＣＢ不同，既有合理开断性能，又　可以上、下进线而不影响开断。在触头吹弧系统设　计方面有一些特点，用绝缘材料遮住栅片腿部，可　形成窄缝，加强对电弧的冷却，并减少电弧对栅片　宅小区、小型工商企业等需要大量价廉物美的低　压断路器，特别是我国在这方面发展特别快，如把　结构复杂的双断点断路器做成经济型，就能物尽　其用。因此，开发小尺寸、经济型、开断能力适中　腿部侵蚀而产生对电弧不利的金属蒸气。它的动　触头有卡住机构，可防止触头斥开后返回。施耐德　公司ＥＺＤ系列经济产品的技术规格如表３所示。　的ＭＣＣＢ也是各大公司关注的方向。　表３施耐德公司ＥＺＤ系列ＭＣＣＢ技术数据　最近，ＡＢＢ公司也相应推出了小尺寸、经济　简单，方便选择和订购；多种附件可选；深度尺寸　大大减小；５０　ｏＣ环境温度下无需降容；电源可上　进线或下进线；可多方位安装，水平、垂直和侧躺　都可以。　型ＦＯＲＭＵＬＡ系列ＭＣＣＢ，分成Ａ１、Ａ２和Ａ３　３种　壳架，分别对应于额定电流１２５、２５０和６３０　Ａ，其　技术数据如表４所示。　它的特点与施耐德系列相似，主要是：配置　——（下转第２３页）　ｄ——　・智能电器・　低压电器（２０１３Ｎｏ．４）　（Ａ３　ｓｉｎ０）＝ｓｉｎ０Ｔ（Ａ３）＋Ａ３ｃｏｓ０Ｔ（０）　关尺寸化为上、下偏差对称分布的微分计算方法　代入各数值，得Ｔ（Ａ　）＝０，Ｔ（Ａ　）：０．０４　ｍｍ，　（Ａ２ｃｏｓ０）＝０．５３　ＮＩＢ，Ｔ（Ａ３ｓｉｎ０）＝０．１８　ｍｍ。　对ＭＣＣＢ跳扣的再扣量公差进行计算，可方便地　计算两长度尺寸之间夹角变化对计算结果产生的　在用统计法计算公差时，需将公差转化为上、　下偏差对称分布。令ｄ，＝±Ｔ（Ａ　）：±０．０２　ｍｍ，　ｄ８＝土Ｔ（Ａ２ｃｏｓＯ）＝４－０．２６　ｍｍ，ｄ９＝４－Ｔ（Ａ３ｓｉｎ０）＝　影响。该计算方法为跳扣再扣量尺寸设计和公差　分配提供了有效指导。结合该方法，使工程技术　人员进行操作机构的优化设计成为可能。　±０．０９　ｍｍ。统计公差ｄ＝４－１．５　Ｘ￣／∑　：ｌｄ　＝　±０．４４　ｍｍ，即　＝０．６０±０．４４　ｍｍ。可见，公差太大。　【参考文献】　［１］　王东亚，陈德桂．塑壳断路器滑扣现象的仿真分析　［Ｊ］．低压电器，２００６（５）：３－８．　为此，可调整Ａ，一Ａ　的公差值，使算得的公差在　要求的范围之内。例如，当Ａ　＝６．５０　４－０．０４　ｍｍ，　Ａ２＝４８．００±０．０７　ｈｉｍ，Ａ３＝７．００　４－０．０４　ｍｍ，Ａ４＝　４４．４０　ｍｍ，Ａ５＝６．１０　４－０．０９　ｍｍ，Ａ６＝１８．００－４－　［２］　成刚虎，乔城泰．平面尺寸链的解算［Ｊ］．机械工艺　师，１９９５（７）：２７－２９．　［３］余祖西，叶海潮，肖洁，等．一种基于平面尺寸链的　定位误差计算方法［Ｊ］．工具技术，２０１０（１２）：　３９．４２．　ｒＬ　０．０５　ｍｍ，Ａ　＝４．４０　４－０．０２　ｍｍ时，计算得ｄ＝　０．３０　ｍｍ，Ａ　＝０．６０　４－０．３０　ｍｍ，满足设计要求。　３　１Ｊ３　结　语　本文提出的ＭＣＣＢ再扣量公差计算方法，不　必把平面尺寸链转化为线性尺寸链。采用将各有　［４］顾建青，管瑞良，刘洪武，等．塑料外壳式断路器再　扣操作力矩的分析和设计［Ｊ］．低压电器，２０１１（２）：　１０—１４．　收稿日期：２０１２—１２—１　１　４　结　语　节能减排推动低压ＭＣＣＢ有以下３个方面的　发展动态：　（１）为了满足新能源发展需要，双断点　ＭＣＣＢ又有新的进展；　ｖｌｕｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｍｏｕｌｄｅｄ　ｃａｓｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｒｅａｋｅｒ『Ｊ］．　Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃ　Ａｄｖａｎｃｅ，２０１　１（１３３）：６．８．　ＴＡＮＩＢＥ　Ｔ，ＴＡＫＡＨＡＳＨＩ　Ｓ．ＵＬ４８９　ｌｉｓｔｅｄ　ｍｏｕｌｄｅｄ　ｃａｓｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｒｅａｋｅｒ“ＳＲＵ／ＨＲＵ”ｓｅｉｒｅｓ『Ｊ］．Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ａｄｖａｎｃｅ，２００５（１１０）：１５—１７．　Ｍ１ＴＳＵＨＡＳＩ－Ｉ／Ｔ．Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｎ　ｂｒｅａｋｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔ３Ａ８９　ｌｉｓｔｅｄ　ｃｏｍｐａｃｔ　ｃｉｍｍｔ　ｂｒｅａｋｅｒｓ　ｏｆ　ＳＲＵ／ＨＲＵ　ｓｅｒｉｅｓ　（２）提高单断点断路器的开断性能，以满足　一般配电系统的需要，以便做到物尽其用；　（３）开发小尺寸、经济型产品，既满足二级配　电系统需求，又能节省材料和加工成本。　［Ｊ］．Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ａｄｖａｎｃｅ，２Ｏ０５（１１０）：ｌ８—２Ｉ）．　西门子公司．３　ＶＬ塑壳断路器技术资料　［Ｇ］．２０１２．　Ｍｏｅｌｌｅｒ公司．ＬＺＭ系列和Ｅａｔｏｎ公司Ｇ系列塑壳　【参考文献】　［１］　ＫＯＨＵＲＡ　Ｋ　１．＿ｐｅ　ｌⅢ硼Ｏｅ　ａ盯踟卜ｌｉｒ￣ｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｆｏｒ“ＷＳ—Ｖ　ｓｅｒｉｅｓ”ｕｓｉｎｇ　ｄｏｕｂｌｅ—ｂｒｅａｋ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．　Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃ　Ａｄｖａｎｃｅ，２０１１（１３３）：１２—１５．　断路器技术资料［Ｇ］．２０１２．　施耐德公司．ＥＺＤ型壳断路器技术资料［Ｇ］．２０１２．　ＡＢＢ公司．塑壳断路器ＦＯＲＵＣＬＡ技术资料　［Ｇ］．２０１２．　常熟开关厂．ＣＭ３、ＣＭ５产品说明书［Ｇ］．２０１２．　Ｌｓ公司．低压综合样本［Ｇ］．２０１２．　收稿日期：２０１３—０１—１５　—［２］　ＦＵＳＨＩＭＩ　Ｍ，ＫＵＲＯＳＡＫＩ　Ｔ．Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　２３—