智能型低压断路器的市场发展与应用吕东

                     低压电器(2007№ 17)

通用低压电器篇 应用与测试 

吕　东(1970—),

男,工程师,硕士研

究生,研究方向为

电力系统运行与控

制。

智能型低压断路器的市场发展与应用

吕　东1,　吴永正1,　罗春凌2,　周道娟3

(1.重庆市电力公司城区供电局,重庆　400015;

2.四川泸天化股份有限公司,四川泸州　6300;

3.重庆樱花电气开关有限公司,重庆　400061)

摘　要:介绍了低压断路器的市场发展、产品结构、技术性能。针对目前大量使用

的低压断路器现状,从提高供电可靠性和安全性上,对低压断路器的应用选择进行了一

些有益的讨论。

关键词:低压断路器;热磁式;智能控制器

中图分类号: TM 561　文献标识码:B　文章编号:1001-5531(2007)17-0040-03

M arketDevelopment and Application of Intelligent

Low Voltage C ircuitBreaker

LVDong1,　WU Yongzheng1,　LUO Chunling2,　ZHOU Daojuan3

(1. City Zone PowerSupply Station, Chongqing PowerCorporation, Chongqing 400015, China;

2. Sichuan Lutianhua Stock Co., Ltd., Luzhou 6300, China;

3. Chongqing Sakura Electric Switch Co., Ltd., Chongqing 400061, China)

　　Abstract: Themarketdevelopment, productstructure and technique performance of low voltage circuitbreak-

erwere introduced. Aiming atactuality of low voltage circuitbreakerswhichwere used largely now, some beneficial

discussions aboutapplication and selection of low voltage circuitbreakerwere done, based on improving reliability

and security forpower supply.

Key words: low voltage circuit breaker; therm o-magnetic; intelligent controller

吴永正(1951—),男,工程师,研究方向为电力系统运行与控制。

罗春凌(1974—),男,工程师,研究方向为工业与民用建筑设计。

周道娟(1975—),女,工程师,研究方向为低压断路器的应用与开发。

0　引　言

随着国民经济快速增长、电网高速发展、城市

和乡村的用电负荷增加以及用电负荷日益多样性

和复杂化,承担供配电和对供电设备及线路进行

保护的主要元器件———低压断路器的制造技术水

平也有显著的提高。

1　万能式断路器的市场发展

　　我国低压万能式断路器的发展经历了两个阶

段:①采用热磁式技术的低压万能式断路器,如

DW10 /DW15 M/ E系列、AH系列等产品,ME和

AH系列产品是我国20世纪80年代采用技术引

进的方式,分别从德国AEG公司(现被GE公司

收购)和日本寺畸公司引进的制造技术,目前广

泛应用于低压配电网络中;②随着计算机单片机

技术的发展及其在电器制造领域的应用,断路器

在接通,分断、保护、安全、维护等方面的性能有了

显著变化,智能型低压万能式断路器,如DW18、

DW48等系列、由上海电器科学研究所研发的产

品DW45万能式断路器和国外ABB公司的F和

E系列、MG公司的M系列、西门子公司的3WL

                     系列、德国金钟-默勒公司的IZM系列、GE公司的

MPAKRT系列等均属该类产品。智能型低压万

能式断路器因其卓越的性能正以惊人的速度在低

压配电网络中得到大量应用。

—40— 应用与测试 低压电器(2007№ 17)通用低压电器篇

2　智能型低压万能式断路器结构

智能型低压万能式断路器按机械结构可分

为:操作机构、绝缘体、触头系统、灭弧系统、储能

电机、智能保护单元、附件(分励、欠压、辅助、合

闸线圈等)7大部分。

智能型低压万能式断路器根据外形和机械结

构有所差异,DW45系列和M系列断路器靠近;

DW18、DW48和日本AE-S、AE-SS系列断路器相

似,其中DW18系列因体积较大的原因较少有厂

家生产,市场占有率也较低。

DW45与DW48系列的主要区别在于体积和

电流范围,框架结构上以及断路器本身安全闭锁

上的差异。DW48系列电流壳架分1 600A、3 200

A,DW45系列电流壳架分为2 000 A、3 200 A、

6 300 A,电流范围大;按极数都可分为3极和4

极;电气性能上差异不大:额定运行分断能力Ics

均为50 kA以上,额定极限分断能力Icu为65 kA

以上,额定短时耐受分断能力Icw为50 kA以上;

机械寿命和电寿命也相同,分别为10 000次和

2 000次。DW45断路器在国内市场占有率极大,

遍布全国各主要企业生产。

2. 1　断路器本体结构特点

(1)断路器为立体布置形式,具有结构紧凑、

体积小的特点。有固定式和抽屉式之分,把固定

式断路器本体装入专用的抽屉就成为抽屉式断路

器。本体由触头系统、灭弧系统、操作机构、智能

控制器和辅助触头、接线端子、欠压脱扣器、分励

脱扣器、闭合电磁铁、电动储能机构等组成。

(2)绝缘系统。断路器底座、盖采用绝缘性、

阻燃性、机械强度都很好的绝缘材料,不仅提高断

路器的分断能力,而且保证了断路器的机械寿命、

电气寿命。

(3)触头系统。采用主、弧触头系统,多路并

联,降低电动斥力,提高触头系统的电动稳定性;

新型耐弧的触头材料,使触头在分断短路电流后

不致过分发热而引起温度过高。

(4)灭弧室。灭弧室全部置于断路器的绝缘

基座内,每极分开,相互绝缘,与其他部分及操作

人员隔离,既安全又不致在分断大电流时炸裂。

采用去离子栅片灭弧原理,使得断路器上方飞弧

距离为零。

(5)操作机构和手动、电动储能机构。采用

五连杆机构,完成合、分闸动作,并可手动或电动

储能。

2. 2　抽屉座结构特点

(1)抽屉座由带有导轨的左右侧板、底座和

横梁等组成,底座上设有推进机构,并装有位置指

示,抽屉座的上方装有辅助电路静隔离触头。桥

式主回路触头前方设置安全隔板。

(2)断路器本体在抽屉座内的运动具有3个

“位置”:连

                     接、试验、分离位置。连接:主回路、二

次回路均接通,安全隔板开启;试验:主回路断、二

次回路通,安全隔板关闭,可以进行动作试验;分

离:主回路、二次均断开,安全隔板关闭。

(3)抽屉座与断路器本体间有机械连锁,断

路器必须在分闸状态才能摇出来。

2. 3　附　件

断路器除具有分励脱扣器、合闸线圈、分闸线

圈、欠压脱扣器、辅助开关等各种功能的内部附件

外,还具有机械联锁、门联锁等外部附件,满足用

户各种场合的要求。

2. 4　智能控制器结构特点

(1)过电流保护特性。过载保护、短路短延

时保护、短路瞬时保护、接地故障保护。

(2)测量功能。可测量电流、电压、功率、电

能、功率因数、频率等。

(3)负载监控。为保证重要负荷的正常供

电,可控制分断两路受控负荷。

(4)MCR和HSISC保护。针对断路器本身

进行的高速瞬时保护;其中,MCR保护对断路器

的接通分断能力进行保护,在断路器分闸及和合

闸瞬间(100 ms)起作用;HSISC保护是当越限故

障电流产生时,控制器会在10 ms内发出跳闸指

令,对断路器的极限承载能力进行保护,防止开关

承载超过极限分断能力的电流,合闸100 ms以后

起作用。智能控制器的核心是CPU。

2. 4. 1　CPU智能控制器的工作电源

智能控制器的工作电源核心是双电源供电的

方式。主电源2#来自安装于断路器内部出线母

排上的三相速饱和电流互感器,与CPU采样电流

互感器装于同一位置。

2. 4. 2　智能控制器的保护特性

智能型低压万能式断路器智能保护控制器具

—41—低压电器(2007№ 17)

通用低压电器篇 应用与测试 

有的常规保护功能:①过载保护Ir1(也称:过流保

护,长延时保护),其整定值为额定电流值In的0.

4～ 1倍,可按步长为1 A进行整定,动作时间可

在0到相应的反时限特性下最大值时间内设定,

时间步长按反时限特性曲线自动生成;②延时速

断保护Ir2(也称:短路短延时保护),其整定值为

过载保护电流值Ir1的1. 5～ 15倍,可按步长为1

A进行整定,动作时间可在0到相应的定时限特

性下或反时限特性下最大值时间设定,可选择反

时限特性时,时间步长按反时限特性曲线自动生

成也可选择定时限特性曲线时,时间步长为0. 1

s;③速断保护Ir3(也称:瞬时保护,短路保护),其

整定值为额定电流值In的1倍到运行分断能力

Icu之间,可按步长为1 A进行整定;④接地故障

保护功能Ir4,其整定值为额定电流值In的0. 2～ 1

倍,可按步长为1 A进行整定。

断路器制造厂家在产品出厂时,用户若无要

求,保护值均按最大值设置,用户应根据设计或现

场负荷的调整而在控制器的面板上进行设定,但

应特别注意的是, Ir1、Ir2、Ir3的定值范围(保护特

性)

                     不能相交; Ir4的定值范围与Ir1、Ir2、Ir3的保护定

值范围无关,可根据需要进行设定或关闭,建议在

D,yn11变压器供电系统中采用三极断路器时关

闭Ir4保护,在Y,yn12变压器供电系统中不能关

闭此保护,整定值应超过变压器容量的30%以

上,采用四极断路器时应开通此保护,整定值也应

超过变压器容量的30%以上。

智能断路器控制器的常规保护功能特性与上

下级电器保护特性的可选择性配合。设计选型时

对其之间的选择性保护配合应满足以下要求:①

智能断路器的长延时保护特性Ir1应低于被保护

对象(如电线、电缆、电动机、变压器等)的允许过

载的特性;②变压器低压侧总路智能断路器的长

延时保护特性Ir1应低于高压侧熔断器的保护特

性;③变压器低压侧总路智能断路器的延时速断

保护特性Ir2与高压侧速断保护动作时间级差应

为0. 4～ 0. 7 s;④智能断路器与熔断器配合时,

以熔断器保护特性为后备保护特性;⑤上级智能

型低压万能式断路器短延时保护特性整定值Ir2

≥ 1. 2倍下级断路器短延时保护特性整定值或瞬

时保护特性整定值(若下级无短延时保护时);⑥

上下级断路器的保护特性不能相交和重叠;⑦在

智能断路器具有短路短延时或瞬时保护特性的情

况下,上下级断路器之间的选择性保护的配合关

系为:上级智能型低压万能式断路器瞬时整定电

流保护值Ir3应等于或小于自身断路器的短时极

限耐受通断能力Icw,而大于或等于1. 1倍的下级

断路器的瞬时短路电流保护值;⑧具有短路短延

时保护的智能型低压万能式断路器,在带有欠电

压脱扣器时,则必须在设计选型时注明为延时欠

电压脱扣器,且延时时间应不小于断路器的短延

时保护整定时间。

根据上述智能型断路器选择性保护配合的选

用要求,在设计选型或投运前,必须对其保护类别

和保护特性定值Ir1、Ir2、Ir3、Ir4进行确定,按设定保

护值进行安装调试后,才能使配电网络的稳定、安

全、可靠运行有保障。

2. 4. 3　控制器的其他功能

由于配网中心众多,大都是长期无人值守的

配电房,缺乏运行记录的基础数据,仅仅是不定时

地测量负荷,无法正确反映变压器、断路器等供电

设备长期运行工况及负荷状态,一直以来是配网

中心管理工作上的一个难题。近年来,与智能保

护控制器生产厂家协商,开发了带周期性运行参

数(三相电流、三相电压、功率因数、谐波等)采样

和连续记录功能,具有USB接口,采用U盘可读

取每时段的运行数据以及变压器的运行工况,具

有数据功能的智能保护控制器解决了配网中心长

期以来缺乏设备运行基础数据的管理上的问题,

对于供电设备的负荷状况,变压器是否

                     长期单相

负荷运行,是否需要调整负荷分布等问题有了数

据上的依据。

2. 4. 4　控制器的类型

第1代产品具有基本的过载延时(Ir1)、短路

短延时(Ir2)、瞬时(Ir3)、接地故障保护(Ir4)控制

功能、保护定值和时间定值用旋钮刻度式整定

(长延时反时限保护特性的时间定值自动生成,

不可整定)。

第2代产品在第1代的基础上增加了三相运

行电流、电压实时显示(分别用字母I1、I2、I3和

Ua、Ub、Uc表示)和其他运行数据实时显示(功

率、谐波等),故障类型记录功能,数码管数字显

示和点阵液晶中文数字显示两种,保护定值和时

(下转第页)

—42—低压电器(2007№ 17)

通用低压电器篇 产品介绍 

时、短路瞬时三段保护,整定电流可设定,还具有

过载长延时、短路短延时动作时间可设定,其优越

的性能和可靠运行的特点必将被用户进一步认

识,并得到广泛应用,具有广阔的市场前景。

【参考文献】

[ 1]　GB /T 14048. 2-2000《低压开关设备和控制设备低

压断路器》标准[ S].

[ 2]　杭州之江开关股份有限公司. HSM1z系列智能型

塑料外壳断路器样本[Z].

[ 3]　杭州之江开关股份有限公司. Q /HZK 557-2006

HSM1z系列智能型塑料外壳断路器产品标准[ S].

收稿日期:2007-05-25

(上接第42页)

间定值采用可视数字步长定值或反时限自动生成

步长定值(可选择)的方式整定。

第3代产品除具有前两代产品的全部功能

外,增加了通信功能(Profibus、Modbus通信协

议),周期性运行参数采样和连续记录功能,具有

USB接口,采用U盘可读取每年、每时段的运行

数据以及变压器的运行工况。

3　智能万能式断路器和塑料外壳式

断路器的选择使用

　　 400～ 800 A是智能万能式断路器和塑料外

壳式断路器的电流等级交叉的范围。许多生产制

造商把电子技术和计算机技术应用到塑料外壳式

断路器的制造过程中,称为电子式塑料外壳式断

路器和智能型塑料外壳式断路器,其保护特性和

分断指标接近万能式断路器,有些塑料外壳式断

路器的分断能力标称高达100 kA,其实这样的指

标是一个理论标称值,因限流技术在塑料外壳式

断路器应用,实际分断短路电流较低,无法实现选

择性保护。如图1所示采用限流技术的智能塑料

外壳式断路器的实际分断曲线,在30 kA时其实

断路器已经分断了,实线是短路电流实际发生的

过程曲线。

图1　限流后实际分断及短路电流实际过程曲线

　　从断路器的体积、绝缘、强度和刚度上比较而

言,万能式断路器比塑料外壳式断路器也有优势,

其短时耐受电流50 kA以上的短路电流的能力也

是优于塑料外壳式断路器的。

综上所述,在400～ 800 A内选择智能万能式

断路器和塑料外壳

                     式空气断路器,从选择性、可靠

性、安全性角度讲,万能断路器比塑料外壳式空气

断路器有优势。不需选择性的场所可选用塑料外

壳断路器。从经济成本上看两者略有差异,一台

400～ 800 A的固定式智能万能断路器的价格在

7 000元左右,一台400～ 800 A的电动智能塑料

外壳式空气断路器的价格在6 000元左右。塑料

外壳式便宜有优势,从大量的工厂厂用电断路器

的使用现状来看,电厂、化工厂凡是对供电、选择

性、可靠性、安全性要求较高的场所在这一电流范

围都是采用万能式断路器。

4　结　语

低压断路器是配电网络中的重要组成部分,

而热磁式断路器主要是靠热双金和磁系统动作实

现的,越来越难满足配电系统的可靠性、准确性、

安全性的要求,无法实现通信组网。而智能断路

器充分应用了计算机控制技术,不仅提高了保护

精度,而且使得配网系统更可靠、安全、准确。同

时能实时浏览和记录电网运行参数。为电力负荷

分析提供详实的数据基础。故在近代电力电网中

越来越重视智能断路器的应用。

【参考文献】

[ 1]　郑昕,朱方铁,张培铭,等.MC9S12DG128B在低压

断路器智能控制器中的应用[ J].低压电器, 2007

(1):22-24.

[ 2]　任元会.工业与民用配电设计手册[M]. 3版.北京:

中国电力出版社,2005.

[ 3]　步丰盛.低压电工实用技术问答[M].北京:机械工

业出版社,2001.

收稿日期:2007-04-16

——