塑料外壳低压断路器的优点及应用场景

塑料外壳式低压断路器具有的多种功能是以脱扣器和附件的形式实现的，根据用途不同，可选用不同的脱扣器和附件组成不同功能的低压断路器。

1.塑料外壳式低压断路器的结构

塑料外壳式低压断路器是广泛应用于低压配电开关柜（箱）中的一种开关元件，可作为配电线路、电动机、照明电路及电热器等设备的电源控制及保护开关。塑料外壳式低压断路器的结构如图2-8所示。

塑料外壳式低压断路器的主要特征是由触头和灭弧系统、操作机构、各种脱扣器、附件等4个基本部分组成，所有部件都装在由聚酯绝缘材料模压而成的封闭外壳中。

（1）触头和灭弧系统。触头用于在断路器中实现电路接通或分断。主触头（静触头和动触头）和灭弧系统是执行电路通断的主要部件。主触头是由操作机构和自由脱扣器操纵其通断的，可用操作手柄操作，也可通过分励脱扣器远距离操作。在正常情况下，主触头可接通、分断工作电流，当出现故障时，能快速及时地切断高达数十倍额定电流的故障电流，从而保护电路及电器设备。有些断路器具有辅助触头或辅助触头附件，用于对断路器相关的控制回路和信号回路作自动控制之用，见表2-1。

图2-8 塑料外壳式低压断路器的结构

（2）脱扣器。从低压断路器的基本功能来看，它是由各种脱扣器组成，其基本功能也是由各种脱扣器的动作来实现的。各种脱扣器的执行机构称为自由脱扣器。自由脱扣机构是一套连杆机构，当主触头闭合后，自由脱扣机构将主触头锁在合闸位置上。如果电路中发生故障，自由脱扣机构就在相关脱扣器的操动下动作，使脱钩脱开，从而实现各种保护功能。表2-1是塑料外壳式低压断路器的脱扣方式及附件代号。

表2-1 塑料外壳式低压断路器的脱扣方式及附件代号

举例，DZ20-250/300，表示DZ20系列塑料外壳式断路器，额定电流250A，3极，复式脱扣器，不带附件；而DZ20-250/330则是复式脱扣器，带分励脱扣器附件。附件分为内部附件和机外附件两类，选用时需注意。内部附件是断路器内部的附属装置，包括各种脱扣器、辅助触头等，以模块式安装，使用端子防护罩确保断路器使用时的安全性和可靠性。内部附件须开盖安装。机外附件是安装在断路器外部的附属装置，包括转动手柄操作机构、电动操作机构、闭锁装置、板后接线装置、插入式安装台和辅助触头等。

（3）操作机构。断路器操作机构包括传动机构和脱扣器两大部分。传动机构按断路器操作方式不同可分为手动传动、杠杆传动、电磁铁传动、电动机传动；按闭合方式可分为储能闭合和非储能闭合；自由脱扣器的功能实现各种脱扣器、传动机构和触头系统之间的联系。手动操作机构采用传统的四连杆结构方式，具有弹簧储能，以使触头快速合闸和分断，其“合”、“分”、“再扣”和“自由脱扣”位置以手柄位置来区分。新型塑料外壳式低压断路器面板上设有一个小门，各种附件可通过这个小门安装于操作机构两侧空余的间隙内，以缩小整个断路器的体积。旋转操作手柄用作在开关柜门外操作断路器及断路器处于闭合状态时与柜门机械联锁之用。旋转操作手柄有旋钮型和枪型旋转操作手柄等多种形式，并有手柄闭锁装置。旋钮型手柄直接安装在断路器上，其手柄露在配电柜面板或抽屉外；枪型手柄的操作机构安装在断路器上，手柄的面板安装在配电柜门上，手柄轴长度可调。旋转操作手柄能按同一方向指示断路的分合状态。手柄闭锁装置是一种能使断路器操作手柄可靠地处于打开或闭合位置（即分闸或合闸锁定），而在机械上并不影响断路器自由脱扣的保护装置。当断路器负载侧电路需要维修或不允许通电时，可用手柄闭锁装置将断路器锁定在分闸状态，以防被人误将断路器合闸，从而保证维修人员安全或用电设备的可靠使用。当断路器合闸通电时，利用合闸锁定也可防止误操作，而引起停电事故。有的旋转操作手柄可外加挂锁锁定，以防误操作。图2-9是旋转手柄操作机构的外形及安装示意图。

图2-9 旋转手柄操作机构的外形及安装示意图

电动操作机构用作断路器的自动控制和远距离的闭合和断开之用。当断路器因故障而自由脱扣时，应先进行一次分闸操作使断路器再扣，然后便可进行合闸操作。如采用断路器的报警开关或辅助开关的动合触头，在断路器脱扣时，由报警开关或辅助开关立即将电动操作机构的分闸操作电路接通，电动操作机构就会立即进行分闸操作，使断路器实现再扣，以确保远距离对断路器进行“合”、“分”闸操作。电动操作机构有电动操作和电磁操作两种。电动操作由电动机驱动，一般适用于400A及以上大容量断路器的操作；电磁操作由电磁铁驱动，适用于100A、225A等小容量断路器。

2.塑料外壳式低压断路器的工作原理

塑料外壳式低压断路器是由各种脱扣器组成，其基本功能是由各种脱扣器的动作来实现的。塑料外壳式低压断路器的工作原理如图2-10所示。

图2-10 塑料外壳式低压断路器的工作原理示意图

a）原理图 b）剖面图 c）外貌图

1—弹簧 2—主触头3—自由脱扣机构 4—过电流脱扣器 5—分励脱扣器 6—热脱扣器 7—欠电压脱扣器 8—分励按钮 9—外壳 10—操作手柄

由图2-10可见，当主触头2闭合后，自由脱扣机构3将主触头锁在合闸位置上。如果电路中发生故障，自由脱扣机构就在相关脱扣器的操动下动作，使脱钩脱开。自由脱扣器也可以看作是实现各种脱扣器功能的中间传递部件。

（1）电磁脱扣器。电磁脱扣器（过电流脱扣器）4的线圈和热脱扣器6的热元件与主电路串联。电磁脱扣器可以是固定式的，也可以是可调式的。电子式脱扣器都是可调的。当电路发生短路或严重过载时，电磁脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，从而带动主触头断开主电路，动作特性具有瞬动特性或定时限特性。一般用途低压断路器的过电流脱扣器是复式脱扣器，即瞬时脱扣器和热脱扣器的组合。在短路条件下，电磁脱扣器动作分断断路器，锁定机构也动作使断路器的动作机构保持在分断位置，在未将断路器手柄扳到分断位置使工作机构复位以前，断路器拒绝复位合闸。(www.xing528.com)

（2）热脱扣器。当电路过载时，热脱扣器（过载脱扣器）的热元件发热使双金属片向上弯曲，推动自由脱扣机构动作，动作特性具有反时限特性。热脱扣器在给定电流范围内是可调的，调节方式一般为旋钮式或螺杆式。热脱扣器的动作特性和整定电流对应，一般用整定电流的倍数来表示。当为长延时电子式过载脱扣器时，其动作时间也可按6倍整定电流确定。当低压断路器由于过载而断开后，一般应等待2～3min才能重新合闸，以使热脱扣器恢复原位，这也是低压断路器不能连续频繁地进行通断操作的原因之一。

（3）欠电压脱扣器。欠电压脱扣器7用作线路及电源设备的欠电压保护，可进行远距离分断。欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电源电压下降到欠电压脱扣器额定电压U_N的70%～35%时，欠电压脱扣器的衔铁释放，使自由脱扣机构动作，使主触头断开。

（4）分励脱扣器。分励脱扣器用作远距离控制断路器断开之用。通常分励脱扣器用于应急状态下对断路器进行远距离分闸操作和作为漏电继电器等保护电器的执行元件。目前较多使用在配电柜开门断电保护电路中。分励脱扣器5在正常工作时，其线圈是断电的，当需要远距离控制时，按下起动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触头断开。分励脱扣器的工作电压范围为（70%～110%）U_N，有些产品可达（50%～110%）U_N。还有一种作电网保护用的特殊分励脱扣器，其工作电压范围为（10%～110%）U_N，它由一个普通脱扣器和一个电容器延时单元组成。电容器容量保证延时单元能储备足够的能量，使这种脱扣器能在电源出现故障后仍能动作。电容器充足电以后，在无电源条件下约可维持4～5min。大功率低压断路器可配电动操作机构对断路器进行远距离操作分、合闸。

3.塑料外壳式断路器产品简介

（1）塑料外壳式断路器产品类型和用途

塑料外壳式低压断路器有体积小、分断能力强、飞弧短（部分规格零飞弧）、抗振动等特点，广泛应用于配电馈线控制和保护、小型配电变压器的低压侧出线总开关、动力配电终端控制和保护、住宅配电终端控制和保护，以及各种生产机械的电源开关。塑料外壳式低压断路器的生产厂商、品牌种类繁多，据不完全统计，已超过2000多个品种，国产典型型号为DZ20，另外还有许多以企业特征代号命名的派生产品，如常熟开关厂CM1等系列、西屋电气WCM1等系列、天正TGM1等系列、人民电器RDM1等系列、德力西CDM1等系列、正泰NM1等系列、三菱WS和NF等系列、西门子3VL等系列、金钟-默勒NZM等系列、梅兰日兰NS和S等系列、士林ZAM1（BM）等系列。

塑料外壳式低压断路器产品按不同用途，分为配电用断路器、电动机保护用断路器、漏电保护用断路器和照明用断路器等；按其额定极限短路分断能力的高低可分为低分断型、标准型、较高分断型、高分断型等4类；按其产品特性主要有一般型、限流式、带剩余电流保护型、智能型和智能型可通信塑料外壳式低压断路器等5大类；按其过电流脱扣器型式可分为复式脱扣、瞬时脱扣、电子式脱扣和智能脱扣等4种；按其接线方式分为板前接线、板后接线、抽出式、插入式等类型。部分产品可垂直安装（即竖装），亦可水平安装（即横装）；按其产品的极数可分为二极、三极与四极。四极塑料外壳式断路器主要用于三相五线制配电系统中，它能保证将中性线电流不为零的电源完全断开，确保安全。四极塑料外壳式断路器中的中性极（N极）位于最右侧，在分合过程中，中性极规定为闭合时较其他三极先接触，分闸时较其他三极后断开。其型式又分N极不安装或安装过电流脱扣器，N极始终接通，或与其他三极一起合分等类型。

配电用断路器在配电网络中用于总电源或线路分支的电源开关，并具有过载、短路和欠电压保护功能。电动机保护用断路器用作笼型电动机的起动和分断，并具有电动机过载、短路和欠电压保护功能。漏电保护用断路器除具有上述断路器功能外，还可在用电器发生漏电时自动跳闸，从而起到防触电作用。照明用断路器除作为电源开关用外，主要用于线路过载和短路保护，具有高分断能力。带辅助触头的断路器一般每组辅助触头为一常开、一常闭，有些型号的断路器辅助触头每组由两常开、两常闭触头组成。

（2）DZ20系列塑料外壳式断路器

DZ20系列塑料外壳式断路器的灭弧系统是由灭弧室和其周围绝缘封板、绝缘夹板所组成。绝缘外壳由绝缘底座、绝缘盖、进出线端的绝缘封板所组成。绝缘底座和盖是断路器提高通断能力、缩小体积、增加额定容量的重要部件。触头系统由动触头、静触头组成。630A及以下的断路器，其触头为单点式。1250A断路器的动触头由主触头及弧触头组成。电流脱扣器分过载（长延时）脱扣器、短路（瞬时）脱扣器两种。过载脱扣器为双金属片式。短路脱扣器为电磁式脱扣器。操作方式有手动直接操作、转动手柄操作和电动操作三种。安装方式有板前接线方式和板后接线方式。断路器的电气特性通常用保护特性曲线表示。制造厂商的产品样本中会根据具体产品型号给出多种保护特性曲线供选择。图2-11所示是DZ20系列塑料外壳式断路器的一种保护特性曲线。

图2-11 DZ20系列断路器动作特性曲线示例

a）型（配电用） b）型（保护电动机用）

由图2-11可见，保护特性曲线是在对数坐标系下通过测试建立的，包括过载反时限动作、短路定时限动作和短路瞬时动作三段曲线。从横坐标1.05～10倍区段是过载反时限动作曲线段，从横坐标5～10倍区段内的垂直曲线是短路定时限动作曲线，短路瞬时动作曲线则是近似水平靠近横坐标轴的那段直线。图中虚线框中的数字是脱扣电流范围，图2-11a表示脱扣电流范围为（5～10）I_n，适用于保护配电线路及具有较高接通电流的照明线路和电动机回路。图2-11b表示脱扣电流范围为（8～12）I_n，适用于保护电动机回路设备，有较高的抗冲击电流能力。保护特性见表2-2～表2-4。

表2-2 DZ20系列配电用断路器反时限特性

注：I_n断路器或脱扣器的额定电流；热态是指通以约定不脱扣电流到规定的约定时间的状态。

表2-3 DZ20系列电动机保护用断路器反时限特性

表2-4 DZ20系列断路器三极过载脱扣器仅二极通电时的断开特性