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文/上海電器科學研究所（集團）有限公司
低壓斷路器是低壓電器中結構最復雜，技術含量與經濟價值最高，在低壓配電系統中地位最重要的產品。品種主要有萬能式斷路器、塑殼式斷路器（配電保護、電動機保護）、漏電斷路器、小斷路器、真空斷路器、直流快速斷路器。一個制造廠ACB、MCCB產品技術水平、產量、質量在行業中排名一定程度上代表了企業在低壓電器行業中地位，低壓斷路器產值占低壓電器總產值50%以上。我國漏電電器和小型斷路器從上世紀七十年代開始發展，小型斷路器在我國大量推廣還是在上世紀九十年代以后。
萬能式斷路器、塑殼斷路器從上世紀六十年代初開始先后開發了三代產品。低壓真空斷路器從上世紀九十年代末開始研制，完成了DK5-630～2500A系列真空斷路器，已開始推廣。但產品結構及工藝性尚需進一步完善，產品性能有望進一步提高。直流快速斷路器自上世紀八十年代末完成更新換代以后，由于使用場合不多至今沒有進行新一代產品開發。本文重點分析萬能式斷路器、塑殼斷路器與小型斷路器現狀與發展動向。
1回顧與現狀
1.1萬能式斷路器
1953年～1957年測繪仿制前蘇聯產品，試制成功A15系列
1957年～1960年自行設計、試制DW0系列
1961年～1966年統一設計、試制DW10系列
1978年完成我國第一個限流型萬能式斷路器DWX15-630
1975年～1979年完成DW15-200、400、600系列
1975年～1980年完成DW15-1000～4000系列
1993年～1994年完成DW15C-1600、2500系列
1986年～1990年完成DW16-630以滿足接地保護需要
1995年～1997年研制DW16-2000～4000，至此完成DW16全系列產品試制
1998年～2000年完成DW15HH-2000～4000
1991年～1998年完成DW45-2000、4000、6300系列
2001年～2004年完成DW450-1600、DW50-1000
上世紀八十年代引進德國AEGME系列、日本時崎公司AH系列（船用）、西門子公司3WE系列，從上世紀九十年代開始，國外各大公司ACB產品相繼進入中國市場。
按行業發展史正規劃分ACB開發了三代產品：
第一代產品DW10，第二代產品DW15（自主開發），引進ME、AH、3WE、AES。第三代產品DW45（自行開發），是我國低壓電器發展歷史上推廣最成功，可靠性與經濟效益最好的產品。同期引進M、F、3WN6、AE-SS、MAGNUM、M-pact等系列產品。DW16系列為第一代二次開發產品、DW15HH為第二代二次開發產品，DW450為第二代二次開發產品。
目前三代產品并存，第一代DW10淘汰由DW16替代。2008年ACB總量已超過60萬臺。其中第三代產品比例按臺數占45%，按產值占80%。國內主要生產企業：上海人民、常熟開關、浙江之江、天津百利、長征九廠、上海精益、江蘇凱帆、凱隆、浙江開關廠、正泰、德力西、天正等，生產企業超過100家。ACB產品技術分析：目前國內高端產品（第三代及改進型）從技術水平看與國外產品差距不大。從質量水平看：少數優秀企業產品質量與國外先進水平接近，大部分企業產品質量尚有差距。從工藝水平看：少數優秀企業已接近國外一般先進水平，大部分企業仍有較大差距。ACB產品市場狀況分析：國內產品高、中、低各個檔次規格、品種產品齊全，能滿足國內各檔次特別是中、低檔市場需求。由于ACB產品在配電系統中的重要性，外資企業利用其品牌、質量、性能及產品個性化、外觀與可靠性等因素，幾乎霸占了我國重點工程主開關市場。
1.2塑殼式斷路器
在配電系統中作為支路保護開關，MCCB可靠工作，既保證分支路用電可靠，又保證整個配電系統運行安全。產品量大而廣，據統計MCCB與ACB產品臺數比例約為40：1，其產值與ACB基本相當。產品結構較復雜，制造工藝相對要求較高。MCCB大批量生產穩定性與可靠性也能較好反映企業低壓電器制造水平。
產品發展回顧如下：
1957年測繪仿制前蘇聯產品，型號為A3系列。
1957年～1960年自行設計試制DZ1系列
1970年完成全國統一設計產品DZ10系列
1980年全國統一設計完成DZX10系列
1981年全國統一設計完成DZ15、DZ15L系列
1990年完成更新換代DZ20、DZ20L系列
1988年通過聯合設計完成DZL25系列
上世紀八十年代初引進H系列、TO、TG系列，其中TO、TG系列推廣十分成功。
1995年～2001年完成S系列，是我國低壓電器行業發展以來研發的最龐大的低壓電器系列產品。
2000年對DZ10產品進行二次開發，完成SE系列（經濟型）。
2004年完成SA系列基本規格產品試制
常熟開關廠上世紀九十年代中期完成CM1系列，使我國標準型MCCB分斷能力提高到50kA。是我國低壓電器行業首次由一個企業獨立完成重大系列產品開發并成功獲得大批量推廣，它極大鼓舞了低壓電器行業自主開發新產品積極性。CM1和隨后仿制的其它產品連同S、SA系列形成我國第三代MCCB。
目前產品三代同堂，DZ10系列雖已明令淘汰，但許多溫州企業仍在變相生產，耗費大量材料資源。2008年MCCB生產總量約為2400萬臺。其中第三代產品比例按臺數計為30%，按產值計為70%。生產企業超過500家，比較混亂。主要生產企業：常熟開關、正泰、德力西、浙江開關、杭州之江、上海人民、長征電器、天津百利、TCL、江蘇凱隆、北京明日、蘇州法泰、天正、環宇、華通、人民、長城等。
我國第三代MCCB以CM1、S系列為代表，相當于國外上世紀八十年代中期～九十年代初水平，其二次開發產品和SA系列相當于國外上世紀九十年代中、后期水平。少數優秀企業產品制造水平除自動裝配線外，其它工藝裝備與制造能力接近世界先進水平，大部分企業與國外相比仍有較大差距。
1.3小斷路器
產品量大面廣，年產量超過五億極，其中70%左右用于國內市場，大部分用于終端配電與民用建筑，其產品質量涉及千家萬戶用電安全與人民生命財產安全。
上世紀八十年代初上海華通開關廠試制生產DZ12系列，年產量約為200萬臺。天津低壓電器廠試制生產DZ13系列，產量不足百萬臺。由上海電科所負責設計試制的DZX19系列產品分斷能力達10千安，由于工藝不穩定未批量生產。1988年天津市引進法國梅蘭日蘭C45小斷路器并獲得極大成功，從上世紀九十年代開始以溫州柳市企業為主，大量仿制C45，開始批量生產DZ47產品。從上世紀九十年中后期開始國外著名MCB制造商大批進入中國市場。
目前國內企業生產的MCB絕大部分為DZ47，其水平相當于國外上世紀八十年代初水平。國內由上科所自主開發的DZX19、DZ30等產品由于各種原因沒有投產，企業自主開發，投入批量生產的MCB產品幾乎沒有。國內生產MCB企業達數百家，大部分生產能力與工藝水平較低，全部采用手工裝配、產品穩定性、一致性較差。部分優秀企業已采用自動檢測線（含自動包裝），但尚未采用自動裝配線。國內主要生產企業以正泰、德力西為代表的溫州企業占總量近80%。其它主要企業有上海良信、TCL、蘇州法泰等。國外主要制造商施耐德、ABB、西門子、海格、羅格朗等均有國內生產企業。
2低壓斷路器發展涉及的關鍵技術
2.1大電流電弧分斷技術
隨著電網容量不斷增加，對低壓斷路器分斷能力要求不斷提高，對低壓斷路器分斷性能提出了更高的要求。
為了提高系統運行可靠性，新一代萬能式斷路器一般均達到Icu=Ics=Icw，在提高Icu、Ics同時，重點提高Icw。新一代塑殼斷路器要求Icu=Ics，重點提高Ics。為了提高分斷性能，主要采取以下措施。
（1）采用雙斷點觸頭滅弧系統
雙斷點觸頭滅弧系統過去在控制電器中應用較為普遍，其主要目的是縮小產品體積。低壓斷路器分斷能力高，觸頭滅弧系統較為復雜。如采用雙斷點系統，產品結構更為復雜，有一系列技術關鍵需要解決。其中最主要的二個技術難點是設計可靠的卡住機構，又不侵犯專利，以及兩個觸頭閉合與斷開時同步性問題，且制造工藝要求高。為此對雙斷點觸頭滅弧系統是不是低壓斷路器發展方向存在明顯分歧意見。隨著現代設計技術不斷發展與應用，上述技術難點已經得到有效解決。作者認為作為高性能MCCB產品雙斷點觸頭系統肯定是發展方向，是單獨點結構無法比擬的。它使塑殼斷路器具有更好的限流性能，更高的分斷能力，較好實現了Icu=Ics。并為實現限流選擇性保護，以及產品小型化、高壽命、高可靠、環保等創造了更好條件。
但是，作為經濟型MCCB產品，考慮制造成本不宜采用雙斷點系統。因此，對新一代高性能MCCB如何合理構成系列產品是值得探討的問題。傳統的系列型式高分斷型、較高分斷型、標準型、經濟型結構型式基本相同，在新一代MCCB中可能是不適宜的。
作為高性能ACB產品，雙斷點觸頭滅弧系統也是發展方向之一。它為ACB分斷性能進一步提高，提供了更大的空間。為在極短時間內實現全電流選擇性保護創造了更好條件。但是，作為普通型（標準型）ACB產品也不宜采用雙斷點系統。
（2）運用低壓電器現代設計與測試技術對觸頭滅弧系統進行優化設計，并采用氣吹等輔助手段使電弧快速、可靠進入滅弧室。同時，有效控制游離氣體擴散途徑，避免相間、相對地飛弧，使飛弧距離控制在最小范圍。
2.2過電流保護新技術
低壓斷路器主要承擔低壓配電系統過電流保護以及其它各類故障保護，目前性能基本滿足了系統故障保護要求。但是，就配電系統過電流保護看，目前保護方式是不完善的。主要存在以下問題：
（1）目前選擇性保護一般局限于低壓斷路器短延時電流以下范圍。當故障電流達到上級瞬動電流時，容易造成上、下級斷路器同時跳閘，甚至越級跳閘。
（2）由于終端過電流保護用小斷路器目前均為限流瞬動型，所以終端配電系統基本沒有選擇性保護。
（3）目前系統短路時選擇性保護通過短延時實現，短延時時間一般為0.2秒～0.4秒。對三級供電系統，主開關短延時時間可達0.6～1，秒甚至更大。所以，目前低壓配電系統實現選擇性保護時間較長，對低壓電器、成套裝置及系統動、熱穩定要求高。
（4）配電系統運行可靠性難以保證。
新一代低壓斷路器采用過電流保護新技術達到的目標要求主要包括二方面內容：
（1）實現低壓配電系統全范圍、全電流選擇性保護。
（2）在極短時間內實現選擇性保護，整個選擇性保護時間從原來1秒～1.2秒縮短至0.2～0.5秒。
為實現上述目標，新一代低壓斷路器應達到以下要求：
○1新一代ACB實現全電流范圍選擇性保護。
○2新一代MCCB應具有限流選擇性保護功能。
○3開發具有短延時保護功能MCB。
○4新一代ACB、MCCB均應采用區域選擇性保護技術。
過電流保護新技術采用后達到的主要效果如下：
（1）從根本上避免低壓配電系統越級跳閘和故障級斷路器正常分斷后，上級斷路器同時分閘。使配電系統短路故障限制在最小范圍，大大提高配電系統供電可靠性。
（2）大大縮短實現選擇性保護時間，降低電器設備動、熱穩定要求，有利于節材、節能和產品小型化。
本項技術研究與推廣是低壓電力系統保護與可靠運行的一次重大飛躍，具有很好經濟效益和社會效益，值得引起電器行業和電力行業關注。
2.3可通信與綜合智能化技術
為了提高低壓配電與控制系統運行可靠性以及自動化程度，實現系統網絡化是發展的必然方向。一旦系統實現網絡化，低壓電器必須具有雙向通信功能，經通信適配器能與各種現場總線系統連接。工業以太網技術發展與應用，使配電系統通信網絡變得更簡潔、更高效。
配電系統實現網絡化，低壓斷路器實現可通信后，將使斷路器智能化功能得以充分發揮，并促進智能化功能進一步完善與擴大。從國內外新一代智能化斷路器發展情況看，將保護、測量、故障預警、自診斷、監控、能量管理等功能集中于一體。
2.4低壓斷路器小型化與模塊化技術
產品小型化既是低壓電器技術水平的體現，也是成套設備及系統小型化的需要。對推進電器產品節材、節能具有重要意義。低壓斷路器小型化主要借助于新技術、新工藝應用以及產品結構上創新，新一代產品與第三代產品相比，體積平均縮小20～50%。
低壓斷路器模塊化水平也是低壓電器設計與制造能力體現，是實現低壓電器多功能、提高產品使用與維護性能的需要。低壓斷路器零部件、附件模塊化水平一定程度上反映了一個國家低壓電器研究與制造水平。斷路器模塊化水平包括：功能附件模塊種類、標準化程度、制造工藝性、維護方便性以及模塊小型化等。
2.5低壓斷路器可靠性與環保技術
提高斷路器可靠性以及環保技術的應用是新一代低壓斷路器研發工作的主要任務之一。低壓斷路器可靠性是低壓配電系統運行可靠性的必要條件。
主要包括以下內容：
（1）動作可靠性：包括低壓斷路器操作可靠性和系統發生故障時保護可靠性。通過操作機構運動與受力仿真分析研究、優化零部件設計，能有效提高低壓斷路器機械壽命與操作可靠性。
通過智能控制器可靠性分析研究，以確保斷路器接受故障信號后動作可靠性以及動作特性一致性等。
（2）分斷可靠性：運用現代測試技術分析斷路器分斷過程電弧運動與熄滅過程，通過優化設計使斷路器熄弧性能與可靠性達到最佳狀態。
（3）承受環境變化可靠性：包括氣候環境變化如高、低溫下動作可靠性，電磁環境變化即EMC性能應全面符合標準要求。
（4）內外部附件工作可靠性是目前低壓斷路器運行可靠性存在的主要問題，也是新一代產品和其它新產品研發時急需解決的問題。
附件可靠性，包括附件自身工作可靠性與整機配合可靠性以及附件之間的協調性等。
低壓斷路器環保技術，包括產品制造過程，投入系統后運行過程不污染環境，產品壽命終了時便于回取等。
3低壓ACB、MCCB的發展趨向
（1）國外各大公司從2000前后陸續推出了新型ACB和MCCB，通過最近幾年的不斷完善與系統擴展，已形成了較為完善的新一代低壓斷路器。
表1萬能式斷路器
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施耐德 NT(NW)系列 |
1600（NT）、4000（NW）、6300（NW） |
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西門子 WL系列 |
1600（WL1）、3200（WL2）、6300（WL3） |
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ABB Emax（New） |
1600（E1）、2000（E2）、3200（E3）、4000（E4）、6300（E6） |
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寺崎 AR、AH系列 |
2000、3200、4000、6300、AH為船用 |
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三菱 AE-SW系列 |
2000、4000、6300 |
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GE M-PACT系列 |
2500、4000、6300 |
此外，俄羅斯、韓國、土耳其等國家也推出了新一代產品。
表2塑殼斷路器
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施耐德 NS系列 |
80A、250A、630A、1600A、3200A |
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西門子 VL系列 |
100A、250A、400 A、630A、800A、1600A |
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ABB Tmax系列 |
160（T1）、160（T2）、250（T3）、320（T4）、630（T5）、1000（T6）、1600（T7） |
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默勒 NZM系列 |
125A、250A、630A、1600A、2000A |
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三菱 WS系列 |
250A |
此外日本富士、俄羅斯、韓國、土耳其等國家也推出了新一代產品。
（2）從2006年開始我國正式研發我國第四代萬能式斷路器（VW60系列）和第四代塑殼斷路器（VM60系列）。預計2009年底至2010年上半年完成系列產品開發，從2010年開始將逐步推向市場。
第四代低壓斷路器無論在主要技術性能、產品結構、新技術應用等方面都有重大突破與創新，具有完全的自主知識產權。
（3）為適應緊湊型低壓配電柜需要，許多大公司開發小型化ACB產品，如ABB公司EmaxXIN-1600為同類產品中最小，施耐德NT-1600A、中國DW450-1600等。
上述產品通過適當降低分斷指標，明顯縮小了體積。其功能與新一代ACB產品基本一致，具有較高性價比。特別適合于箱式變電站、風電場等緊湊型配電裝置。
（4）通過優化設計、增容使原有殼架電流等級提高、擴大產品使用范圍，增強市場競爭力。同時，實現小型化、節材、節能。
如EmaxE1從1250A提高到1600A，E3從3200A提高到4000A
國內外許多ACB制造商將3200A增容至4000A，體積不變。
我國新一代ACB：VW60-2500A框架體積不大于第三代2000A框架
VW60-4000A框架體積不大于第三代3200A框架
我國新一代MCCB：VM60-320體積不大于第三代200A殼架
VM60-630體積不大于第三代400A殼架。
（5）新一代低壓斷路器一般均采用區域聯鎖、區域選擇性聯鎖。
該技術及相應模塊采用后使新一代斷路器產品功能與可靠性進一步提高：
○1提高選擇性保護可靠性
○2為實現全電流范圍選擇性保護創造條件
○3縮短選擇性保護時間
○4從根本上消除低壓斷路器越級跳閘，使低壓配電系統過電流故障限制在最小范圍。
（6）新一代塑殼斷路器應逐步實現限流選擇性保護
斷路器分斷時限流性能與選擇性保護是相互矛盾的。如何使塑殼斷路器既有良好的限流性能，又能實現選擇性保護是該項技術關鍵。
ABB公司T系列是最早宣布實現限流選擇性保護，
并宣稱T7是世界上第一個真正實現1250A及以下選擇性保護MCCB。還宣稱采用PR223EF控制器將使斷路器選擇性與限流完美結合在一起。
PR223EF控制器特點：
○1具有區域選擇性保護功能
○2確保故障快速分斷，斷開速度可以與限流電器相比。
○3該控制器可以在300ms內檢測短路電流，采用早期故障檢測和阻斷（EFDP）運算法則實現快速區域聯鎖。
施耐德NS系列MCCB也宣稱能實現選擇性保護。
關于限流選擇性保護有以下幾個問題需要探討：
○1限流選擇性保護基本概念？
○2限流選擇性保護具體含義？
○3實現限流選擇性保護可以有多個途徑。
○4各類產品實現限流選擇性保護水平是不一致的。
○5我國新一代MCCB將逐步實現限流選擇性保護。
（7）低壓斷路器智能化與可通信將進一步發展與應用。
○1新一代低壓斷路器將進一步完善與擴展智能化功能。
○2在多總線并存情況下，采用通信適配器是一種既經濟又靈活的方式。
○3國外通信適配器與低壓斷路器之間的通信規約一般由制造商內部制訂。我國總多低壓斷路器制造商自己沒有能力開發通信適配器，必須采用統一的低壓斷路器通信規約。
○4工業以太網具有傳送數據大、診斷功能強等諸多優點，其應用將由系統管理層直接延伸至每一個電器設備。最近，國外各大公司紛紛推出帶有內置式工業以太網通信接口的低壓斷路器是發展方向之一。
○5智能控制器額定電流通過交換插頭實現，使用十分方便。圖像顯示器能顯示所有信息，記錄故障發生前所有事件和數據，供故障后分析十分方便。
（8）國外新一代斷路器各類附件發展很快，進一步擴大了斷路器功能。如西門子公司3VL系列MCCB產品帶有大量內部和外部附件，且附件設計標準化。整個系列僅有二種規格附件，以400A殼架分界。外部附件除電動操作機構、插入式安裝基座，各種操作手柄外，最新開發了柔性安裝的聯鎖機構，安裝靈活，尤其適合雙電源系統。ABB公司Tmax安裝與母線系統聯結的靈活性、快捷性（不用電器栓），以及使用的兼容性、操作安全性等方面在MCCB產品中形成了全新的、革命性的理念。
（9）B型剩余電流斷路器技術取得了較大的發展。
最近幾年ABB公司的Tmax系列、默勒公司NZM系列MCCB均派生了B型剩余電流斷路器，一般采用拼裝式模塊結構。其特點是：
○1對交流、脈動、直流剩余電流故障均能可靠動作。
○2對各種不同頻率交流故障電流可設定靈敏度。
○3可以精確設置自診斷功能進行檢驗。
（10）發展新一代經濟型塑殼斷路器是低壓斷路器發展方向之一。如施耐德公司EZD系列、默勒公司NZM-C系列。力勒朗在意大利的公司也發展了新一代經濟型MCCB，厚度為65mm。特別適合靠墻安裝的“超薄型”配電柜使用，國內常熟開關廠制造有限公司也研發成功新一代經濟型MCCB，其厚度也為65mm。
（11）發展適應特定環境、新能源配電系統用低壓斷路器。
隨著新能源發展，要求低壓斷路器能適合特殊使用環境，如耐低溫、高溫、耐振動、體積緊湊、特定保護特性、690V系統等。風力發電設備用斷路器動作電流要求2～8倍，使系統短路時，將風力渦輪發電機安全地從干線線路脫開。
（12）發展超大容量ACB，殼架等級為7000～8000A。
（13）母線與產品安裝一體化技術將成為MCCB主流連接方式。目前主要有二種方式。
○1專門設計母線適配器（或稱為母線連接器），作為MCCB產品附件一起提供給用戶。
○2由專業化生產廠進行標準化設計和專業化生產。
包括：標準化母線、母線固定件、母線絕緣罩殼、母線連接器等。額定電流從幾百安培到幾千安培，全部制成標準化配件供用戶選用。
4國外小型斷路器（MCB）發展趨向
（1）發展高分斷能力MCB，措施主要是提高限流性能。
（2）發展帶短延時分斷功能的SMCB。
（3）MCB可選擇的脫扣特性增多。
如ABB公司S800系列脫扣特性包括：B、C、D、K、KM、VCB、VCR等，以滿足不同使用場合要求。
（4）DPN結構的MCB向大容量和高分斷能力發展。
（5）產品性能同時符合IEC、EN、UL等標準，以適應全球化貿易需要。
（6）配套附件進一步齊全，具有欠壓、分勵、報警、輔助觸頭、電操機構等。附件安裝位置靈活多樣。如輔助觸頭可拼裝在MCB下方，以減小安裝面積。
（7）產品進一步小型化，部分公司發展了12mm/1P產品。
（8）安裝與母排連接一體化技術也將成為MCB主流連接方式。
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