斷路器的工作原理及主要特性

世界上最早的斷路器產(chǎn)生于1885年，它是一種刀開頭和過電流脫扣器的組合。1905年，具有自由脫扣裝置的空氣斷路器誕生。1930年以來，隨著科技的進步，電弧原理的發(fā)現(xiàn)和各種滅弧裝置的發(fā)明，逐漸形成了機構。50年代末，由于電子元件的興起，又產(chǎn)生了電子脫扣器，到了今天，由于單片機的普及又有了智能型斷路器的問世。

常見的有低壓斷路器和真空斷路器：

低壓斷路器是用于交流電壓1200V，直流電壓1500V的電路中起通斷、控制或保護等作用的電器。低壓斷路器是電器工業(yè)的重要組成部分，在機械行業(yè)中是基礎配套件，在配電系統(tǒng)中低壓成套開關設備主要由各種低壓斷路器元件構成，低壓斷路器的功能及性能對低壓成套開關設備起著至關重要的作用。發(fā)電設備所發(fā)出電能的80%以上是通過低壓斷路器分配使用的。每增加1萬kW發(fā)電設備，約需2萬件左右的各類低壓斷路器與之配套。在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，也需要由低壓斷路器構成的各種控制屏、控制臺、控制器等產(chǎn)品。

斷路器：

斷路器是指能夠關合、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流并能關合、在規(guī)定的時間內(nèi)承載和開斷異?；芈窏l件下的電流的開關裝置。斷路器按其使用范圍分為高壓斷路器與低壓斷路器，高低壓界線劃分比較模糊，一般將3kV以上的稱為高壓電器。

斷路器可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電動機等實行保護，當它們發(fā)生嚴重的過載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當于熔斷器式開關與過欠熱繼電器等的組合。而且在分斷故障電流后一般不需要變更零部件。目前，已獲得了廣泛的應用。

電的產(chǎn)生、輸送、使用中，配電是一個極其重要的環(huán)節(jié)。配電系統(tǒng)包括變壓器和各種高低壓電器設備，低壓斷路器則是一種使用量大面廣的電器。

工作原理：

斷路器一般由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機構、脫扣器、外殼等構成。

當短路時，大電流（一般10至12倍）產(chǎn)生的磁場克服反力彈簧，脫扣器拉動操作機構動作，開關瞬時跳閘。當過載時，電流變大，發(fā)熱量加劇，雙金屬片變形到一定程度推動機構動作（電流越大，動作時間越短）。

有電子型的，使用互感器采集各相電流大小，與設定值比較，當電流異常時微處理器發(fā)出信號，使電子脫扣器帶動操作機構動作。

斷路器的作用是切斷和接通負荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴大，保證安全運行。而高壓斷路器要開斷1500V，電流為1500-2000A的電弧，這些電弧可拉長至2m仍然繼續(xù)燃燒不熄滅。故滅弧是高壓斷路器必須解決的問題。

吹弧熄弧的原理主要是冷卻電弧減弱熱游離，另一方面通過吹弧拉長電弧加強帶電粒子的復合和擴散，同時把弧隙中的帶電粒子吹散，迅速恢復介質(zhì)的絕緣強度。

低壓斷路器也稱為自動空氣開關，可用來接通和分斷負載電路，也可用來控制不頻繁起動的電動機。它功能相當于閘刀開關、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護器等電器部分或全部的功能總和，是低壓配電網(wǎng)中一種重要的保護電器。

低壓斷路器具有多種保護功能（過載、短路、欠電壓保護等）、動作值可調(diào)、分斷能力高、操作方便、安全等優(yōu)點，所以被廣泛應用。結構和工作原理低壓斷路器由操作機構、觸點、保護裝置（各種脫扣器）、滅弧系統(tǒng)等組成。

低壓斷路器的主觸點是靠手動操作或電動合閘的。主觸點閉合后，自由脫扣機構將主觸點鎖在合閘位置上。過電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯(lián)，欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯(lián)。

當電路發(fā)生短路或嚴重過載時，過電流脫扣器的銜鐵吸合，使自由脫扣機構動作，主觸點斷開主電路。當電路過載時，熱脫扣器的熱元件發(fā)熱使雙金屬片上彎曲，推動自由脫扣機構動作。當電路欠電壓時，欠電壓脫扣器的銜鐵釋放。也使自由脫扣機構動作。分勵脫扣器則作為遠距離控制用，在正常工作時，其線圈是斷電的，在需要距離控制時，按下起動按鈕，使線圈通電。

主要特性：

斷路器的特性主要有：額定電壓Ue；額定電流In；過載保護（Ir或Irth）和短路保護（Im）的脫扣電流整定范圍；額定短路分斷電流（工業(yè)用斷路器Icu；家用斷路器Icn）等。

額定工作電壓（Ue）：這是斷路器在正常（不間斷的）的情況下工作的電壓。

額定電流（In）：這是配有專門的過電流脫扣繼電器的斷路器在制造廠家規(guī)定的環(huán)境溫度下所能無限承受的最大電流值，不會超過電流承受部件規(guī)定的溫度限值。

短路繼電器脫扣電流整定值（Im）：短路脫扣繼電器（瞬時或短延時）用于高故障電流值出現(xiàn)時，使斷路器快速跳閘，其跳閘極限Im。

額定短路分斷能力（Icu或Icn）：斷路器的額定短路分斷電流是斷路器能夠分斷而不被損害的最高（預期的）電流值。標準中提供的電流值為故障電流交流分量的均方根值，計算標準值時直流暫態(tài)分量（總在最壞的情況短路下出現(xiàn)）假定為零。工業(yè)用斷路器額定值（Icu）和家用斷路器額定值（Icn）通常以kA均方根值的形式給出。

短路分斷能力（Ics）：斷路器的額定分斷能力分為額定極限短路分斷能力和額定運行短路分斷能力兩種。國標《低壓開關設備和控制設備低壓斷路器》（GB14048.2—94）對斷路器額定極限短路分斷能力和額定運行短路分斷能力作了如下的解釋：

1、斷路器的額定極限短路分斷能力：按規(guī)定的實驗程序所規(guī)定的條件，不包括斷路器繼續(xù)承載其額定電流能力的分斷能力；

2、斷路器的額定運行短路分斷能力：按規(guī)定的實驗程序所規(guī)定的條件，包括斷路器繼續(xù)承載其額定電流能力的分斷能力；

3、額定極限短路分斷能力的試驗程序為O—t—CO。

其具體試驗是：把線路的電流調(diào)整到預期的短路電流值（例如380V，50kA），而試驗按鈕未合，被試斷路器處于合閘位置，按下試驗按鈕，斷路器通過50kA短路電流，斷路器立即開斷（open簡稱O），斷路器應完好，且能再合閘。t為間歇時間，一般為3min，此時線路仍處于熱備狀態(tài)，斷路器再進行一次接通（close簡稱C）和緊接著的開斷（O），（接通試驗是考核斷路器在峰值電流下的電動和熱穩(wěn)定性）。此程序即為CO。斷路器能完全分斷，則其極限短路分斷能力合格。

4、斷路器的額定運行短路分斷能力（Icn）的試驗程序為O—t—CO—t—CO。它比Icn的試驗程序多了一次CO，經(jīng)過試驗，斷路器能完全分斷、熄滅電弧，就認定它的額定運行短路分斷能力合格。

因此，可以看出，額定極限短路分斷能力Icn指的是低壓斷路器在分斷了斷路器出線端最大三相短路電流后還可再正常運行并再分斷這一短路電流一次，至于以后是否能正常接通及分斷，斷路器不予以保證；而額定運行短路分斷能力Ics指的是斷路器在其出線端最大三相短路電流發(fā)生時可多次正常分斷。

IEC947—2《低壓開關設備和控制設備低壓斷路器》標準規(guī)定：A類斷路器（指僅有過載長延時、短路瞬動的斷路器）的Ics可以是25%、50%、75%和100%。B類斷路器（有過載長延時、短路短延時、短路瞬動的三段保護的斷路器）的Ics可以是Ics的50%、75%和100%。因此可以看出，額定運行短路分斷能力是一種比額定極限短路分斷電流小的分斷電流值。[1]

一般來說，具有過載長延時、短路短延時和短路瞬動三段保護功能的斷路器，能實現(xiàn)選擇性保護，大多數(shù)主干線（包括變壓器的出線端）都采用它作主保護開關。不具備短路短延時功能的斷路器（僅有過載長延時和短路瞬動二段保護），不能作選擇性保護，它們只能使用于支路。IEC92《船舶電氣》指出：具有三段保護的斷路器，偏重于它的運行短路分斷能力值，而使用于分支線路的斷路器，應確保它有足夠的極限短路分斷能力值。

無論是哪種斷路器，雖然都具備Icu和Ics這兩個重要的技術指標。但是，作為支線上使用的斷路器，可以僅滿足額定極限短路分斷能力即可。較普遍的偏頗是寧取大，不取正合適，認為取大保險。但取得過大，會造成不必要的浪費（同類型斷路器，其H型—高分斷型，比S型—普通型的價格要貴1.3倍～1.8倍）。

因此支線上的斷路器沒有必要一味追求它的運行短路分斷能力指標。而對于干線上使用的斷路器，不僅要滿足額定極限短路分斷能力的要求，同時也應該滿足額定運行短路分斷能力的要求，如果僅以額定極限短路分斷能力Icu來衡量其分斷能力合格與否，將會給用戶帶來不安全的隱患。

斷路器是一種基本的低壓電器，斷路器具有過載、短路和欠電壓保護功能，有保護線路和電源的能力。

主要技術指標是額定電壓、額定電流。斷路器根據(jù)不同的應用具有不同的功能，品種、規(guī)格很多，具體的技術指標也很多。

斷路器自由脫扣：斷路器在合閘過程中的任何時刻，若是保護動作接通跳閘回路，斷路器完全能可靠地斷開，這就叫自由脫扣。帶有自由脫扣的斷路器，可以保證斷路器合閘短路故障時，能迅速斷開，可以避免擴大事故的范圍。

主要分類：

按極數(shù)分：有單極、二極、三極和四極等；

按安裝方式分：有插入式、固定式和抽屜式等。

產(chǎn)品介紹A9/EC65小型斷路器：照明配電電路、短路及過載保護。

A9LE/EPNLE漏電斷路器：的接地系統(tǒng)中，短路過載及漏電保護。斷路器正常操作故障保護使斷路器處于分斷位置時相線，中性線都處在斷開狀態(tài)，避免中性線故障時帶電。在進行接通和分斷操作時，中性線接通優(yōu)先，分斷滯后。具有短路限流功能，額定短路分斷能力高。具有過載保護短路漏電及電壓保護裝置，保護功能齊全，接線方便可靠。

過欠壓脫扣器：全自動過欠壓延時保護器是根據(jù)市場需要研發(fā)的新一代產(chǎn)品。該保護器設計合理，并采用進口元器件和國內(nèi)名牌元器件組裝，產(chǎn)品能在高壓沖擊和欠壓情況下迅速可靠的切換電源，保護家用電器。

當電壓恢復正常值，經(jīng)延時后能自動接通電路、恢復供電，能有效保護電器在電源瞬間通電的沖擊。所有功能全部自動化，無需專人操作，選用雙色發(fā)光二級管指示，安全快捷。

EC100小型斷路器：工業(yè)配電系統(tǒng)，短路及過載保護。額定電流63A-125A，額定短路分斷能力高，具有短路限流結構。保護功能齊全，具有過載及短路保護裝置，接線安全可靠，采用“框式”接線結構，功能擴展簡便，安全可靠。可配多種附件：漏電脫扣器、輔助觸頭、報警觸頭、分勵脫扣器、欠壓脫扣器、匯流排。

EPD電涌保護器：EPD插拔式采用與固定式電涌保護相同的工作原理和選擇準則。對間接雷電和直接雷電影響或其他瞬時過電壓的電涌進行保護。

EIC1交流接觸器：主要用于交流50Hz或60Hz額定電壓至660V及以下，供遠距離接通和分斷電路之用，并可與相應規(guī)格的熱繼電器或電子保護器組合成電磁式或機電一體化的電動機起動器。

ENS塑殼斷路器：塑料外殼式斷路器是綜合采用國際先進技術設計開發(fā)的新型斷路器之一。用來分該斷路器額定絕緣電壓800V，適用于交流50Hz和60Hz，額定工作電壓至690V，額定工作電流從6A至1250A的配電網(wǎng)絡電路中，用來分配電能和保護線路及電源設備免受過載、短路、欠電壓等故障的損壞，同時也能作為電動機的不頻繁起動及過載短路欠電壓保護。該斷路器具有體積小、分斷高、飛弧短（或無飛弧）等特點，是用戶使用的理想產(chǎn)品。斷路器垂直安裝（即豎裝），亦可水平安裝（橫裝）。

ENSLE塑殼漏電斷路器：用來對人提供間接接觸保護，也可以防止因設備絕緣損壞，產(chǎn)生接地故障電流而引起的火災危險，并可用分配電能和保護線及電源設備的過載的短路，還可以作為線路的不頻繁轉(zhuǎn)換和電動機不頻繁啟動之用，常規(guī)的帶剩余電流保護斷路器的漏電保護模塊工作電源取樣為二相，本系列斷路器為三相，若缺一任一相，斷路器漏電保護模塊仍能正常工作，額定剩余動作電流及最大斷開時間根據(jù)實際情況現(xiàn)場可調(diào)。

EGL-125隔離開關：隔離開關是高壓開關電器中使用最多的一種電器，是在電路中起隔離作用的。它本身的工作原理及結構比較簡單，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，對變電所、電廠的設計、建立和安全運行的影響均較大。

刀閘的主要特點是無滅弧能力，只能在沒有負荷電流的情況下分、合電路。EGL-125-4000A適用于兩條低壓電路切換或者兩個負載設備的轉(zhuǎn)換或安全隔離等。

EATS3雙電源轉(zhuǎn)換開關：用兩路電源來保證供電的可靠性，一種產(chǎn)品在兩路電源之間進行可靠切換。該產(chǎn)品具有自投自復和自投不自復兩種切換功能。此款為手動轉(zhuǎn)換開關。設計新穎，安全可靠、自動化程度高、使用范圍廣。

EW45萬能式智能斷路器：主要用來分配電能和保護線路及電源設備免受過載、短路、欠電壓、單相接地等故障的危害，該斷路器具有多種智能保護功能，可做選擇性保護，且動作精確，避免不必要的停電，提高供電可靠性和安全性。

組成部分

內(nèi)部附件

輔助觸頭：與斷路器主電路分、合機構機械上連動的觸頭，主要用于斷路器分、合狀態(tài)的顯示，接在斷路器的控制電路中通過斷路器的分合，對其相關電器實施控制或聯(lián)鎖。例如向信號燈、繼電器等輸出信號。塑殼斷路器殼架等級額定電流100A為單斷點轉(zhuǎn)換觸頭，225A及以上為橋式觸頭結構，約定發(fā)熱電流為3A；殼架等級額定電流400A及以上可裝兩常開、兩常閉，約定發(fā)熱電流為6A。操作性能次數(shù)與斷路器的操作性能總次數(shù)相同。

報警觸頭：用于斷路器事故的報警觸頭，且此觸頭只有當斷路器脫扣分斷后才動作，主要用于斷路器的負載出現(xiàn)過載短路或欠電壓等故障時而自由脫扣，報警觸頭從原來的常開位置轉(zhuǎn)換成閉合位置，接通輔助線路中的指示燈或電鈴、蜂鳴器等，顯示或提醒斷路器的故障脫扣狀態(tài)。由于斷路器發(fā)生因負載故障而自由脫扣的機率不太多，因而報警觸頭的壽命是斷路器壽命的1/10。報警觸頭的工作電流一般不會超過1A。

分勵脫扣器：分勵脫扣器是一種用電壓源激勵的脫扣器，它的電壓與主電路電壓無關。分勵脫扣器是一種遠距離操縱分閘的附件。當電源電壓等于額定控制電源電壓的70%-110%之間的任一電壓時，就能可靠性的分斷斷路器。

分勵脫扣器是短時工作制，線圈通電時間一般不能超過1S，否則線就會被燒毀。塑殼斷路器為防止線圈燒毀，在分勵脫扣線圈串聯(lián)一個微動開關，當分勵脫扣器通過銜鐵吸合，微動開關從常閉狀態(tài)轉(zhuǎn)換成常開，由于分勵脫扣器電源的控制線路被切斷，即使人為的按住按鈕，分勵線圈始終不會再通電這就避免了線圈燒損情況的產(chǎn)生。當斷路器再扣合閘后，微動開關重新處于常閉位置。

欠電壓脫扣器：欠電壓脫扣器是在它的端電壓降至某一規(guī)定范圍時，使斷路器有延時或無延時斷開的一種脫扣器，當電源電壓下降（甚至緩慢下降）到額定工作電壓的70%至35%范圍內(nèi)，欠電壓脫扣器應運作，欠電壓脫扣器在電源電壓等于脫扣器額定工作電壓的35%時，欠電壓脫扣器應能防止斷路器閉合；

電源電壓等于或大于85%欠電壓脫扣器的額定工作電壓時，在熱態(tài)條件下，應能保證斷路器可靠閉合。因此，當受保護電路中電源電壓發(fā)生一定的電壓降時，能自動斷開斷路器切斷電源，使該斷路器以下的負載電器或電氣設備免受欠電壓的損壞。使用時，欠電壓脫扣器線圈接在斷路器電源側(cè)，欠電壓脫扣器通電后，斷路器才能合閘。

外部附件

電動操作機構：這是一種是用于遠距離自動分閘和合閘斷路器的一種附件，電動操作機構有電動機操作機構和電磁鐵操作機構兩種，電動機操作機構為塑殼式斷路器殼架等級額定電流400A及以上斷路器，電磁鐵操作機構適用于塑殼斷路器殼架等級額定電流225A及以下斷路器，無論是電磁鐵或電動機。

它們的吸合和轉(zhuǎn)動方向都是相同，僅由電動操作機構內(nèi)部的凸輪的位置來達到合、分，斷路器在用電動機構操作時，在額定控制電壓的85%-110%之間的任一電壓下，應能保證斷路器可靠閉合。

轉(zhuǎn)動操作手柄：適用于塑殼斷路器，在斷路器的蓋上裝轉(zhuǎn)動操作手柄的機構，手柄的轉(zhuǎn)軸裝在它的機構配合孔內(nèi)，轉(zhuǎn)軸的另一頭穿過抽屜柜的門孔，旋轉(zhuǎn)手柄的把手裝在成套裝置的門上面所露出的轉(zhuǎn)軸頭，把手的圓形或方形座用螺釘固定的門上，這樣的安裝能使操作者在門外通過手柄的把手順時針或逆時針轉(zhuǎn)動，來確保斷路器的合閘或分閘。

同時轉(zhuǎn)動手柄能保證斷路器處于合閘時，柜門不能開啟；只有轉(zhuǎn)動手柄處于分閘或再扣，開關板的門才能打開。在緊急情況下，斷路器處于"合閘"而需要打開門板時，可按動轉(zhuǎn)動手柄座邊上的紅色釋放按鈕。

加長手柄：是一種外部加長手柄，直接裝于斷路器的手柄上，一般用于600A及以上的大容量斷路器上，進行手動分合閘操作。

手柄閉鎖裝置：是在手柄框上裝設卡件，手柄上打孔然后用掛鎖鎖起來。主要用于斷路器處于合閘。

工作狀態(tài)時，不容許其他人分閘而引起停電事故，或斷路器負載側(cè)電路需要維修或不允許通電時，以防被人誤將斷路器合閘。

接線方式

斷路器的接線方式有板前、板后、插入式、抽屜式，用戶如無特殊要求，均按板前供貨，板前接線是常見的接線方式。

1、板后接線方式：板后接線最大特點是可以在更換或維修斷路器，不必重新接線，只須將前級電源斷開。由于該結構特殊，產(chǎn)品出廠時已按設計要求配置了專用安裝板和安裝螺釘及接線螺釘，需要特別注意的是由于大容量斷路器接觸的可靠性將直接影響斷路器的正常使用，因此安裝時必須引起重視，嚴格按制造廠要求進行安裝。

2、插入式接線：在成套裝置的安裝板上，先安裝一個斷路器的安裝座，安裝座上6個插頭，斷路器的連接板上有6個插座。安裝座的面上有連接板或安裝座后有螺栓，安裝座預先接上電源線和負載線。使用時，將斷路器直接插進安裝座。

如果斷路器壞了，只要拔出壞的，換上一只好的即可。它的更換時間比板前，板后接線要短，且方便。由于插、拔需要一定的人力。因此中國的插入式產(chǎn)品，其殼架電流限制在最大為400A。從而節(jié)省了維修和更換時間。插入式斷路器在安裝時應檢查斷路器的插頭是否壓緊，并應將斷路器安全緊固，以減少接觸電阻，提高可靠性。

3、抽屜式接線：斷路器的進出抽屜是由搖桿順時針或逆時針轉(zhuǎn)動的，在主回路和二次回路中均采用了

插入式結構，省略了固定式所必須的隔離器，做到一機二用，提高了使用的經(jīng)濟性，同時給操作與維護帶來了很大的方便，增加了安全性、可靠性。特別是抽屜座的主回路觸刀座，可與NT型熔斷路器觸刀座通用。