低壓電器——控制與保護開關的分類

近幾年，控制與保護開關領域逐步發展，國內外廠家陸續推出控制與保護開關（CPS）系列產品，這些產品在結構及保護機制上略有不同，本篇主要簡述目前國內市場CPS的基本分類，並做簡單的參數對比。

1概述

1.1概述

低壓電器是機械工業的重要基礎元件，品種繁多、量大面廣，幾乎滲透到所有用電領域。低壓電器行業相對發展緩慢，我國低壓電器行業發展經歷60多年，目前低壓電器產品主要以第三代為主，初步形成了完整的產品體系。隨著電網改造、智能電網的不斷升級，低壓電器行業整體的研發以高性能、智能化的第四代低壓電器產品為主要突破方向。除對傳統產品，如斷路器、接觸器、熱繼電器等逐步升級外，企業開始完善自身產品體系，加強新產品研發，尋求新的突破方向。

控制與保護開關（CPS，Control and Protective SwitchingnDevice）於上世紀90年代由法國施耐德提出，國內於2000年由上海電器科學研究所研製，CPS正逐漸成為競爭與研究的新領域。至2016年末，許多國內外知名廠商都已推出了控制與保護開關產品。

1.2產品情況

國外廠商

在知名的國外電器廠商中，施耐德作為控制與保護開關的提出者，最早推出了CPS產品，並於2004年推出了TeSys U系列。目前，施耐德的CPS產品也是以TeSys U 「傲馬」系列為主。

圖1施耐德TeSysnU 「傲馬」系列

西門子於2011年推出了SIRIUS系列控制和保護產品，該系列產品採用模塊化設計，並通過插接和連接模塊的方式組成控制與保護單元。

圖2西門子SIRIUS系列

ABB於2016年推出了一體化全能型控制與保護開關CPX系列控制與保護開關。CPX系列主要強調了一體化多功能，同時也是ABB目前主推的控制與保護開關產品。

圖3 ABB CPX系列

國內廠商

傳統國內CPS生產廠商包含浙江中凱KB0系列，並於2013年推出了KB02系列；上海凱保SKB系列；常熟開關CB1系列；上海新菱XLCPS系列；國佳GJKBO系列；明鑫電器SDMK1系列等。除此之外，人民電器、環宇、華通、萬龍電氣、江蘇凱隆等均有CPS產品。2015年正泰、德力西等國內知名電器企業也推出了CPS產品，正泰NKB300系列，德力西CDK1系列。

1.3 市場情況

控制與保護開關市場方面，主要是以國內傳統生產廠商為主，國外廠商相對較少。究其原因，首先國內專業生產廠商起步較早，研發及規模化生產較快；其次，國內廠家在市場應對上更靈活。但隨著國內外如ABB、正泰、德力西等知名廠商陸續推出產品，市場競爭將愈發激烈，對於產品的要求會更高。

價格方面，與其他電器產品不同的是，目前國內廠商CPS的價格略高於國外廠商。這種情況的主要原因：1.國內廠商市場開發與拓展較早，佔據市場主體，足以應對國外品牌所帶來的衝擊；2.隨著技術的不斷發展，國內產品對自身質量、產品性能具有較強的信心。由此可見，控制與保護開關可能會成為我國低壓電器製造的突破點。

2控制與保護開關產品

2.1產品分類

目前國內外廠商生產的控制與保護開關產品大致可以分為三大類：

第一類是以施耐德、中凱為代表的「模塊組合式」CPS

國內「模塊組合式」CPS由上海電器科學研究所研製，進入市場較早，包含正泰、德力西等新推出的產品在內，此類產品目前為控制與保護開關產品的主要類型。

「模塊組合式」CPS主要包含開關：主體（動力底座）、輔助觸頭、控制單元、附加模塊等，因廠家不同略有差異，但整體上均是以開關主體（動力底座）為基礎附加模塊實現不同產品功能。如圖12為施耐德生產的TeSys U 「傲馬」系列標準型CPS的結構，圖13為中凱生產的KB02型（2014年推出）CPS結構。

A 動力底座(LUB12或LUB32)

此動力底座包括：接線端子，轉換裝置和電源觸點，也包括NO/NC輔助觸點設置和它的接線端子。內置斷路器和接觸器功能實現短路保護和控制通斷的功能，其線圈控制電壓類型由控制單元決定。

B 標準控制單元 (LUCA)：這些控制單元集成了檢測和保護功能，能滿足電動機起動器基本保護需求；

C輔助觸點LUFN模塊：用於指示起動控制器主極狀態

D附加觸點LUA模塊：用於指示動力底座狀態：旋轉就緒、脫扣

1.動力電源進線端 2.ON/OFF/複位控制n3.電機接線端n

4.線圈電源接線端子n5.內置輔助觸點

1.主體 2.保護器模塊-熱磁型 3.保護器模塊-數顯型 主體結

4.保護器模塊-高級型5.保護器模塊-熱磁型 6/7.輔助觸頭模塊 （A操作機構 B電磁系統C底座 D接觸組）

圖19中凱生產的KB02型CPS結構

除標準型外，依據控制器的不同還分為：熱磁式和數字式；依據附加功能模塊的不同還分為：隔離型、可逆型、通訊型、消防型等（依據廠家不同有所區別）。

第二類是ABB、明鑫的「一體式」CPS

ABB於2016年推出的CPX一體化全能型控制與保護開關與明鑫電器的SDMK1系列結構相似，皆為「一體式」CPS。此類型CPS與「模塊組合式」具有很大不同，採用電磁系統作為操作機構，驅動觸頭運動接通和分斷，通過智能控制單元檢測主迴路電流，並進行邏輯運算和數據處理，控制電磁系統的運動特性, 完成故障診斷和保護。也就是說，此類產品的各項功能均是通過智能控制單元實現，無附加模塊。

1.滅弧系統 2.智能控制單元n3.觸頭及電磁系統 4.輔助觸頭模塊

圖20 ABB CPX系列CPS 圖21 明鑫SDMK1系列CPS結構

「一體式」CPS根據選型不同包括過欠壓、缺項、故障顯示、剩餘電流保護、消防報警、通訊等功能（依據廠家不同有所區別）。

第三類是西門子的「元件插接式」控制與保護組合

與前兩類控制與保護開關產品不同，西門子推出的SIRIUS系列是將斷路器、接觸器、熱繼電器進行模塊化設計，並採用插接和中間連接件的方式組成控制與保護組合，而並非將所有元件功能集中於一台開關上。

①n3RV6/3RV5 斷路器

② 斷路器和接觸器間的連接模塊：用於螺釘端子斷路器和接觸器之間的電氣連接和機械連接

③ 3RT6/3RT5 接觸器

④ 與接觸器連接的插接件：與接觸器進行完美的電氣和機械連接。通過這些插接件，過載繼電器可以直接與接觸器進行插接

⑤ 3RH6 中間繼電器

2.2性能分析

隨著生產製造技術的逐步成熟，控制與保護開關產品在性能上也有了長足的進步，部分廠家在分斷能力、最大額定電流等性能指標上均有突破。在此將部分廠家產品進行粗略比較，由於西門子生產的SIRIUS系列產品以傳統元器件為基礎，與其他廠家差異較大，在此不做比較。表1為部分廠家產品的最大框架額定電流。

表1部分廠家產品的最大框架額定電流

由於最大框架電流等級差異較大，在此以各廠家32A左右的產品作為對比，額定運行短路分斷能力以電壓400V為準。由於資料有限，在此僅作粗略比較，由表2可以看出，各廠家控制與保護開關在額定運行短路分斷能力上有一定差異，此種差異主要是由於機體結構，分斷機制導致；在電壽命方面各廠家性能指標相差不多；操作頻次方面，開關主體每小時操作頻次相對較高，但是附加模塊的操作頻次會直接影響開關整體性能，如帶熱脫扣器的開關操作頻次僅為每小時12次。

表2部分廠家產品性能參數對比

註：表中「——」部分為產品資料中未提及

在保護功能方面各廠家基本相同，均包含短路保護、過載保護、短路短延時保護、三相不平衡保護、過欠壓保護、漏電保護等功能。在保護功能的實現上各有不同：「模塊組合式」CPS主要以選配不同功能模塊實現功能；「一體式」CPS主要以智能控制的方式實現功能。

3發展趨勢

低壓電器產品更新速度相對較慢，第四代智能型低壓電器的研發和拓展剛剛起步，高性能、集成化、智能型、可通信的低壓電器產品是未來發展研發的主要趨勢，控制與保護開關產品已經初步具有上述特點，但是在可靠性、完善性上仍需突破。作為更貼近第四代智能型低壓電器特徵的控制與保護開關會逐步成為競爭焦點。

4總結

截止2016年末，眾多國內外低壓電器廠家均已推出控制與保護開關係列產品，這些產品保護功能基本相同，但是在結構與保護機制上略有不同。目前，控制與保護開關領域發展時間相對較短，行業內部對控制與保護開關的定義及結構也存在諸多爭議，但就長遠來看體積更小、結構更緊湊、可靠性更高、保護更完善的產品將會成為未來市場主流。

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