周漢勤 武軍亮

【摘 要】借助有限元軟件對(duì)塑殼斷路器的磁脫扣器進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)研究。介紹了磁脫扣器在設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)及注意事項(xiàng)。重點(diǎn)通過(guò)調(diào)整銜鐵、磁軛的厚度，銜鐵與磁軛的夾角以及減少消極磁場(chǎng)等，獲得更好的脫扣特性

【關(guān)鍵詞】塑殼斷路器；雙斷點(diǎn)觸頭系統(tǒng)；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(guò)載、短路等多種保護(hù)功能。磁脫扣器作為短路保護(hù)的執(zhí)行單元，當(dāng)線路中發(fā)生短路故障時(shí)，能快速地切斷電路，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)功能。傳統(tǒng)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(lì)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(jù)不同的電流規(guī)格采用不同的線圈匝數(shù)；拍合式磁脫扣器多用在規(guī)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(guò)跳脫設(shè)定后自動(dòng)切斷電流。塑殼指的是用塑料絕緣體來(lái)作為裝置的外殼，用來(lái)隔離導(dǎo)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(hào)的塑殼斷路器會(huì)配備固態(tài)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(diǎn)，欠電壓脫扣器以及分勵(lì)脫扣器等多采用模塊化。由于結(jié)構(gòu)非常緊湊，塑殼斷路器基本無(wú)法檢修。其多采用手動(dòng)操作，大容量可選擇電動(dòng)分合。由于電子式過(guò)電流脫扣器的應(yīng)用，塑殼斷路器也可分為A類(lèi)和B類(lèi)兩種，B類(lèi)具有良好的三段保護(hù)特性，但由于價(jià)格因素，采用熱磁式脫扣器的A類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率更高。塑殼斷路器是將觸頭、滅弧室、脫扣器和操作機(jī)構(gòu)等都裝在一個(gè)塑料外殼內(nèi)，一般不考慮維修，適用于作支路的保護(hù)開(kāi)關(guān)，過(guò)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(guò)載長(zhǎng)延時(shí)及短路瞬時(shí)兩種保護(hù)方式，電子式塑殼斷路器有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬時(shí)和接地故障四種保護(hù)功能。

2 磁脫扣器的技術(shù)要點(diǎn)

2.1動(dòng)作時(shí)間

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求磁脫扣器的動(dòng)作時(shí)間盡可能短，以實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)。同時(shí)，減少動(dòng)作時(shí)間，可有效地提高斷路器的分?jǐn)嘈阅?。在短路分?jǐn)噙^(guò)程中，磁脫扣器觸發(fā)機(jī)構(gòu)解鎖，從而使觸頭機(jī)構(gòu)動(dòng)作，如果磁脫扣器動(dòng)作更快，就意味著觸頭可以更快打開(kāi)，提高限流能力，達(dá)到提高分?jǐn)嘈阅艿男Ч?。另外，在分?jǐn)噙^(guò)程中，分?jǐn)鄷r(shí)間一般由觸頭斥開(kāi)時(shí)間、磁脫扣器動(dòng)作時(shí)間、操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間、觸頭機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間組成，合理地調(diào)整各部分時(shí)間，是避免在分?jǐn)噙^(guò)程中觸頭發(fā)生跌落的關(guān)鍵。減少磁脫扣時(shí)間，可以有效地避免分?jǐn)噙^(guò)程中的觸頭跌落，達(dá)到提高分?jǐn)嘈阅艿男Ч?/p>

2.2短路整定電流

對(duì)于短路整定電流值Ii，在GB14048.2—2008[4]中只要求當(dāng)試驗(yàn)電流在（80%～120%）Ii時(shí)，瞬時(shí)脫扣器在0.2s內(nèi)動(dòng)作。具體的短路整定電流由制造商規(guī)定。目前，大部分制造商的標(biāo)準(zhǔn)整定值一般為10In，但對(duì)于小電流的產(chǎn)品（如<50A），一般很難做到Ii=10In。對(duì)于小電流的產(chǎn)品，短路整定電流需要特殊處理，同時(shí)還會(huì)影響熱脫扣器、觸頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3 塑殼斷路器的主要參數(shù)

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(zhǎng)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(zhǎng)期正常工作的電流值。

⑶脫扣電流

脫扣電流是使過(guò)電流脫扣器動(dòng)作的電流設(shè)定值，當(dāng)電路短路或負(fù)載嚴(yán)重超載，負(fù)載電流大于脫扣電流時(shí)，斷路器主觸頭分?jǐn)唷?/p>

⑷過(guò)載保護(hù)電流、時(shí)間曲線

過(guò)載保護(hù)電流、時(shí)間曲線，為反時(shí)限特性曲線，過(guò)載電流越大，熱脫扣器動(dòng)作的時(shí)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(lì)脫扣器線圈的額定電壓

分勵(lì)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?jǐn)嗄芰cu

斷路器的分?jǐn)嗄芰χ笜?biāo)有兩種：額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu和額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰cs。額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu，是斷路器分?jǐn)嗄芰O限參數(shù)，分?jǐn)鄮状味搪饭收虾?，斷路器分?jǐn)嗄芰⒂兴陆?。額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰cs，是斷路器的一種分?jǐn)嘀笜?biāo)，即分?jǐn)鄮状味搪饭收虾螅€能保證其正常工作。

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

⑻限流分?jǐn)嗄芰?/p>

限流分?jǐn)嗄芰κ侵鸽娐钒l(fā)生短路時(shí)，斷路器跳閘時(shí)限制故障電流的能力。電路發(fā)生短路時(shí)，斷路器觸頭快速打開(kāi)，產(chǎn)生電弧，相當(dāng)于在線路中串入1個(gè)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(yīng)、電動(dòng)效應(yīng)和熱效應(yīng)對(duì)斷路器和用電設(shè)備的不良影響，延長(zhǎng)斷路器的使用壽命。斷路器斷開(kāi)時(shí)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(shù)發(fā)展動(dòng)向

國(guó)外新一代塑殼斷路器在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、觸頭滅弧系統(tǒng)和脫扣器技術(shù)等方面取得了較大的突破，使產(chǎn)品的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有了較大提高。

3.1新型雙斷點(diǎn)觸頭系統(tǒng)

雙斷點(diǎn)觸頭系統(tǒng)增加了一個(gè)斷點(diǎn)，加強(qiáng)了短弧的近陰極效應(yīng)，具有較高的電弧電壓，可提高短路分?jǐn)嗄芰?。該系統(tǒng)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上避免了軟連接或可轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)電連接，提高了機(jī)械和電氣可靠性，在新一代塑殼斷路器中得到了廣泛的應(yīng)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(diǎn)觸頭系統(tǒng)技術(shù)。新型雙斷點(diǎn)觸頭系統(tǒng)一般采用轉(zhuǎn)動(dòng)式結(jié)構(gòu)，早期也采用叉式雙斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

3.2動(dòng)觸頭卡住機(jī)構(gòu)

采用觸頭卡住機(jī)構(gòu)再配合快速動(dòng)作的操作機(jī)構(gòu)，可使斷路器的分?jǐn)嗨俣瓤刂圃趲缀撩雰?nèi)，大大提高了分?jǐn)嗨俣扰c敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)相比，封閉式觸頭滅弧系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）防止短路分?jǐn)鄷r(shí)產(chǎn)生的金屬粒子噴濺到操作機(jī)構(gòu)，造成機(jī)構(gòu)卡死或使動(dòng)、靜觸頭彈簧退火。（2）防止電弧反吹而不能進(jìn)入滅弧室，影響短路電流分?jǐn)?。?）利用電弧在封閉空間產(chǎn)生的壓力形成的強(qiáng)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(yīng)用

電子脫扣器是微電子、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的結(jié)合，具有傳統(tǒng)熱磁脫扣器不可比擬的優(yōu)勢(shì)。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(shí)間的精度較高；整定電流可調(diào)，并可設(shè)置不同的特性曲線以適應(yīng)各種負(fù)載保護(hù)的要求；電子脫扣器可以派生通信功能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制，還可派生區(qū)域連鎖、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160A及以下的小容量額定電流殼架發(fā)展。由于經(jīng)濟(jì)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(diào)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(shè)計(jì)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(hào)檢測(cè)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(xiàn)】

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