山东睿控电气CPS控制与保护开关全面解析OK.docx

控制与保护开关(CPS)的特点及应用摘要：本文主要介绍了控制与保护开关的发展情况、产品特点及产品优势，并对国内主要 RKCPS 产品的基本结构、工作机制进行分析1 引言控制与保护开关电器 CPS(Control and Protective Switching Device)出现于 90年代末，作为我国低压电器的第 13 个大类国际电工委员会 IEC 给出的标准代号为 CPS， IEC 出版的标准为 IEC947-6-2:1992(我国相应国家标准为GB14048.9-1998)CPS 将断路器、接触器、热继电器的功能融为一体这种多功能低压电器产品在电控系统中的应用减少了线路中所需的元件数量，并且很好地解决了不同考核标准的电器产品组合在一起使用时其保护特性、控制特性配合不协调得问题，为控制系统的简化提供了一种理想的基础元件1.1 国内外发展情况控制与保护开关在国外于 20 世纪 80~90 年代开始投放市场20 世纪 90 年代施耐德公司推出了 integral 系列 CPS，根据市场需要及技术的不断革新，进入21 世纪施耐德公司又推出了 TeSys U 系列 CPS西门子公司推出了 3RA6 系列，其最主要的特点体现在：现代通信技术，如现场总线，微电子技术，控制器专用 ASIC 和微处理器；新型材料，如绝缘与触头材料等的应用上。

以上产品的最大额定电流均为 32A我国于 1996 年下达了开发国产 CPS 的任务，由上海电器科学研究所负责设计，浙江中兴电器厂、遵义永佳电器厂进行生产试制，其主要技术思路是仿造施耐德产品的技术路线，并取得了成功2000 年上海电器科学研究所联合浙江中凯电器在原产品的基础上进行了进一步完善，成为国内第一代 CPS 系列产品， 控制与保护开关电器真正广泛普及推广应用是从 2009 年开始，在此之前全国生产智能控制与保护开关电器的企业不到 10 家，从 2010 年上半年开始，全国从事智能控制与保护开关电器制造与销售的企业如雨后春笋般迅速发展，从2009 年前不到 10 家企业的规模，到 2011 年短短 1 年多的时间猛增至 200 多家(据不完全数据统计) ，仅乐清市一个地方到目前(2011 年)为止已经超过 100 多家生产企业；生产企业的急剧增加极大的推动了控制与保护开关电器这个新型智能电气产品的发展，加快了智能电气产品的发展步伐，也带动了更多的电气企业投入到智能电气行业的生产与销售领域，为我国提倡实现电气行业产业升级起到了积极的作用！1.2 CPS 产品特点智能控制与保护开关电器是一个多种功能高度整合的多功能一体化综合保护开关，控制与保护开关产品采用模块化的单一产品结构型式，集成了传统的断路器( 熔断器 )、接触器、过载(或过流、断相) 保护继电器、起动器、隔离器等的主要功能。

1.2.1 功能全面 断路器功能具有短路瞬时动作和短路短延时保护等功能 接触器功能额定工作电压 380V、额定工作电流为 0.8-630A，并在 AC43 和 AC44 使用类别下无需降容 热继电器与过流继电器功能具有完善、合理、连续的三段保护功能和电动机定时限起动保护功能，过载保护模型采用当前最为先进的双时间常数指数方程，能与被保护对象的允许过载特性相匹配，动作准确、可靠 剩余电流断路器功能具有反时限剩余电流保护特性 起动器功能可代替接触器和热继电器组合的起动器，控制电动机的直接起动 产品生命周期预警功能运行中记录并显示开关的累计操作次数 故障记录与显示功能当系统发生故障时，开关能自动识别、存储和记录故障类型，并予以显示，便于用户排除故障 预警功能可以根据用户需要打开或关闭预警功能，当设备过载运行温升达到预警门限时，开关发出预警信号，便于及时排除故障 通信功能具有通信接口，通过现场总线、计算机网络或无线网络与监控中心进行信息交换 检测和显示功能在运行中实时检测三相绕组的电流值、电压值（V 类产品）和剩余电流值（L 类产品） ，并循环显示检测结果 缺相、三相不平衡保护功能 过压、欠压、失压保护功能1.2.2 节省材料传统的控制保护回路为了实现对负荷(M)的控制与保护功能，传统的做法是采用分立器件包括隔离开关(QS)+断路器(QF)+ 接触器 (KM)+热继电器(FR)等进行组合控制。

图 1 控制与保护方案对比电力系统从电源至电动机之间，需要用 12 根电缆线或母排，24 个螺钉(或螺母) 接点才能与电动机相连接电缆线或母排的电阻，消耗相当多的电能并产生热量，且故障点的增加直接使得系统的故障机率成倍增长而由 CPS 控制与保护开关电器组成的电力系统，从电源至电动机只需要 6 根电缆线或母排，6个接点，大大降低了系统的故障机率及电能消耗并节约了铜材等材料1.2.3 选型简单从其结构和功能上来说，控制与保护开关电器产品已不再是接触器、或断路器、或热继电器等单个产品，而是一套控制保护系统它的出现从根本上解决了传统的采用分立元器件(通常是断路器或熔断器+接触器+过载继电器)由于选择不合理而引起的控制和保护配合不合理的种种问题，特别是克服了由于采用不同考核标准的电器产品之间组合在一起时，保护特性与控制特性配合不协调的现象，极大地提高了控制与保护系统的运行可靠性和连续运行性能针对CPS 的新发展，山东睿控电气有限公司学习开发了新一代智能化 RK 系列控制与保护开关（CPS） 2 山东睿控 RKCPS 为代表的 CPS 产品特点2.1 RKCPS 的基本结构1 主体 2 热磁脱扣器 3 辅助触头模块 4 分励脱扣器 5 远距离再扣器图 2RKCPS 基本型产品以 RKCPS 基本型为例，如图 2 所示开关主要由主体，热磁脱扣器、辅助触头模块、分励脱扣器、远距离再扣器 5 部分组成，而主体部分又由电磁传动机构、操作机构、主电路接触器组成(如图 2 所示)。

1 电磁传动机构 2 操作机构 3 主电路接触器图 3 RKCPS 开关主体由图 3 我们可以看出，RKCPS 的集成性相对较高，但是在组成上相对来说比较复杂，机械零件较多除基本型之外，RKCPS 以附件模块的形式对 CPS 进行了功能拓展，如消防型、隔离型等在附件的设计上引入了模块化的设计理念，较传统方式减小了体积，但是附件模块的加入增加了开关的复杂度和故障率2.2 RKCPS 工作机制及优缺点RKCPS 兼具短路保护、一般故障保护(过载)断相等非瞬时动作保护)等功能，但其检测方式、保护方式和动作执行机构(与手柄的指示位置相关联)在不同产品中也均有不同在一般故障方面，RKCPS 是热磁式保护的主要代表，热磁式 RKCPS 的过载保护功能主要是基于双金属片受热弯曲的原理，定时限和瞬时短路保护功能分别采用各相安装电磁脱扣器和快速螺旋线管电磁铁的方式实现，具有多套传动机构将信号传递至操作机构热磁式 RKCPS 主要有两大缺点：一是双金属片受热弯曲的原理受环境影响过大，动作值误差较大，不可以调节，不易于控制；二是多套传动机构增加了开关的复杂性，导致开关机械故障几率加大基于热磁式，RKCPS 后续开发的电子式产品采用快速螺线管电磁铁，发生短路故障后，螺线管电磁铁动作，直接推动动触头动作，后续由机构或其它卡主装置使得动静触头保持在断开位置，以保证快速响应。

3.3 RKCPS 的智能化与可通信技术 通信方式RKCPS 开关具有多种通信方式，带有多种工业现场总线，包括 RS-232、RS-485、Modbus 、Prifbus 、工业以太网等，无需其他转换器件即可组成工业数字网络，可以满足各类不同用户的要求 通信控制RKCPS 开关内部置有传感器，外部具有通信接口通过与无线或有线通信装置连接，将开关的工作状态和参数传输到管理平台,也能接收来自管理平台的指令，实现远程控制 通断控制RKCPS 开关对电气回路的通断控制，既可现场控制，也可远程控制如当电力供应紧张，或有区域改造及维修工程时，农村电网停电与送电，可以通过远程控制实现 智能控制当电气回路故障发生故障时，RKCPS 开关能及时予以故障保护，如短路保护、过载保护、过压保护、欠压保护、缺相保护、三相不平衡保护、漏电保护等，同时还发出故障报警信号如果有其他智能化要求可编程设定 参数设置动作整定值可以任意设定，既可以在现场设定，也可以远程设定，并且能自动判别用户设定的参数是否合理可通信功能是智能型低压电器的典型特征，而智能型低压电器是中国低压电器行业及产品发展的必然趋势，也是市场的刚性需求。

未来几年中国智能电网，智能小区，智能城市将快速发展，这也是智能型低压电器的发展机遇4 中国低压电器的智能化发展趋势3.1 什么是智能低压电器到目前为止，国内外低压电器标准上还没有对低压电器智能化进行定义但是，智能化低压电器这一说法已经被低压电器研发人员、设计人员、制造商及工程设计人员以及使用部门所接受低压智能化电器应具有四个功能上的基本特征：保护功能非常齐全、测量现实电流参数、故障记录与显示、内部故障自诊断等随着建筑电气的发展和智能电网的建设，拥有智能化功能的低压电器越来越受住宅配电系统供应商重视智能化低压电器与普通电器相比具有以下优点：1)普通配电电器会使配电系统产生高次谐波，而智能配电电器能够消除输入信号中的高次谐波，从而避免高次谐波造成的误操作2)智能过载电器可以保护具有多种起动条件的电动机，具有很高的动作可靠性，例如，电动机过载与断相保护、接地保护、三相不平衡保护以及反相或低电流保护等3)智能保护继电器具有监控、保护和通讯功能4)智能电器可以实现中央计算机集中控制，提高了配电系统的自动化程度，使配电、控制系统的调度和维护达到新的水平5)智能电器采用数字化的新型监控元件，使配电系统和控制中心提供的信息最大幅度增加，且接线简单、便于安装，提高了工作的可靠性。

6)智能电器可以实现数据共享，可以减少信息重复和信息通道3.2 低压电器智能化发展涉及的相关新技术智能化低压电器须满足性能优良、工作可靠、产品体积小、组合化设计、可通信、节能环保等要求，要具有保护、监测、通信、自诊断、显示等功能，这是实现电网智能化所必需的3.2.1 低压电器基本智能化技术目前，智能化低压电器基本含义主要包括以下功能：保护与控制功能齐全，兼有电参数测量，外部故障检测、报警和开关内部故障自诊断与报警，系统运行状态监控，电能使用管理等功能(或其中一部分功能)为此，需要对下列技术进行深入研究1)各类低压电器根据其低压配电、控制系统中地位与作用应具有哪些智能化功能？如何实现这些功能？2)智能化低压电器标准研究与制定；智能化功能测试设备、测试方法研究3)智能化低压电器集成技术研究；多种智能化电器集成时，对不同低压电器智能化功能舍取；多种功能重叠时相互协调与配合研究4)智能化低压电器可靠性(包括 EMC 技术)研究3.2.2 智能电器可通信技术研究智能化低压电器强大功能充分发挥，必须依赖于低压配电与控制系统网络化为此，对低压电器提出了可通信要求为了满足网络化要求，又将涉及一系列技术的研究。

1)网络化电器与系统标准化研究2)高、中、低压配电系统无缝连接技术研究3)智能网络系统配套附件研究与开发4)智能网络系统典型方案与整体解决方案研究5)可通信电器试验方法研究及相关检测设备研制并建立相应试验基地5 结语RKCPS 集控制、保护、监控、通信等功能于一体，具有集成化、模块化、小型化、高性能、简化系统设计、节能节材、安装调试方便等特点从技术发展角度看，RKCPS 不但从功能和结构型式上呈多样化，且各种保护方式和表现型式也呈现出越来越多样化的特点针对不同用户和不同的使用场合，都可以得到较合理的被认知和被使用，为电控系统提供了高可靠性和解决方案多样性的高端产品备注：山东睿控电气有限公司自成立以来专注于建筑智能电气控制和消防电。