塑殼斷路器（Moulded case circuit breaker，MCCB）常用于配電饋線保護，能夠在電流超過跳脫電流設(shè)定值后自動切斷電流，是配電系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛且最重要的開關(guān)電器設(shè)備之一，其中塑殼是用塑料絕緣體作為裝置外殼來隔離導(dǎo)體之間以及接地金屬部分。作為配電系統(tǒng)中核心的控制保護設(shè)備，塑殼斷路器的性能好壞對整個配電系統(tǒng)可靠運行起著非常重要的作用。
由于斷路器本身的費用比其他設(shè)備的成本要低得多，例如發(fā)電機、變壓器、關(guān)鍵負載；但如果一旦發(fā)生事故，造成的巨大損失遠超過斷路器本身價值，因此斷路器的完善與否直接關(guān)系著居民和工業(yè)用電的可靠性和用電質(zhì)量，作為塑殼斷路器控制系統(tǒng)的脫扣器必須具備高可靠性。
常見的塑殼斷路器（MCCB）控制器按工作原理分主要分為電磁式脫扣器、熱磁脫扣器和電子式脫扣器。
電磁脫扣器：功能單一，只提供瞬時動作保護（短路保護）；其工作原理是當斷路器內(nèi)部流過的電流足夠大時，電流所產(chǎn)生的磁場力克服反力彈簧吸合銜鐵打擊牽引桿，再帶動執(zhí)行機構(gòu)動作切斷電回路。而反力彈簧的單一性，也決定了電磁脫扣器只能單一的提供短路保護，并且保護點是由反力彈簧特性及磁場力決定， 非人為可設(shè)定；
熱磁脫扣器：雙金屬片應(yīng)用于脫扣器，形成了熱動加電磁的復(fù)合式脫扣器。熱磁脫扣器與電磁脫扣器相比，多了熱保護功能，熱保護也就是過載保護，其原理是電流經(jīng)過塑料外殼斷路器的脫扣器時，脫扣器內(nèi)部的熱元件發(fā)熱并使雙金屬片受熱變形，當雙金屬片變形至一定程度時，打擊牽引桿再帶動機構(gòu)動作切斷電回路；
電子脫扣器：一種電子電路構(gòu)成的脫扣器，一般由電流互感器、自供電電源電路、數(shù)據(jù)處理電路、控制單元及執(zhí)行機構(gòu)組成。具備長延時 反時限保護、短延時反時限保護、短路瞬時保護、接地故障保護等保護功能，并可附帶通信實現(xiàn)遙信、遙控、遙測、遙調(diào)的“四遙”功能，且?guī)в袩嵊洃?、預(yù)報警、故障查詢等附加功能。
隨著經(jīng)濟社會高速發(fā)展，城鄉(xiāng)配電網(wǎng)規(guī)模的逐步擴大，能源結(jié)構(gòu)也發(fā)生了重大變化，新型配用電電力系統(tǒng)在監(jiān)測、控制、保護等方面的自動化控制水平、運維管理水平和智能化的要求越來越高，對控制器的功能提出更廣泛的需求：
1、低壓配電電器智能化趨勢下，數(shù)字化、可通信要求使電子式產(chǎn)品應(yīng)用需求不斷釋放，基于雙碳和節(jié)能目標的電參量測量功能應(yīng)用普及；
2、高比例分布式新能源的接入，帶來高精度保護需求，以保障電力系統(tǒng)供電連續(xù)性；
3、高比例的電力電子設(shè)備接入，造成電網(wǎng)運行環(huán)境的變化，對產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性也提出了更高的的要求。
傳統(tǒng)的電磁脫扣器只能提供短路保護，熱磁脫扣器只能提供二段保護，動作值誤差比較大，不可以調(diào)節(jié)，受環(huán)境影響較大，雖然傳統(tǒng)的電磁和熱磁脫扣器具備成本低、壽命長等優(yōu)點，但是由于熱磁脫扣器的熱保護受周圍環(huán)境溫度的影響比較大， 所以一般都用于對于過電流保護不是很敏感的電氣回路上。顯然，在上述場合應(yīng)用要求下， 傳統(tǒng)的電磁、熱磁脫扣器已力所不能及。
電子式脫扣器（或稱智能控制器）從一次回路通過電流傳感器取出小信號電流來測量作為保護的依據(jù)，其測量精度高、受環(huán)境溫度的影響相對較小，可以方便地進行保護值的整定，實現(xiàn)三段保護；加裝通訊模塊后還可以與上位機連接，進行遠程控制；滿足了新型配用電系統(tǒng)在測量、保護、控制方面的要求。
可以預(yù)見在電子技術(shù)大發(fā)展的時代背景下，塑殼斷路器控制器全面邁向智能化的趨勢愈發(fā)明朗，依托電力+算力發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運行規(guī)律和潛在風險成為產(chǎn)品應(yīng)用趨勢。
一般而言，MCCB電子式脫扣器在設(shè)計時主要考慮的難點和重點如下：
電子式脫扣器功能模塊組成
電子式脫扣器電源電路設(shè)計要求
電流互感器兼容設(shè)計
高精度信號采樣電路
微處理器選型
人機接口
網(wǎng)絡(luò)接口等
結(jié)合MCCB電子式脫扣器應(yīng)用趨勢，當前的MCCB電子式脫扣器設(shè)計方案基本都能完成模塊搭建和功能實現(xiàn)，在設(shè)計過程中如何平衡功能和成本以及關(guān)注產(chǎn)品可靠性成為電子式脫扣器方案設(shè)計的關(guān)鍵；而在機械本體分斷、耐受等性能過剩、整機成本經(jīng)濟性需要重點考慮的背景下，如何通過電子技術(shù)提升產(chǎn)品的智能化附加值，成為MCCB電子式脫扣器的設(shè)計趨勢。
在“雙碳”目標下的新型配用電系統(tǒng)建設(shè)中，通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型提升企業(yè)運營和制造水平已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。數(shù)字化配電柜、樓宇綜合體等大型設(shè)施的分項計量、能耗管理分析優(yōu)化，形成了配電電器電參量測量三大典型市場應(yīng)用需求。
IEC 60364-8-1《低壓電氣裝置 第8-1部分：能源效率》標準中對建筑物的能源采集做了詳細規(guī)定。能效管理層面，電能測量有著不同的目的，因此由于采集目的的不同，采集的數(shù)據(jù)類別和精度也不同。目前，對配電電器提出的測量需求目標主要設(shè)定在1～2%。
我們在進行電子式脫扣器設(shè)計時重點需要考慮電流采樣精度，因為它決定了電子式脫扣器的電流特性保護動作精度以及電流測量顯示精度。電流互感器及PCB采樣處理電路是影響電流采樣精度的兩個重要環(huán)節(jié)。其中，電流互感器性能較為關(guān)鍵，其輸出電流信號線性度、批量一致性很大程度上決定了電子式脫扣器的電流采樣精度水平。
通過批量電流測試（常規(guī)鐵芯電流互感器+PCB）及校準算法，能夠基本實現(xiàn)0.2*In~1.2*In范圍內(nèi)電流采樣精度達到1%，0.2*In~14*In電流段保護精度基本可控制在5%以內(nèi)。
電流互感器通電產(chǎn)生的二次側(cè)輸出能量為控制器PCB供能。由于一次側(cè)輸入電流范圍較大（往往可達0.2*In~14*In）。這樣，一次側(cè)較大電流情況下，二次側(cè)輸出能量偏大，若PCB電路不做任何處理，能量回路的電子元器件將流過較大電流，導(dǎo)致元器件熱量急劇累積，結(jié)溫及表面溫度飛升，影響產(chǎn)品可靠性；嚴重情況下，甚至可導(dǎo)致PCB失效，引發(fā)安全隱患。故良好的產(chǎn)品設(shè)計，需要考慮關(guān)鍵元器件的溫升控制，做好互感器的二次側(cè)輸出能量分配策略。
以下為某電子式脫扣器在實施互感器能量分配軟硬件策略后，在通以1.2*In電流，熱穩(wěn)定情況下，PCB的溫升情況。（環(huán)境溫度16.4℃，PCB器件溫度**34.5℃，**溫升18.1K）
電子式脫扣器在設(shè)計過程中，需考慮滿足國家標準、節(jié)能減排、降低用電負荷等需求。一般而言，電子式脫扣器的功耗應(yīng)在如下三方面因素基礎(chǔ)上進行設(shè)計：
要保證電子式脫扣器正常工作，電子系統(tǒng)的電源供應(yīng)應(yīng)該“開源節(jié)流”。在互感器設(shè)計不變的情況下，外部能量輸入是定量，從電子式脫扣器自身進行“節(jié)流”的設(shè)計，即進行低功耗設(shè)計，在電子式脫扣器保護、通信、附加功能越來越多時變得愈發(fā)重要。
硬件設(shè)計：主要涉及低功耗微處理器的選型，液晶屏的合理選擇，LDO電路壓差的合理設(shè)計，BJT、LED、光耦等其他電流驅(qū)動元器件的驅(qū)動電路設(shè)計參數(shù)等。 軟件設(shè)計：主要涉及微處理器不同工作模式的設(shè)定策略，如Sleep/Stop/Standby等模式的切換應(yīng)用，以及在相應(yīng)模式下，外部負載的控制邏輯（如液晶屏背光的長時待機開關(guān)等）。
如下圖給出了在無輔助電源輸入條件下，通過低功耗設(shè)計優(yōu)化智能控制器，其保護特性動作的情況。從回路上電到系統(tǒng)工作到保護動作的時間嚴格符合要求。
結(jié) 語
新型電力系統(tǒng)在電源結(jié)構(gòu)、負荷特性、電網(wǎng)形態(tài)等方面呈現(xiàn)多樣性，迫切需要實現(xiàn)對各種參量的實時測量反饋與動態(tài)調(diào)整，并通過選擇性保護等手段保障電網(wǎng)在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)條件下穩(wěn)定運行和預(yù)測性運維。除本文涉及的幾個關(guān)鍵技術(shù)或性能要求外，基于上述目標，以微處理器為核心的MCCB電子式脫扣器在自診斷、預(yù)測性維護、人機接口等方面尚存在較大提升空間。
