熱磁式塑殼斷路器可調脫扣應用

周漢勤 武軍亮

【摘 要】借助有限元軟件對塑殼斷路器的磁脫扣器進行了分析和設計研究。介紹了磁脫扣器在設計過程中的關鍵參數及注意事項。重點通過調整銜鐵、磁軛的厚度，銜鐵與磁軛的夾角以及減少消極磁場等，獲得更好的脫扣特性

【關鍵詞】塑殼斷路器；雙斷點觸頭系統；電子脫扣器；

引言

塑殼斷路器（Moulded Case Circuit Breaker，MCCB）是低壓配電中的重要元件，起到過載、短路等多種保護功能。磁脫扣器作為短路保護的執行單元，當線路中發生短路故障時，能快速地切斷電路，實現短路保護功能。傳統的磁脫扣器主要有線圈式和拍合式2種。相比較而言，拍合式磁脫扣器一般直接將母排作為勵磁線圈，因此基本只有一匝線圈，而線圈式磁脫扣器可以根據不同的電流規格采用不同的線圈匝數；拍合式磁脫扣器多用在規格較大的斷路器中，線圈式磁脫扣器多用在額定電流較小的斷路器中。

塑殼斷路器能夠在電流超過跳脫設定后自動切斷電流。塑殼指的是用塑料絕緣體來作為裝置的外殼，用來隔離導體之間以及接地金屬部分。塑殼斷路器通常含有熱磁跳脫單元，而大型號的塑殼斷路器會配備固態跳脫傳感器。其脫扣單元分為：熱磁脫扣與電子脫扣器。常用的，額定電流共有以下幾種15 25 30 40 50 60 75 80 100 125 160 200 225 250 315 350 400 500 630A。

1 塑殼斷路器的概況：

塑殼斷路器也被稱為裝置式斷路器，所有的零件都密封于塑料外殼中，輔助觸點，欠電壓脫扣器以及分勵脫扣器等多采用模塊化。由于結構非常緊湊，塑殼斷路器基本無法檢修。其多采用手動操作，大容量可選擇電動分合。由于電子式過電流脫扣器的應用，塑殼斷路器也可分為A類和B類兩種，B類具有良好的三段保護特性，但由于價格因素，采用熱磁式脫扣器的A類產品的市場占有率更高。塑殼斷路器是將觸頭、滅弧室、脫扣器和操作機構等都裝在一個塑料外殼內，一般不考慮維修，適用于作支路的保護開關，過電流脫扣器有熱磁式和電子式兩種，一般熱磁式塑殼斷路器為非選擇性斷路器，僅有過載長延時及短路瞬時兩種保護方式，電子式塑殼斷路器有過載長延時、短路短延時、短路瞬時和接地故障四種保護功能。

2 磁脫扣器的技術要點

2.1動作時間

在設計過程中，要求磁脫扣器的動作時間盡可能短，以實現快速保護。同時，減少動作時間，可有效地提高斷路器的分斷性能。在短路分斷過程中，磁脫扣器觸發機構解鎖，從而使觸頭機構動作，如果磁脫扣器動作更快，就意味著觸頭可以更快打開，提高限流能力，達到提高分斷性能的效果。另外，在分斷過程中，分斷時間一般由觸頭斥開時間、磁脫扣器動作時間、操作機構動作時間、觸頭機構動作時間組成，合理地調整各部分時間，是避免在分斷過程中觸頭發生跌落的關鍵。減少磁脫扣時間，可以有效地避免分斷過程中的觸頭跌落，達到提高分斷性能的效果。

2.2短路整定電流

對于短路整定電流值Ii，在GB14048.2—2008[4]中只要求當試驗電流在（80%～120%）Ii時，瞬時脫扣器在0.2s內動作。具體的短路整定電流由制造商規定。目前，大部分制造商的標準整定值一般為10In，但對于小電流的產品（如<50A），一般很難做到Ii=10In。對于小電流的產品，短路整定電流需要特殊處理，同時還會影響熱脫扣器、觸頭系統的設計。

3 塑殼斷路器的主要參數

⑴額定電壓

斷路器銘牌上的額定電壓是指斷路器主觸頭的額定電壓，是保證接觸器觸頭長期正常工作的電壓值。

（2）額定電流

接觸器銘牌上的額定電流是指路器主觸頭的額定電流，是保證接觸器觸頭長期正常工作的電流值。

⑶脫扣電流

脫扣電流是使過電流脫扣器動作的電流設定值，當電路短路或負載嚴重超載，負載電流大于脫扣電流時，斷路器主觸頭分斷。

⑷過載保護電流、時間曲線

過載保護電流、時間曲線，為反時限特性曲線，過載電流越大，熱脫扣器動作的時間就越短。

⑸欠電壓脫扣器線圈的額定電壓

欠電壓脫扣器線圈的額定電壓一定要等于線路額定電壓。

⑹分勵脫扣器線圈的額定電壓

分勵脫扣器線圈的額定電壓一定要等于控制控制電源電壓。

⑺額定極限短路分斷能力Icu

斷路器的分斷能力指標有兩種：額定極限短路分斷能力Icu和額定運行短路分斷能力Ics。額定極限短路分斷能力Icu，是斷路器分斷能力極限參數，分斷幾次短路故障后，斷路器分斷能力將有所下降。額定運行短路分斷能力Ics，是斷路器的一種分斷指標，即分斷幾次短路故障后，還能保證其正常工作。

對塑殼式斷路器而言， Ics只要大于25%Icu就算合格，目前市場上斷路器的Ics大多數在（50%—75%）Icu之間。

⑻限流分斷能力

限流分斷能力是指電路發生短路時，斷路器跳閘時限制故障電流的能力。電路發生短路時，斷路器觸頭快速打開，產生電弧，相當于在線路中串入1個迅速增加的電弧電阻，從而限制了故障電流的增加，降低了短路電流的電磁效應、電動效應和熱效應對斷路器和用電設備的不良影響，延長斷路器的使用壽命。斷路器斷開時間越短，限流效果就越好，Ics就越接近Icu。

3 新一代塑殼斷路器技術發展動向

國外新一代塑殼斷路器在產品結構、觸頭滅弧系統和脫扣器技術等方面取得了較大的突破，使產品的綜合技術經濟指標有了較大提高。

3.1新型雙斷點觸頭系統

雙斷點觸頭系統增加了一個斷點，加強了短弧的近陰極效應，具有較高的電弧電壓，可提高短路分斷能力。該系統在機械結構上避免了軟連接或可轉動的導電連接，提高了機械和電氣可靠性，在新一代塑殼斷路器中得到了廣泛的應用。Schneider的NS、Moeller公司的NZM、ABB公司的Tmax、GE公司的RecordPlus等系列均采用了雙斷點觸頭系統技術。新型雙斷點觸頭系統一般采用轉動式結構，早期也采用叉式雙斷點結構。

3.2動觸頭卡住機構

采用觸頭卡住機構再配合快速動作的操作機構，可使斷路器的分斷速度控制在幾毫秒內，大大提高了分斷速度與敞開式結構相比，封閉式觸頭滅弧系統具有如下優點：（1）防止短路分斷時產生的金屬粒子噴濺到操作機構，造成機構卡死或使動、靜觸頭彈簧退火。（2）防止電弧反吹而不能進入滅弧室，影響短路電流分斷。（3）利用電弧在封閉空間產生的壓力形成的強大氣流，加速電弧冷卻和噴射，使電弧迅速熄滅。

3.3電子脫扣器在新一代塑殼斷路器上的應用

電子脫扣器是微電子、計算機和通信技術的結合，具有傳統熱磁脫扣器不可比擬的優勢。例如：脫扣特性穩定，不受環境溫度及氣候的影響；脫扣電流和時間的精度較高；整定電流可調，并可設置不同的特性曲線以適應各種負載保護的要求；電子脫扣器可以派生通信功能，實現網絡化控制，還可派生區域連鎖、電量監控及電能分析等輔助功能。各公司的新一代塑殼斷路器均可安裝電子脫扣器，并逐漸向160A及以下的小容量額定電流殼架發展。由于經濟原因，目前大部分公司160A殼架電流及以下的塑殼斷路器仍采用可調式熱磁脫扣器；殼架電流250A及以上可安裝電子脫扣器也可安裝熱磁脫扣器；殼架電流630A或800A以上的大容量塑殼斷路器一般均設計成只能安裝電子式脫扣器，但用于直流電路的斷路器，因電流信號檢測的原因，仍采用熱磁式脫扣器（如ABB公司的TmaxT5和T6及Schneider公司的NS系列等）。

【參考文獻】

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