摘要：低压电器产品的可靠性是产品质量的一个重要组成部分，开展低压电器产品可靠性研究与应用工作具有十分重要的意义。其可靠性的重要程度远高于继电器等控制类电器，动作可靠性研究有重大的社会效益。
关键词：断路器；基础元件；动作机制；可靠性
引言：微型断路器（MiniatureCircuitBreakerMCB）是一种被广泛应用的低压产品，且其产量很大。微型断路器的应用比较广泛，比如对纯电阻负载，电动机，变压器等启动时电流过大引起的冲击性负荷。在线路和电器设备的过载和短路的情况保护运用很好。
1微型断路器选择的一般条件及注意事项
1.1型号选择，按不同用途选用不同的断路器，断路器一般分为配电用、照明用、保护电动机用、可控硅保护用以及漏电保护用等。
1.2极数选择，根据安装环境条件的不同、保护对象的相数选择四极、三极、二极、单极断路器。
1.3断路器额定电流的选择，“断路器额定电流”，通常是指“断路器壳架等级额定电流”而不是“脱扣器额定电流”。“断路器壳架等级额定电流”是标明断路器的框架通流能力的参数，主要由主触头的通流能力决定，它也决定了所能安装的脱扣器的最大额定电流值。
1.4低压断路器的额定电压≥线路的额定电压。
低压断路器脱扣器额定电流≥线路计算电流。
1.5有些低压断路器的脱扣器额定电流对环境温度的变化特别敏感，选用时需要注意使用环境的气象条件。
2我国微型断路器的发展历程
微型断路器的结构比较复杂，同时也就造成了它的技术含量的高度以及良好的经济价值。我国微型断路器的发展相对较晚，在20世纪70年代开始起步，90年代才有了较好的推广。因其良好的性能，以及工业背景的需求很大，所以在80年代末期，微型断路器一经推广就迅速在许多领域占据了重要地位。与此同时，国外的企业开始关注我国微型断路器的发展，并迅速进入市场，同时我国在外企进入的基础上，引进技术，微型断路器的发展更加迅速。总体来说，我国微型断路器的发展分为4个阶段，每个阶段都有其代表性产品。
第一阶段为20世纪70年代末期，我国微型断路器引进德国F&G公司技术生产了DZ12，S060等产品。这类产品并不理想，首先其体积很大，在工业生产以及民用方便受到了很大的限制；其次，其分断能力很弱。这就使其在应用领域大大减少，同时可靠性也受到很大质疑。第二阶段为80年代中期，在引进德国F&G公司技术以及对现有产品的改进，生产出了C45N，PX200C，DZ47等产品。该类产品的分断能力相对也较低，大致为4.5~6.0kA。但其相对于DZ12类产品做出了很大改进。大致为：体积过大问题得到了改进；逐渐朝模数化方向发展，与工业生产联系更为紧密；附件齐全，已不在是单一产品，相应配套软件应运而生；可远程控制分闸，使其安全性能以及智能化水平得到很大提高。
3微型断路器动作可靠性分析
3.1操作机构动作机制
在大多数MCBS中实现了磁脱扣和热脱扣机构的组合。在磁性和热脱扣操作中，当触点开始分离时形成电弧。然后将电弧通过电弧流道强制进入弧形分流板。这些电弧分离器板也称为弧槽，其中电弧形成一系列电弧，同时能量提取并冷却电弧。因此，这种布置实现了电弧消光。当触点在过载或短路情况下分离时，形成电弧。所有现代MCBS都被设计用来处理电弧中断过程，电弧能量提取和冷却由金属电弧分离器板提供。这些板用绝缘材料保持在适当的位置。此外，电弧流道被提供以强制在主触头之间产生电弧。该磁力脱扣装置基本上由一个复合磁性系统组成，该系统具有弹簧加载的缓冲器，其具有硅流体中的磁性弹塞和正常的磁性跳闸。跳闸装置中的载流线圈将弹片相对于弹簧移动到固定极片。因此，当线圈产生足够的磁场时，在拉力肝脏上产生磁拉力。在短路或重载过载的情况下，线圈（螺线管）产生的强磁场足以吸引跳闸肝脏的电枢，而不管蛞蝓在缓冲器中的位置。
热脱扣装置由一个双金属带围绕，加热器线圈被缠绕，从而根据电流的流动产生热量。加热器设计可以是直接的，其中电流通过双金属条，它影响电路的一部分，或者间接地将载流导体的线圈缠绕在双金属带上。双金属板的挠度在某些过载情况下激活跳闸机构。双金属条由两种不同的金属组成，通常是黄铜和钢。这些金属沿其长度铆接和焊接。这些都是这样设计的，所以它们不会将带材加热到正常电流的跳闸点，但是如果电流超过额定值，则带钢被加热、弯曲并跳闸。双金属条被选择在特定过载下提供特定的时间延迟。
3.2操作机构可靠性
模型MCU发出的合闸和分闸指令需要由直流电机来执行，并最终带动操作完成动作。断路器在电力系统中起控制和保护作用，其性能的可靠与否关系到电力系统的安全、稳定运行。为降低非全相分合闸情况出现，有的场所需要用三相机械联动。直观地判断三相机械联动断路器可靠性远大于电气联动的断路器是不合理的，实际情况需要具体分析。2.3操作机构可靠性分析对模型进行分析：k=15×10-6/℃，δ=0.6mm给出以下可靠度计算公式：Z=Md-Mr，由公式可知，可靠度与驱动力矩Md，阻力矩Mr相关。总阻力矩Mr通过MonteClaro方法计算。由分析可知，当对转动副J点取矩，脱扣力产生的力矩就是驱动力矩Md。对Md进行计算就必须要计算推力，推力由以下公式计算
根据以上模型给出在电流条件为1.5倍IN时，微型断路器操作机构的动作可靠性，此时发生过载脱扣时，热双金属片的温升Δt=70℃。再由给定值E=152GPa得出推力为2.6N。由推力计算驱动力矩Md，驱动力矩Md可近似认为服从正态分布。
4剩余电流保护附件的选择
在低压电网中防止人身触电、电气火灾及电气设备损坏可选择带有剩余电流保护附件的断路器。按动作方式分为电磁式剩余电流保护器和电子式剩余电流保护器。电磁式剩余电流保护器为零序电流互感器的二次回路输出电压不经任何放大，直接激励剩余电流脱扣器，其动作功能与线路电压无关。正确合理地选择漏电保护器的额定漏电动作电流非常重要：一方面在发生触电或泄漏电流超过允许值时，漏电保护器可有选择地动作；另一方面，漏电保护器在正常泄漏电流作用下不应动作，防止供电中断而造成不必要的经济损失。漏电保护器的额定漏电动作电流应满足以下三个条件。
1）为了保证人身安全，额定漏电动作电流应不大于人体安全电流值，国际上公认30mA为人体安全电流值。
2）为了保证电网可靠运行，额定漏电动作电流应躲过低电压电网正常漏电电流。
3）为了保证多级保护的选择性，下一级额定漏电动作电流应小于上一级额定漏电动作电流。结束语：断路器能否有效而可靠的动作，较大程度上取决于操作机构的性能和质量，所以根据断路器的不同，其配备的操作机构应满足所需性质和可靠性，对断路器的内部构造尤其是执行动作的操作机构进行介绍，探究了动作机制，并从物理模型上对动作机制进行分析，研究了驱动动作的驱动力矩计算结果，给出了可靠性的评价方法与措施。
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论文作者:金超
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/29
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