塑壳断路器（Moulded case circuit breaker，MCCB）常用于配电馈线保护，能够在电流超过跳脱电流设定值后自动切断电流，是配电系统中应用最广泛且最重要的开关电器设备之一，其中塑壳是用塑料绝缘体作为装置外壳来隔离导体之间以及接地金属部分。作为配电系统中核心的控制保护设备，塑壳断路器的性能好坏对整个配电系统可靠运行起着非常重要的作用。
由于断路器本身的费用比其他设备的成本要低得多，例如发电机、变压器、关键负载；但如果一旦发生事故，造成的巨大损失远超过断路器本身价值，因此断路器的完善与否直接关系着居民和工业用电的可靠性和用电质量，作为塑壳断路器控制系统的脱扣器必须具备高可靠性。
常见的塑壳断路器（MCCB）控制器按工作原理分主要分为电磁式脱扣器、热磁脱扣器和电子式脱扣器。
电磁脱扣器：功能单一，只提供瞬时动作保护（短路保护）；其工作原理是当断路器内部流过的电流足够大时，电流所产生的磁场力克服反力弹簧吸合衔铁打击牵引杆，再带动执行机构动作切断电回路。而反力弹簧的单一性，也决定了电磁脱扣器只能单一的提供短路保护，并且保护点是由反力弹簧特性及磁场力决定， 非人为可设定；
热磁脱扣器：双金属片应用于脱扣器，形成了热动加电磁的复合式脱扣器。热磁脱扣器与电磁脱扣器相比，多了热保护功能，热保护也就是过载保护，其原理是电流经过塑料外壳断路器的脱扣器时，脱扣器内部的热元件发热并使双金属片受热变形，当双金属片变形至一定程度时，打击牵引杆再带动机构动作切断电回路；
电子脱扣器：一种电子电路构成的脱扣器，一般由电流互感器、自供电电源电路、数据处理电路、控制单元及执行机构组成。具备长延时 反时限保护、短延时反时限保护、短路瞬时保护、接地故障保护等保护功能，并可附带通信实现遥信、遥控、遥测、遥调的“四遥”功能，且带有热记忆、预报警、故障查询等附加功能。
随着经济社会高速发展，城乡配电网规模的逐步扩大，能源结构也发生了重大变化，新型配用电电力系统在监测、控制、保护等方面的自动化控制水平、运维管理水平和智能化的要求越来越高，对控制器的功能提出更广泛的需求：
1、低压配电电器智能化趋势下，数字化、可通信要求使电子式产品应用需求不断释放，基于双碳和节能目标的电参量测量功能应用普及；
2、高比例分布式新能源的接入，带来高精度保护需求，以保障电力系统供电连续性；
3、高比例的电力电子设备接入，造成电网运行环境的变化，对产品的可靠性、稳定性也提出了更高的的要求。
传统的电磁脱扣器只能提供短路保护，热磁脱扣器只能提供二段保护，动作值误差比较大，不可以调节，受环境影响较大，虽然传统的电磁和热磁脱扣器具备成本低、寿命长等优点，但是由于热磁脱扣器的热保护受周围环境温度的影响比较大， 所以一般都用于对于过电流保护不是很敏感的电气回路上。显然，在上述场合应用要求下， 传统的电磁、热磁脱扣器已力所不能及。
电子式脱扣器（或称智能控制器）从一次回路通过电流传感器取出小信号电流来测量作为保护的依据，其测量精度高、受环境温度的影响相对较小，可以方便地进行保护值的整定，实现三段保护；加装通讯模块后还可以与上位机连接，进行远程控制；满足了新型配用电系统在测量、保护、控制方面的要求。
可以预见在电子技术大发展的时代背景下，塑壳断路器控制器全面迈向智能化的趋势愈发明朗，依托电力+算力发现电网运行规律和潜在风险成为产品应用趋势。
一般而言，MCCB电子式脱扣器在设计时主要考虑的难点和重点如下：
电子式脱扣器功能模块组成
电子式脱扣器电源电路设计要求
电流互感器兼容设计
高精度信号采样电路
微处理器选型
人机接口
网络接口等
结合MCCB电子式脱扣器应用趋势，当前的MCCB电子式脱扣器设计方案基本都能完成模块搭建和功能实现，在设计过程中如何平衡功能和成本以及关注产品可靠性成为电子式脱扣器方案设计的关键；而在机械本体分断、耐受等性能过剩、整机成本经济性需要重点考虑的背景下，如何通过电子技术提升产品的智能化附加值，成为MCCB电子式脱扣器的设计趋势。
在“双碳”目标下的新型配用电系统建设中，通过数字化转型提升企业运营和制造水平已成为行业发展的必然趋势。数字化配电柜、楼宇综合体等大型设施的分项计量、能耗管理分析优化，形成了配电电器电参量测量三大典型市场应用需求。
IEC 60364-8-1《低压电气装置 第8-1部分：能源效率》标准中对建筑物的能源采集做了详细规定。能效管理层面，电能测量有着不同的目的，因此由于采集目的的不同，采集的数据类别和精度也不同。目前，对配电电器提出的测量需求目标主要设定在1～2%。
我们在进行电子式脱扣器设计时重点需要考虑电流采样精度，因为它决定了电子式脱扣器的电流特性保护动作精度以及电流测量显示精度。电流互感器及PCB采样处理电路是影响电流采样精度的两个重要环节。其中，电流互感器性能较为关键，其输出电流信号线性度、批量一致性很大程度上决定了电子式脱扣器的电流采样精度水平。
通过批量电流测试（常规铁芯电流互感器+PCB）及校准算法，能够基本实现0.2*In~1.2*In范围内电流采样精度达到1%，0.2*In~14*In电流段保护精度基本可控制在5%以内。
电流互感器通电产生的二次侧输出能量为控制器PCB供能。由于一次侧输入电流范围较大（往往可达0.2*In~14*In）。这样，一次侧较大电流情况下，二次侧输出能量偏大，若PCB电路不做任何处理，能量回路的电子元器件将流过较大电流，导致元器件热量急剧累积，结温及表面温度飞升，影响产品可靠性；严重情况下，甚至可导致PCB失效，引发安全隐患。故良好的产品设计，需要考虑关键元器件的温升控制，做好互感器的二次侧输出能量分配策略。
以下为某电子式脱扣器在实施互感器能量分配软硬件策略后，在通以1.2*In电流，热稳定情况下，PCB的温升情况。（环境温度16.4℃，PCB器件温度**34.5℃，**温升18.1K）
电子式脱扣器在设计过程中，需考虑满足国家标准、节能减排、降低用电负荷等需求。一般而言，电子式脱扣器的功耗应在如下三方面因素基础上进行设计：
要保证电子式脱扣器正常工作，电子系统的电源供应应该“开源节流”。在互感器设计不变的情况下，外部能量输入是定量，从电子式脱扣器自身进行“节流”的设计，即进行低功耗设计，在电子式脱扣器保护、通信、附加功能越来越多时变得愈发重要。
硬件设计：主要涉及低功耗微处理器的选型，液晶屏的合理选择，LDO电路压差的合理设计，BJT、LED、光耦等其他电流驱动元器件的驱动电路设计参数等。 软件设计：主要涉及微处理器不同工作模式的设定策略，如Sleep/Stop/Standby等模式的切换应用，以及在相应模式下，外部负载的控制逻辑（如液晶屏背光的长时待机开关等）。
如下图给出了在无辅助电源输入条件下，通过低功耗设计优化智能控制器，其保护特性动作的情况。从回路上电到系统工作到保护动作的时间严格符合要求。
结 语
新型电力系统在电源结构、负荷特性、电网形态等方面呈现多样性，迫切需要实现对各种参量的实时测量反馈与动态调整，并通过选择性保护等手段保障电网在复杂网络互联条件下稳定运行和预测性运维。除本文涉及的几个关键技术或性能要求外，基于上述目标，以微处理器为核心的MCCB电子式脱扣器在自诊断、预测性维护、人机接口等方面尚存在较大提升空间。
