新一代塑殼斷路器的現狀和發(fā)展動向

1、新一代塑殼斷路器的現狀和發(fā)展動向1引言一些國際著名的電氣公司從 20世紀90年代中后期開始開發(fā)新一代塑殼斷路器，至今新一代塑殼斷路器已基本完成了對老產品的更新?lián)Q代工作。新一代塑殼斷路器的綜合技術經濟指標較老產品有了較大的提高。總體開發(fā)思路是：最大限度地滿足整個配電系統(tǒng)的需要，不盲目追求高指標，在提高技 術指標的同時考慮系統(tǒng)的適用性、安全性、可靠性和經濟性。新一代塑殼斷路器具有完善的額定電流 系列，額定電流可調，與框架斷路器一起能提供從幾十安培至幾千安培的配電系統(tǒng)整體解決方案。2新一代塑殼斷路器的型及其技術性能指標新一代塑殼斷路器的型號及其技術指標如附表所示。由附表可知，大部分新一代塑殼斷路器已

2、形 成了完整的系列。Schneider公司的NS系列最大殼架額定電流已達 3.2kA ,是目前額定電流最大的塑 殼斷路器。ABB公司的TmaxT4的額定極限短路分斷能力最大可達 200 kA。新一代塑殼斷路器大部分 殼架等級的額定運行短路分斷能力 Ics與額定極限短路分斷能力Icu相同，大大提高了短路分斷的可 靠性。3新一代塑殼斷路器技術發(fā)展動向3.1 新型雙斷點觸頭系統(tǒng)雙斷點觸頭系統(tǒng)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(tǒng)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。新型雙斷點觸頭系

3、統(tǒng)一般采用轉動式結構，早期也采用叉式雙斷點結構。從結構上看，叉式結構 2個 斷點斥力所產生的轉矩不對稱，轉動磨擦阻力較大，相同條件下分斷速度沒有轉動式結構快。同時，叉式結構2斷點間滅弧室的隔離也較難實現，不易采用氣壓原理提高吹弧能力。因此，ABB5£設計Tmax T4、T5和T6時也采用了轉動式雙斷點結構。3.2 動觸頭卡住機構塑殼斷路器一般采用限流分斷原理，利用短路電流流過觸點產生的電動力使觸頭迅速斥開，引入 電弧，限制短路電流上升。為防止交流電流過零時觸頭重新閉合，有的斷路器專門設計了觸頭斥開的 卡住機構，使觸頭斥開后卡在斥開位置，待操作機構動作后才使卡住機構解鎖。采用觸頭卡住機

4、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。3.3 封閉式觸頭滅弧系統(tǒng)新一代塑殼斷路器的觸頭滅弧系統(tǒng)基本采用封閉式設計結構，將動、靜 觸頭和滅弧室一起用耐弧的塑料材料封閉，形成一個封閉式的結構。新一代塑殼斷路器有兩種封閉式結構：(1)三極的觸頭滅弧系統(tǒng)封閉在一個外殼中，但每一極是完全隔開的，如 Moeller公司的NZM3(2)每一極的觸頭滅弧系統(tǒng)單獨地形成一個單元，如 Mitsubishi公司的WS225與敞開式結構相比，封閉式觸頭滅弧系統(tǒng)具有如下優(yōu)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

5、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。(4)利用電弧產生的強大氣流加速觸頭斥開，或打擊脫扣桿使機構迅速動作，加速電弧熄滅。封閉式 觸頭滅弧系統(tǒng)不僅提高了短路分斷能力，且能做到Icu=Ics ,提高了短路分斷的可靠性。3.4 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(tǒng)熱磁脫扣器不可比擬的優(yōu)勢。例如：脫扣特性穩(wěn)定，不受環(huán)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

6、化控制，還可派生區(qū)域聯(lián)鎖、電量監(jiān)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160 A及以下的小容量額定電流殼架發(fā)展。由于經濟原因，目前大部分公司 160 A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250 A及以上可安裝電子脫扣器也可安裝熱磁脫扣器；殼架電流630 A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AB盼司的TmaxT麗T6及Schneider公司的NS系列等)。近年來，塑殼斷路器電子脫扣器技術有了新的發(fā)展。ABB公司推出了超越區(qū)域選擇性的電

7、子控制器PR223EF將塑殼斷路器的限流性能與選擇性完美地結合在一起。PR223EFT以安裝在250800 A殼架的塑殼斷路器上，該控制器在電路中采用了早期故障檢測和 阻斷(EFDP)運算法則實現快速區(qū)域聯(lián)鎖，可在 300as內早期預測短路電流，并結合斷路器的快速驅 動和斷開機構(Tmax系列的分斷時間在56 m s以下)，使PR223E喂供的總脫扣和聯(lián)鎖時間約 為10 ms,因而裝有PR223EF的塑殼斷路器能在100 kA及以下電流范圍內實現選擇性。3.5 可通信塑殼斷路器采用電子脫扣器的新一代塑殼斷路器均可派生通信功能，實現網絡控制。通信一般采用分開的通 信適配器(或稱數據管理接口)與通

8、信系統(tǒng)連接。如Siemens的VL系列可通過斷路器數據適配器(BDA) 與計算機連接，通過加強型數據適配器(BDA Plus)與以太網連接，通過COM10Profibus模塊與Profibus 現場總線連接等。可通信斷路器與現場總線系統(tǒng)連接時，大公司往往推行自己的協(xié)議。中小公司不具 備獨立開發(fā)協(xié)議的能力，就采用大公司或總線組織的公開協(xié)議。如Moeller公司的NZM系列塑殼斷路器采用數據管理接口 (DMI)和接口模塊與總線系統(tǒng)連接。DMI 可顯示實測電流、故障電流及斷路器狀態(tài)等，通過更換不同的接口模塊，NZM能與Profibus >DeviceNet 等不同的總線系統(tǒng)連接。我國的 SA和

9、CM1等系列塑殼斷路器所采用的通信適配器通信方式與 Moeller公司所采用的通信接模塊相似，說明在當前多總線并存的情況下，采用外接通信接口的方式 對可通信塑殼斷路器是一種經濟、實用和靈活的系統(tǒng)接入方式，并逐步得到中小企業(yè)的認可。3.6 模塊化結構設計新一代塑殼斷路器的結構普遍采用模塊化設計，除封閉式觸頭系統(tǒng)外，過電流脫扣器也普遍采用 模塊化設計。熱磁式脫扣器或電子式脫扣器均設計了可更換的脫扣器模塊，不打開蓋子就可方便地更換脫扣器，以適應各種用戶的需要、降低制造成本。3.7 附件的擴展和標準化新一代塑殼斷路器提供了豐富的內部和外部附件。內部附件均采用盒式結構，用戶不需打開蓋子 就可更換內部附件

10、，安裝方便、靈活、安全。內部附件趨向標準化，除了通常的電動操作機構、插入 式安裝基座和各種操作手柄外，有些公司的外部附件還提供母線連接與安裝一體的適配器及可柔性安 裝的聯(lián)鎖機構等附件，以適應配電柜標準化設計的要求。3.8 接地故障保護功能和剩余電流保護功能采用電子脫扣器的新一代塑殼式斷路器均具有接地 故障保護功能，其特點為：(1)用過電流互感器檢測電流信號。(2)用微型處理器對相線和 N線的電流互感器信號進行處理和運算，計算接地故障電流。接地故 障動作電流為額定電流的20%80%主要用于相線金屬性接地故障的保護。新一代塑殼斷路器均可提供剩余電流保護，在結構上一般采用兩種方式：(1)攣生式結構的

11、斷路器。以日本三菱、富士等公司為代表的采用內置式剩余電流模塊。塑殼斷 路器與剩余電流斷路器的外形和安裝尺寸完全一樣，故稱為攣生式斷路器。該型式的剩余電流斷路器的體積較小，更換方便。（2）拼裝式剩余電流斷路器。以歐洲Siemens、ABB Schneider等公司為代表，在塑殼斷路器上拼裝剩余電流模塊構成剩余電流斷路器。乘馀電流模塊作為塑殼斷路器的外部附件供貨，乘馀電流模塊與斷路器有垂直式（裝在斷路器底部）和水平式（裝在斷路器底側面）兩種拼裝方式。新一代塑殼斷路 器派生剩余電流斷路器大部分采用垂直拼裝方式。除了 AC型和A型剩余電流模塊外，近年來還開發(fā)了能檢測平滑直流電流的 B型剩余電流模塊如

12、ABB公司的RC22肝口 Moeller公司的RCD莫塊。B型 剩余電流保護的塑殼斷路器能在交流故障電流 （包才1kHz及以下交流故障電流）、脈動直流故障電流 和平滑直流故障電流的條件下正確動作。ABB公司的B型剩余電流斷路器還可針對各種不同的頻率的交流故障電流設定靈敏度，以適應不同的使用場合頻率的需要。3.9 操作機構操作機構的快速動作對提高分斷能力至關重要。綜合分析各公司的操作機構，基本結構仍然是彈 簧儲能的連桿機構，但從以下幾方面進行了改進，提高了機構的分斷速度和機械壽命：（1）明顯加長了跳扣轉動軸心至鎖扣面端點的尺寸，尤其是大幅度加長了跳扣轉動軸心至跳扣與連桿接銷軸心的尺寸，同時適當增加了彈簧的儲能。一旦跳扣解扣，在從四連桿機構轉化為五連桿機 構的過程中，提高了上連桿繞跳扣轉動軸心轉動及繞上連桿與跳扣聯(lián)結銷軸心轉動的角速度，同時還大大提高了連桿對動觸頭分閘的提拉力，顯著提高了斷開速度。（2）通過簡化機構各構件的形狀及增加工藝孔等措施，盡可能降低跳扣和連桿等零件的質量，減 小機構的運動慣量，提高分斷速度。（3）提高制造工藝，保證了構件尺寸精度和配合精度，減小滑動部位的磨擦力和脫扣力，提高機 構脫扣速度。3.10 采用環(huán)保材料新一代塑殼斷路器在設計、制造直至使用的整個過程中充分考慮