热磁式塑壳断路器可调脱扣应用

周汉勤 武军亮

【摘 要】借助有限元软件对塑壳断路器的磁脱扣器进行了分析和设计研究。介绍了磁脱扣器在设计过程中的关键参数及注意事项。重点通过调整衔铁、磁轭的厚度，衔铁与磁轭的夹角以及减少消极磁场等，获得更好的脱扣特性

【关键词】塑壳断路器；双断点触头系统；电子脱扣器；

引言

塑壳断路器（Moulded Case Circuit Breaker，MCCB）是低压配电中的重要元件，起到过载、短路等多种保护功能。磁脱扣器作为短路保护的执行单元，当线路中发生短路故障时，能快速地切断电路，实现短路保护功能。传统的磁脱扣器主要有线圈式和拍合式2种。相比较而言，拍合式磁脱扣器一般直接将母排作为励磁线圈，因此基本只有一匝线圈，而线圈式磁脱扣器可以根据不同的电流规格采用不同的线圈匝数；拍合式磁脱扣器多用在规格较大的断路器中，线圈式磁脱扣器多用在额定电流较小的断路器中。

塑壳断路器能够在电流超过跳脱设定后自动切断电流。塑壳指的是用塑料绝缘体来作为装置的外壳，用来隔离导体之间以及接地金属部分。塑壳断路器通常含有热磁跳脱单元，而大型号的塑壳断路器会配备固态跳脱传感器。其脱扣单元分为：热磁脱扣与电子脱扣器。常用的，额定电流共有以下几种15 25 30 40 50 60 75 80 100 125 160 200 225 250 315 350 400 500 630A。

1 塑壳断路器的概况：

塑壳断路器也被称为装置式断路器，所有的零件都密封于塑料外壳中，辅助触点，欠电压脱扣器以及分励脱扣器等多采用模块化。由于结构非常紧凑，塑壳断路器基本无法检修。其多采用手动操作，大容量可选择电动分合。由于电子式过电流脱扣器的应用，塑壳断路器也可分为A类和B类两种，B类具有良好的三段保护特性，但由于价格因素，采用热磁式脱扣器的A类产品的市场占有率更高。塑壳断路器是将触头、灭弧室、脱扣器和操作机构等都装在一个塑料外壳内，一般不考虑维修，适用于作支路的保护开关，过电流脱扣器有热磁式和电子式两种，一般热磁式塑壳断路器为非选择性断路器，仅有过载长延时及短路瞬时两种保护方式，电子式塑壳断路器有过载长延时、短路短延时、短路瞬时和接地故障四种保护功能。

2 磁脱扣器的技术要点

2.1动作时间

在设计过程中，要求磁脱扣器的动作时间尽可能短，以实现快速保护。同时，减少动作时间，可有效地提高断路器的分断性能。在短路分断过程中，磁脱扣器触发机构解锁，从而使触头机构动作，如果磁脱扣器动作更快，就意味着触头可以更快打开，提高限流能力，达到提高分断性能的效果。另外，在分断过程中，分断时间一般由触头斥开时间、磁脱扣器动作时间、操作机构动作时间、触头机构动作时间组成，合理地调整各部分时间，是避免在分断过程中触头发生跌落的关键。减少磁脱扣时间，可以有效地避免分断过程中的触头跌落，达到提高分断性能的效果。

2.2短路整定电流

对于短路整定电流值Ii，在GB14048.2—2008[4]中只要求当试验电流在（80%～120%）Ii时，瞬时脱扣器在0.2s内动作。具体的短路整定电流由制造商规定。目前，大部分制造商的标准整定值一般为10In，但对于小电流的产品（如<50A），一般很难做到Ii=10In。对于小电流的产品，短路整定电流需要特殊处理，同时还会影响热脱扣器、触头系统的设计。

3 塑壳断路器的主要参数

⑴额定电压

断路器铭牌上的额定电压是指断路器主触头的额定电压，是保证接触器触头长期正常工作的电压值。

（2）额定电流

接触器铭牌上的额定电流是指路器主触头的额定电流，是保证接触器触头长期正常工作的电流值。

⑶脱扣电流

脱扣电流是使过电流脱扣器动作的电流设定值，当电路短路或负载严重超载，负载电流大于脱扣电流时，断路器主触头分断。

⑷过载保护电流、时间曲线

过载保护电流、时间曲线，为反时限特性曲线，过载电流越大，热脱扣器动作的时间就越短。

⑸欠电压脱扣器线圈的额定电压

欠电压脱扣器线圈的额定电压一定要等于线路额定电压。

⑹分励脱扣器线圈的额定电压

分励脱扣器线圈的额定电压一定要等于控制控制电源电压。

⑺额定极限短路分断能力Icu

断路器的分断能力指标有两种：额定极限短路分断能力Icu和额定运行短路分断能力Ics。额定极限短路分断能力Icu，是断路器分断能力极限参数，分断几次短路故障后，断路器分断能力将有所下降。额定运行短路分断能力Ics，是断路器的一种分断指标，即分断几次短路故障后，还能保证其正常工作。

对塑壳式断路器而言， Ics只要大于25%Icu就算合格，目前市场上断路器的Ics大多数在（50%—75%）Icu之间。

⑻限流分断能力

限流分断能力是指电路发生短路时，断路器跳闸时限制故障电流的能力。电路发生短路时，断路器触头快速打开，产生电弧，相当于在线路中串入1个迅速增加的电弧电阻，从而限制了故障电流的增加，降低了短路电流的电磁效应、电动效应和热效应对断路器和用电设备的不良影响，延长断路器的使用寿命。断路器断开时间越短，限流效果就越好，Ics就越接近Icu。

3 新一代塑壳断路器技术发展动向

国外新一代塑壳断路器在产品结构、触头灭弧系统和脱扣器技术等方面取得了较大的突破，使产品的综合技术经济指标有了较大提高。

3.1新型双断点触头系统

双断点触头系统增加了一个断点，加强了短弧的近阴极效应，具有较高的电弧电压，可提高短路分断能力。该系统在机械结构上避免了软连接或可转动的导电连接，提高了机械和电气可靠性，在新一代塑壳断路器中得到了广泛的应用。Schneider的NS、Moeller公司的NZM、ABB公司的Tmax、GE公司的RecordPlus等系列均采用了双断点触头系统技术。新型双断点触头系统一般采用转动式结构，早期也采用叉式双断点结构。

3.2动触头卡住机构

采用触头卡住机构再配合快速动作的操作机构，可使断路器的分断速度控制在几毫秒内，大大提高了分断速度与敞开式结构相比，封闭式触头灭弧系统具有如下优点：（1）防止短路分断时产生的金属粒子喷溅到操作机构，造成机构卡死或使动、静触头弹簧退火。（2）防止电弧反吹而不能进入灭弧室，影响短路电流分断。（3）利用电弧在封闭空间产生的压力形成的强大气流，加速电弧冷却和喷射，使电弧迅速熄灭。

3.3电子脱扣器在新一代塑壳断路器上的应用

电子脱扣器是微电子、计算机和通信技术的结合，具有传统热磁脱扣器不可比拟的优势。例如：脱扣特性稳定，不受環境温度及气候的影响；脱扣电流和时间的精度较高；整定电流可调，并可设置不同的特性曲线以适应各种负载保护的要求；电子脱扣器可以派生通信功能，实现网络化控制，还可派生区域连锁、电量监控及电能分析等辅助功能。各公司的新一代塑壳断路器均可安装电子脱扣器，并逐渐向160A及以下的小容量额定电流壳架发展。由于经济原因，目前大部分公司160A壳架电流及以下的塑壳断路器仍采用可调式热磁脱扣器；壳架电流250A及以上可安装电子脱扣器也可安装热磁脱扣器；壳架电流630A或800A以上的大容量塑壳断路器一般均设计成只能安装电子式脱扣器，但用于直流电路的断路器，因电流信号检测的原因，仍采用热磁式脱扣器（如ABB公司的TmaxT5和T6及Schneider公司的NS系列等）。

【参考文献】

[1]何瑞华，尹天文.我国低压电器行业现状与发展趋势[J].低压电器，2004，（1）：3～7；（2）：3～7.

[2]陈德桂.面向21世纪的低压电器新技术[J].低压电器，2001，（1）：3～8.