1、电力系统与低压电器概述
电力系统是一个生产和提供电力能源、满足社会电力需求的复杂系统，由发电、变电、输电、配电和用电等五个环节或子系统所组成，各环节既相互连接又相对独立，承担了电能的生产、传输、分配和使用等职能。
图：电力系统
发电厂将一次能源转换成电能，经过输电和配电将电能输送和分配到最终电力用户，从而完成电能从生产到使用的整个过程。
低压电器通常指交流至 1,000V（含1,140V）、直流电压至1,500V 及以下配电和控制系统中的电器设备，对电能的产生、输送、分配起着开关、保护、控制、调节、检测及显示等作用。低压电器主要使用于电力系统最后两个环节的低压配电和用电控制系统中，广泛应用于电力、电信、工矿企业、交通运输、农业、国防、建筑等领域。
根据低压电器在电气线路中所处的地位和作用，低压电器主要可以归纳为配电电器、控制电器和终端电器三类，具体情况如下：
表：低压电器分类
2、低压断路器及低压断路器附件概述
（1）低压断路器
低压断路器（俗称开关）是指用于交流电压至1,000V（含1,140V）、直流电压至1,500V 及以下的电路中，能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在所规定的非正常电路（例如短路）下接通、承载一定时间和分断电流的一种机械开关电器。低压断路器被广泛用作低压配电系统中各级电器、各种机械设备的电源控制和用电终端的控制和保护设备，普遍应用于电力、电信、工矿企业、建筑、机场、轨道交通、新能源等领域，其产品的性能和质量直接影响电力系统和工业供电系统的可靠性和稳定性。
低压断路器按照结构型式可以分为框架断路器（又称“万能式断路器”，英文缩写为“ACB”）、塑壳断路器（英文缩写为“MCCB”）和微型断路器（又称“小型断路器”，英文缩写为“MCB”）。
框架断路器的所有零件都安装在一个绝缘的金属框架内，采用模块化结构，常为开启式，有较多的结构变化，可装设多种功能附件，且更换部件较为方便，主要用于电力线路主干线的配电与保护，由于具有短路、过载（长延时、短延时）、欠电压、接地保护等多种保护功能，故也被称为万能式断路器。框架断路器的适用额定电流范围较大，一般为630A 至6,300A3。
图：框架断路器
塑壳断路器的所有零件都安装于一个绝缘塑料外壳中，具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格较低、操作容易、使用较安全（指操作者接触导电部件的可能性较小）等特点，适于独立安装。塑壳断路器适用额定电流范围一般为63A 至1,600A，主要用于电力线路分支干线或电动机的配电与保护。
图：塑壳断路器
图：微型断路器
微型断路器，又称小型断路器，属于终端电器的一种，用于线路末端，通常额定工作电流不超过125A，其所有构件装在模压绝缘外壳中，具有外形尺寸模数化、产品安装轨道化、功能扩展模块化等结构特点。
（2）低压断路器附件
低压断路器由本体和附件组成。低压断路器附件是设计安装在低压断路器本体内部或外部，拓展低压断路器在开关、保护、控制、调节、检测、显示等方面的功能与应用的各类功能附件的统称。低压断路器附件为低压断路器增加了更多的控制手段与安全保护，在低压断路器的可靠性、稳定性、安全性和控制自动化、智能化、网络化应用中起着至关重要的作用。目前，低压断路器附件已经成为低压断路器不可分割的重要部分。
按照安装结构的不同，低压断路器附件可以分为内部附件和外部附件。框架断路器附件基本设计安装在框架断路器本体内部；塑壳断路器附件包括欠电压脱扣器、分励脱扣器、报警触头等内部附件和电动操作机构、双电源自动转换开关、插入式接线装置等外部附件两大类；微型断路器附件主要为各种智能控制模块，可以与微型断路器组合成各类智能终端电器。微型断路器本体单位价值较低，凭借其外形尺寸模数化、产品安装轨道化的特点，可以根据产品需求组合具有核心技术、单位价值较高的集成了自动费控、自动重合、漏电保护、过欠压保护、双向通信、故障自诊断等多种功能模块，形成智能终端电器。
图：框架断路器附件示意图
图：塑壳断路器附件示意图
图：智能终端电器示意图
低压断路器附件为低压断路器增加了更多的控制手段、辅助功能与安全保护，其技术含量及制作工艺要求较高。低压断路器附件行业的主要产品具体如下：
①电动操作机构
电动操作机构是一种用于远距离对低压断路器进行自动分闸和合闸操作的装置6。框架断路器的电动操作机构与塑壳断路器以及微型断路器的电动操作机构的结构不同。框架断路器的电动操作机构是为框架断路器进行电动储能操作的执行机构，用于驱动框架断路器的储能机构，使其储能，以供闭合断路器，不直接承担断路器分断的任务。而塑壳断路器与微型断路器的电动操作机构直接执行断路器的本地或远距离闭合、断开和再扣操作。
参考观研天下相关发布的《2017-2022年中国断路器行业发展调研及投资规划研究报告》
电动操作机构有电磁铁驱动和电动机驱动两种形式。电磁铁驱动式电动操作机构的操作力矩比较小，一般适用于壳架等级额定电流225A 及以下断路器，由于电磁铁操作机构的冲击吸动功耗较大及动作时噪声较响，目前在新型断路器上已很少应用。电动机驱动式电动操作机构有弹簧储能型和非储能型两种型式，储能型电动操作机构闭合速度快，闭合功耗小，目前，欧、美电气公司的新型断路器大都配用储能型电动操作机构。非储能型电动操作机构的结构相比储能型简单，体积小，价格低，目前国内塑壳断路器大都配用非储能型电动操作机构。无论是电磁铁或电动机，吸合和转动方向都相同，均由电动操作机构内部凸轮的位置来实现分闸与合闸。
②手动操作机构
手动操作机构是一种通过旋转手柄来操作低压断路器分闸、合闸和再扣的装置，通常具有配电柜门和柜体或抽屉和柜体的联锁及断路器状态指示功能。塑壳断路器设计为上下扳动式操作，通过加装手动操作机构，能够实现断路器的转动式操作以及配电柜面板操作，增强塑壳断路器的操作便利性与安全性。手动操作机构直接安装在塑壳断路器上，其手柄安装在配电柜面板或抽屉外，当转动手柄使塑壳断路器处于合闸状态时，配电柜门不能开启；只有转动手柄处于分闸或再扣状态时，柜门才能打开。在紧急情况下，塑壳断路器处于合闸状态而需要打开柜门时，可按动手柄底座上的开释按钮。
③分励脱扣器
分励脱扣器是一种在远距离或紧急状态下，用于对低压断路器进行快速断开操作的功能附件。当电路正常工作时，分励脱扣器的线圈处于断电状态；当需要远距离控制，给予分励脱扣器外施电压为额定控制电压的70%-110%时，分励脱扣器线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，能够可靠地使断路器脱扣，保障断路器负载端设备和人身安全。框架断路器和塑壳断路器的分励脱扣器在结构上不相同。
④欠电压脱扣器
欠电压脱扣器是一种在欠电压状态下时，用于对低压断路器进行自动断开操作的功能附件。当受保护电路中的工作电压下降到欠电压脱扣器额定电压的35%-70%时，欠电压脱扣器能够自动断开低压断路器切断负载电源，使与该断路器连接的负载电器或电气设备免受欠电压而损坏；当工作电压低于额定电压的35%时，欠电压脱扣器能够防止低压断路器合闸；当工作电压高于额定电压的85%时，欠电压脱扣器能够保证低压断路器的可靠闭合。
欠电压脱扣器按照上电方式不同分为自吸式与助吸式两种。自吸式欠电压脱扣器在接上电压时能够自动吸合并保持，失电时脱扣器动作。自吸式欠电压脱扣器安装方便，适用于壳架电流大、操作较为频繁的场合。助吸式欠电压脱扣器无外力支持时无法完成自动吸合任务，优点是助吸式欠电压脱扣器在低压断路器断开时不带电，只有当断路器闭合时才通电，有利于节能。框架断路器的欠电压脱扣器分为瞬时和延时两种，带延时的欠电压脱扣器用来防止电网中因短时电压降低造成脱扣器误动作使断路器不适当地跳闸，一般可以根据需要设置1s、3s、5s 等延时档位。塑壳断路器与微型断路器的欠电压脱扣器均为瞬时型。
⑤辅助触头、报警触头和辅报触头
辅助触头、报警触头和辅报触头都是用于显示低压断路器当前工作状态的附件。
辅助触头能够提供低压断路器分闸、合闸状态的信号指示，但无法区别断路器是否是因故障脱扣，因此，辅助触头主要用于通过低压断路器的分合，对其相关电器实施控制或联锁，例如向信号灯、继电器等输出信号。框架断路器和塑壳断路器的辅助触头在结构上不相同。
报警触头与辅报触头适用于塑壳断路器。报警触头在塑壳断路器脱扣分断时改变状态，能够提供低压断路器的故障报警，主要用于塑壳断路器因负载出现过载短路或欠电压等故障而自由脱扣后，接通辅助线路中的指示灯或电铃、蜂叫器等，显示断路器的故障脱扣状态。辅报触头集合了辅助触头和报警触头的功能，能够在塑壳断路器的分闸、合闸与脱扣状态下，提供断路器的状态指示和故障报警信号指示。
⑥插入式接线装置
插入式接线装置是一种通过可插拔式触头结构，便于塑壳断路器与主电路安装连接和快速维修更换的装置。在成套装置的安装板上，预先安装一个断路器的安装底座并接通电源线和负载线，安装底座上设置6 个插头，塑壳断路器的连接板上设有6 个插座（电源端、负载端各3 个）。使用时，将塑壳断路器直接插进安装底座；故障时，可以通过断路器的插拔操作，实现断路器的快速更换，不必断开前级电源、不必重新接线。
⑦抽出式装置
抽出式装置是一种通过手柄摇动或杠杆推动，借助抽屉支架内的导轨和拉动结构，用于转换塑壳断路器与主电路的接通、断开和隔离，便于低压断路器故障的快速维修与更换的装置。
⑧双电源自动转换开关
双电源自动转换开关是一种由微处理器控制，用于电网系统中市电与市电或市电与发电机电源之间自动切换的装置，可保障电源的连续供电。其结构由两个塑壳断路器或微型断路器为主开关，对两路电源之间进行切换。当遇到常用电突然故障或停电情况时，双电源自动转换开关将电路自动转入到备用电源，使负载电器与电气设备仍能正常运行。双电源自动转换开关具有联锁装置，避免两个断路器因误操作而同时合闸发生故障。
⑨智能终端电器
智能终端电器是各种智能控制模块与微型断路器组合形成的智能化产品。智能终端电器具有小型化、模数化、安装轨道化等特点，根据各种领域的运用需求，可以组合成电能表外置断路器、漏电重合闸保护器、自复式过欠压保护器、光伏自动并网专用断路器等各种产品。
3、低压断路器及低压断路器附件行业发展状况
（1）低压断路器行业发展状况
低压电器伴随着电的发明与应用而随之诞生，最早出现的低压电器是简单的单极刀开关。19 世纪末出现了三相交流电系统，随之也出现了三相刀开关。诞生于1885 年的早期低压断路器，就是在一般刀开关上加装过电流保护而成。这种断路器能够满足非自动闭合，当电流过载时可以自动断开。随着1892 年刷形触头的出现，空气断路器从刀开关的结构中分离出来，形成了一种独立的大类产品。1905 年具有自由脱扣装置的空气断路器诞生。1930 年以来，电弧产生原理的发现和各种灭弧结构的发明，低压断路器逐渐形成了目前的结构。20 世纪50年代末，电子元件的兴起，又产生了电子脱扣器，到了今天，由于小型化电脑的普及，又有智能型断路器的问世。
新中国成立后，我国低压电器工业有了很大的发展，国内低压断路器大致经历了以下四代的发展过程：
表：国内低压断路器大致经历了以下四代的发展过程
在经历了不断的更新换代之后，在低压断路器行业已开发的四代产品中，第一代产品已经被国家强制淘汰，第二代产品尚有少量生产，第三代产品是国内的主流产品，第四代高端低压断路器产品已陆续推向市场。根据统计了解，目前国内市场上第二代、第三代、第四代产品分别占市场容量的20%、70%与10%。
随着智能电网建设、新能源的广泛应用、环保门槛的提升及各类用户对产品性能、质量等要求的提高，以第三、第四代产品为代表的中、高端低压断路器产品的市场份额比重将会逐步增加。
从技术发展的具体层面上看，我国低压断路器目前的发展方向为借助新技术的应用和结构上的创新，在第三代产品的基础上，对第四代产品的可通信、高性能、小型化、高可靠、绿色环保等特点进行探索开发。在第四代智能断路器产品的研究中，主要是将现场总线技术融入到智能断路器的研究中，以及实现直接与工业以太网连接。其中，现场总线技术目前是比较成熟的技术，在智能断路器产品中，加入现场总线技术可以使其具有更好的联网通信能力，以实现遥调、遥测、遥信和遥控等“四遥”功能。
根据国内外在低压断路器智能化方面的研究动态来看，新一代智能化低压断路器已不是一台单纯的保护装置，而是将测量、保护和通信等功能集于一体，将成为一个多功能的，综合性的电网智能电器设备。随着智能微控制器技术的不断进步，它为智能断路器的性能优化、功能多样化以及工作可靠化的发展路径提供了强有力的技术支持，使智能断路器向着高度智能化、通信网络化、控制器件产品化、产品模块化和通用化方向发展。
（2）低压断路器附件行业发展状况
①框架断路器附件
我国框架断路器最早是仿制苏联 A15、A2050 的DW1、DW2 型，第一代是20 世纪60 年代至70 年代初在此基础上更新研发的DW10，分断能力低，保护特性单一13。20 世纪80 年代我国研发出具有过电流三段保护特性的第二代DW15系列产品并生产推广。前两代框架断路器产品的结构简单，智能化要求较低，附件应用需求较少，一般由框架断路器主机厂自我拼装完成。
20 世纪90 年代全国联合设计、自行开发第三代DW45 系列框架断路器，采用了带微处理器的智能控制器、多回路并联触头等结构，使断路器不仅具有智能化功能，分断能力也显著提高，从第一代DW10 的30kA 提升至80kA-100kA，且断路器体积进一步缩小。基于DW45 系列框架断路器的智能化功能与安全保护的需求，大量引入了辅助触头、分励脱扣器、闭合电磁铁、欠电压脱扣器、电动操作机构等断路器附件，并由部分附件厂商直接参与联合设计，承担附件的研发、承制任务。框架断路器各种附件按照一定比例与断路器本体一一对应，即每台框架断路器都需要配置相应数量的附件。随着第三代断路器DW45 系列产品逐渐成为市场主流产品，产量迅速扩大，附件应用的需求日益扩大。
我国第四代框架断路器产品通过对第三代产品结构完善优化，如增加连接截面、触头压力和机构合闸力，提高操作机构类零部件的强度等一系列措施，采用新型双断点触头系统以及多回路并联和电动力补偿相结合的方式，进一步提高了框架断路器的性能。第四代产品陆续推出市场，对与框架断路器配套的各类附件的智能化与可通信功能，提出了更高的要求。
②塑壳断路器附件
我国最早的塑壳断路器是仿制苏联 A3 的DZ1 系列产品。针对DZ1 体积过大、短路分断能力偏小等缺陷，对其进行了改进，形成了我国自行设计的第一代塑壳断路器产品DZ10 系列。第一代产品没有限流能力，分断能力很低，附件应用极其稀少，可以忽略不计。
20 世纪80 年代我国开发了第二代塑壳断路器DZ20 系列，开始采用限流技术，其分断能力有所提高。第二代塑壳断路器开始引入了附件需求，此时的塑壳断路器附件种类较少，功能较为单一，且应用比例极低，每百台塑壳断路器仅有1-2 台需要安装配套附件，主要用于少量高端用户。在全国进行塑壳断路器的联合设计时，存在“重主机、轻附件”的情况，因为应用数量较少，断路器主机厂不愿意投入资金、技术对附件进行研发，仅通过临时拼凑的方式满足少量的附件需求，存在一定的安全隐患。同时，塑壳断路器附件具有一定的技术难度，关乎到塑壳断路器的可靠性与安全性，因此国家原机械工业部指定了包括一批具有一定研发、生产能力的元件厂作为断路器附件的定点生产专业企业。
20 世纪90 年代，我国第三代塑壳断路器CM1 和S 系列产品投向市场，限流能力、短路分断能力和可靠性明显提高。随着行业第三代产品的智能化特点，塑壳断路器附件的应用需求比例逐渐上升。此时塑壳断路器附件的特点是品种规格繁多、单位价值提高。根据断路器的不同功能需求，可以装配电动操作机构、手动操作机构、分励脱扣器、欠电压脱扣器、报警触头、辅助触头、辅报触头、插入式接线装置、抽出式装置等不同功能用途、几千种规格的内外部附件。就附件本身价值来说，塑壳断路器内部附件合计总价值接近于塑壳断路器本体的价值，若加上外部附件电动操作机构、手动操作机构及其他附件，其价值已超过塑壳断路器本体的价值。
21 世纪初，我国自行开发出第四代智能化塑壳断路器产品，主要特征是体积更小、可靠性高、性能指标进一步提升、保护功能多样化、功能拓展与完善、通信方式的便捷性与广域性、绿色环保等，其结构设计完全摆脱了以仿为主的模式，进入系统性全方位设计，向模块化方向发展。对附件来说，新一代塑壳断路器的附件亦趋向于模块化、标准化方式，为附件生产企业实现半自动、自动化批量生产创造了条件和机遇。
③智能终端电器
微型断路器，又称小型断路器，属于终端电器的一种。我国第一代微型断路为20 世纪80 年代初由上海华通开关厂试制生产的DZ12 系列与天津低压电器厂试制生产的DZ13 系列。20 世纪80 年代末，第二代微型断路器产品在国内兴起，迅速替代熔断器，在建筑、终端配电领域占据了重要的地位。1988 年天津市引入法国施耐德集团生产的C45 系列产品获得极大成功。C45 产品的分断能力一般为4.5kA-6kA，具有模数化特点，部分可以远程控制分闸。
20 世纪90 年代后期，各国外资企业以其品牌知名度、先进的技术和工艺大批进入国内市场，涌现了一批独资、合资企业，实现本土化和成本最优化，以升级换代后的产品投入市场竞争，典型代表产品包括C65、S260，产品分断能力得到一定的增强，同时部分产品还具有远程控制分闸、合闸功能。
21 世纪初期，第四代我国自主研发的微型断路器产品投向市场，具有信息化、网络化、智能化的应用与发展特点。从微型断路器的发展趋势来看，未来微型断路器的重点在扩展系列、发展附件与增加功能。
一是发展具有可通信功能的智能微型断路器，即将微型断路器与 RCA 或ARA 远程控制模块相结合，从而使其具有可通信功能，使终端配电与上级中央调度室、楼宇管理系统或LPC 进行通信，以适应工业、商业、住宅等电动机、电器、照明等各种电力负载的动态需求，并可实现线路的检查和连接，并有多种远程控制模式可供选择。
二是综合提高微型断路器产品的安全性和主要指标，即实现微型断路器的选择性保护（延时分断功能），为实现终端配电系统全范围选择性保护奠定基础；同时细化微型断路器的保护功能，完善各种附件，包括发展具有对数字电度表保护的微型断路器以及开发带电动操作机构并具有遥控操作功能的微型断路器，这类新一代微型断路器产品的诞生为建筑物终端配电系统采用现场总线，实现智能监控成为可能。除电动操作机构外，还可增加各种功能附件，如辅助触头、分励脱扣器、欠电压脱扣器等。
微型断路器体积较小、本体单位价值较低，但是凭借其外形尺寸模数化、产品安装轨道化的特点，可以根据产品需求组合具有核心技术、单位价值较高的集成了自动费控、自动重合、漏电保护、过欠压保护、双向通信、故障自诊断等多种功能模块，形成智能终端电器。
目前，我国微型断路器行业产品面广量大，根据行业年报统计，全国年产量约为9 亿到10 亿极。但是国产微型断路器整体上高端市场竞争力缺乏，一般额定工作电流局限于63A 及以下，且各种功能附件的研发与配套极为缺乏，只能应用在一般普通场合，大部分对自动控制及安全保护要求较高的应用领域均使用以施耐德、ABB 为代表的外资企业的产品为主。
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