RMM3塑料外壳式断路器研制

张国荣 李鸣廉 赵轶磊 李如甲 上海人民电器厂（200042）

张国荣（1963年～），男，本科，工程师，主要从事塑料外壳式断路器、带剩余电流保护断路器、自动转换开关、以及其他低压电器研究。

0 引言

低压断路器是保障低压配电网络安全、可靠运行的主要电气元件，自1885年诞生刀开关和过电流脱扣器的组合—世界上最早的断路器以来，目前已发展成为包括万能式断路器、塑壳式断路器、剩余电流保护断路器、微型断路器、真空断路器及直流断路器等品种的庞大家族，为构建安全可靠、经济高效的强大电网提供了基础保证。

塑料外壳式断路器(moulded case circuit breaker)简称 MCCB，是配电系统中的支路保护开关，用于线路及电源设备的过载、欠电压和短路保护。

在我国，塑壳式断路器经过几十年的发展，其主要技术指标—短路电流分断能力已从DZ系列塑壳断路器的1kA～2kA 发展到现在的100kA甚至更高，其操作机构、脱扣系统、灭弧系统以及导电系统都取得了显著的进步，其外观的设计、附件的配置更具多样化和人性化。

1 概述

我们研制的RMM3系列塑料外壳式断路器适用于交流50Hz、额定工作电压400V、额定电流至800A及以下的电路中作配电使用，400A及以下的断路器可作为保护电动机使用。该断路器的额定冲击耐受电压为8 000V；额定绝缘电压为690V。

在正常条件下，RMM3系列塑壳断路器可作为线路的不频繁转换及电动机的不频繁起动之用，并具有隔离功能。

我们开发的RMM3系列塑料外壳式断路器产品符合GB14048.2、IEC60947-2标准。

在具有过载保护、短路保护、欠压保护等断路器的基本功能的同时，RMM3系列塑壳断路器还具有剩余电流保护、过载报警不脱扣等功能；在附件配置上，有分励脱扣器、欠压脱扣器、辅助触头、报警触头、手动操作机构、电动操作机构、插入式装置和抽屉式装置可供不同需求的用户选择。

RMM3系列塑料外壳式断路器的下进线功能可在用户需要电源端和负载端互换时，不用改变断路器的安装方式，方便地改变进线端和出线端（见图1）。

本产品的部分技术申请了专利：

(CN200620042251.7)用于双断点塑壳断路器的欠压脱扣器；

(CN200730078372.7)塑壳断路器的报警开关(RMM3系列)；

(CN200730078373.1) 塑壳断路器的分励脱扣器(RMM3系列)；

(CN200730078371.2) 塑壳断路器的辅助开关(RMM3系列)；

(CN200720073462.1)用于双断点塑壳断路器的辅助报警开关；

(CN200720073463.6) 用于双断点塑壳断路器的分励脱扣器。

图1 RMM3系列塑料外壳式断路器

2 技术参数

为了适应配电系统对不同电流的保护要求，RMM3系列塑料外壳式断路器的壳架等级额定电流分为：63A、125A、250A、400A、630A、800A，其额定电流的规格见表1，可以对额定电流从10A～800A提供过载和短路等保护；针对电网不同的预期短路电流，RMM3系列断路器提供了3个不同的额定极限短路分断能力，其详细参数见表2；其瞬时过电流脱扣器电流整定值见表3；过载脱扣器电流整定值见表4。

RMM3系列塑料外壳式断路器脱扣方式及主要附件代号见表5，附件的额定电压见表6。

表1 RMM3系列塑料外壳式断路器主要规格

表2 额定短路分断能力

表3 瞬时过电流脱扣器电流整定值

表4 过载脱扣器电流整定值

表5 脱扣器方式及附件代号

表6 控制电路的额定电压

3 结构及功能

断路器主要由操作机构、脱扣器、触头系统和灭弧系统等几大部分组成。操作机构实现了断路器的快速合分闸操作，通过操作其手柄可使断路器接通或断开电气回路，当故障发生时，可接受脱扣器的指令使断路器断开；脱扣器由热脱扣系统和磁脱扣系统组成，可实现断路器的过载和短路保护功能；导电系统贯通于断路器的进线端和出线端，连接了脱扣器和动、静触头，是断路器电气回路的主要部分；当线路发生过载和短路故障时，断路器断开被保护回路时，会产生电弧，灭弧系统担负了熄灭电弧的重任，其性能的优劣决定了断路器短路电流分断能力的大小。

3.1 断路器的操作机构

RMM3系列断路器采用的机构为自由脱扣机构，其结构见图2。在再扣和合闸状态，由上连杆、下连杆、动触头及基架组成一四连杆机构，操作手柄通过杠杆带动弹簧运动，可使断路器进行合分闸操作。图示状态为自由脱扣状态，跳扣与锁扣处于解锁状态。要进行合分闸操作，首先要操作断路器手柄使杠杆带动跳扣向锁扣方向运动，将跳扣与锁扣闭锁，同时图中的卡板与定位件同时闭锁，此时可进行合分操作。当热磁脱扣器检测到线路中有过载或短路故障时，推动卡板顺时针转动，当卡板转动至与定位件解锁后，定位件在扭簧的作用下作顺时针运动，改变了锁扣在定位件上的支点，锁扣处于自由状态，跳扣与锁扣随之解锁，断路器在弹簧的作用下脱扣切断线路。

在断路器自由脱扣机构的设计过程中，主弹簧的刚度（弹簧的拉伸力）和合闸角的设计计算，直接决定了机构的零件设计、杆件刚度、使用寿命以及在脱扣时的运动速度，采用软件分析和实验相结合的方法，使机构满足了断路器的手柄操作力、触头压力、脱扣力、机械操作性能、短路分断能力等各项技术指标的要求。

图2 断路器的操作机构

3.2 脱扣系统

断路器的脱扣系统采用热脱扣和磁脱扣组合的方式，热脱扣由图3所示的双金属片和发热元件组成，磁脱扣由磁轭、衔铁及弹簧组成。当回路中有过载电流时，发热元件产生的热量使双金属片弯曲并推动机构中牵引杆绕固定轴线并带动卡板转动，使卡板与定位件解锁，断路器脱扣。当电气回路发生短路时，其短路电流通过发热元件时，在其周围产生磁场，使衔铁和磁轭克服弹簧力而吸合，衔铁的另一端推动牵引杆使断路器脱扣。

脱扣器的瞬动脱扣特性主要由磁脱扣系统来实现的，脱扣时间控制在0.2s内。过载脱扣特性由热脱扣系统来实现的，脱扣时间与磁脱扣系统相比要长得多。

图3 断路器的脱扣系统

图4 是断路器脱扣的动作特性曲线，X轴表示故障电流的数值，以断路器额定电流的倍数表示，Y轴为动作时间，单位为s。图4表示了断路器对故障电流的脱扣时间与范围，阴影部分为脱扣区域。不同额定电流规格的断路器该曲线略有区别。

图4 动作特性曲线

3.3 触头系统和灭弧系统

触头系统和灭弧系统是决定断路器短路分断能力指标的主要系统，当断路器切断通有电流的回路时，在动、静触头分开瞬间，触头间就会出现电弧。此时，触头虽然已分开，但是在电路中的电流还在继续流通，只有熄灭电弧，电路才真正断开。

灭弧的基本方法就是加强去游离提高弧隙介质强度的恢复速度，在断路器动、静触头分开后，短时间内恢复触头间的介质强度。目前开关电器的主要灭弧方法有好几种，在RMM3系列塑壳断路器中，主要采用金属栅片将长弧分隔成短弧，使长弧变成多段弧隙串联，以获得较高的介质强度，使电弧在过零熄灭后不再重燃，同时采用熔点高、导热系数和热容量大的银钨合金和银石墨碳化钨合金作为动静触头的材料，以减少热电子发射和电弧中的金属蒸气，优化操作机构及触头系统来提高断路器触头的分离速度、加快拉长电弧的速度，有利于电弧的快速熄灭。

RMM3-400以上规格的塑料外壳式断路器的触头系统和灭弧系统的基本结构见图5，从图中可以看到，结构中采用了联结板直接接触的导电系统，提高了断路器的接触性能；省略了软联结及其焊接工艺，提高了断路器的可靠性，在保证断路器发热性能的同时降低了生产成本；同时其由两组并联导体组成的动触点的采用及与操作机构的有效配合，增大了断路器触头系统的电动斥力，加快了断路器的分断速度，使断路器的分断容量及短路分断能力得到很大的提高。

在RMM3-250及以下的规格中，采用了图6的双断点触头系统，每一极由两组触头串联组成，分断电弧能量则由两个断口共同承担，配以双向灭弧室及通道，使断路器的分断速度更快，灭弧时间更短，分断容量更大。

图5 触头系统和灭弧系统

图6 双断点触头系统

3.4 附件的配置

RMM3系列塑壳断路器配备了多种内部和外部附件，以满足不同需求的用户。内部附件包括分励脱扣器、欠电压脱扣器、辅助触点和报警触点以及过载报警不脱扣装置，其采用模块化结构，安装和更换不需开盖，从而确保断路器的可靠性，给用户带来了方便。

分励脱扣器是一种实现断路器远距离分闸的附件，当分励脱扣器的外施电压为分励脱扣器额定控制电压的70%～110%时，就能可靠地分断断路器。分励脱扣器有多种额定控制电压可供不同场合、不同电源时选用。

欠电压脱扣器是一种保护性附件，当电源电压下降到欠电压脱扣器额定电压的35%～70%时，欠电压脱扣器能使断路器脱扣；当电源电压低于欠电压脱扣器额定电压的35%时，欠电压脱扣器能保证断路器不合闸；当电源电压高于欠电压脱扣器额定电压的85%时，欠电压脱扣器能保证断路器正常工作。因此，当受保护电路中电源电压发生欠电压时，能自动断开断路器切断电源，使该断路器以下的电气负载免受欠电压的损坏。欠电压脱扣器也有多种额定工作电压可供用户选择。

随着我国经济的飞速发展以及社会公众意识的逐步提升，传统民居的保护受到了越来越广泛的关注。由于传统民居本身的特点，在对其进行保护时很难保证现状测绘的精度和准度以及建筑表达的直观性和完整性。BIM技术能够准确地记录建筑数据和立体地呈现建筑形状。因此，结合BIM技术对传统民居进行保护具有良好的应用前景，为传统民居保护提供可靠的技术支撑。

辅助触点和报警触点都是用于显示断路器当前状态的内部附件。辅助触点是在断路器分、合闸时改变状态，能显示出断路器的接通状态和断开状态，报警触点是在断路器因故障而断开时改变状态，能显示断路器的故障脱扣状态，用户可以根据不同的需求来选择辅助触点或报警触点。

过载报警不脱扣装置可以在断路器处于过载状态时输出一个无源的报警信号，而断路器仍处于通电状态。用户可以根据该信号来进行后续的控制或操作。

外部附件有手动操作机构、电动操作机构、板后接线装置、插入式接线装置以及抽屉式装置等。

手动操作机构是一种具有将断路器的上下扳动操作转换成旋转操作功能的附件，断路器无论是垂直安装、还是左、右侧横向安装，外部操作手柄均能按同一方向指示断路器的分合状态。用户可以将断路器安装在配电柜内，而操作手柄的面板安装在配电柜门上，有A型和F型两种手柄可供用户选择。其中的连接杆可根据需要选择其长度。

电动操作机构可用来实现断路器的远距离合分闸操作，有直流110V、220V；交流230V等多种额定工作电压适应不同电压的控制回路。

板后接线装置、插入式接线装置以及抽屉式装置提供了用户多种接线方式，用户可利用板后接线装置实现水平接线和垂直接线，利用插入式接线装置可在更换断路器时不改变主回路的接线方式，借助抽屉式装置用户可利用操作机构方便地更换断路器。

目前，塑壳断路器的附件已经成为断路器不可分割的组成部分，拓展或延伸了塑壳断路器的保护范围，保证了断路器保护电气回路的可靠、安全地运行，为实现保护电路区域联锁、集中控制、远程操作；为方便用户操作、维修等多方面起到了重要作用。

4 结 语

随着RMM3系列塑料外壳式断路器推向市场，其高性能、高分断、高可靠性以及附件、安装方式多样化的特点，已经应用在电力行业、建筑行业、工矿企业、商场、住宅等多种场合，为企业带来可观的经济效益。该产品符合国家产业发展政策,对我国电力行业科技创新和技术进步与节能降耗具有重要意义，其合理的性价比，满足了市场需求，它的广泛应用将会带来良好的社会效益。