空氣絕緣框架斷路器、塑殼斷路器和空氣開關(guān)等是工業(yè)過程控制中常見低壓斷路器，昌暉儀表詳細(xì)介紹低壓斷路器結(jié)構(gòu)、脫扣器工作原理、斷路器用途分類及斷路器各種功能，為電工和儀表工正確使用和選用低壓斷路器提供方便。



低壓斷路器的用途和功能
斷路器是一種能夠接通、承載和分?jǐn)嗾＿\行電路中的電流，也能在非正常運行的電路中(過載、短路)按規(guī)定的條件接通、承載一定時間和分?jǐn)嚯娏鞯拈_關(guān)電器。

低壓斷路器常常在低壓配電箱和低壓配電柜中作為電源開關(guān)使用，并且當(dāng)線路中出現(xiàn)過電流(過載和短路)、斷相、漏電等故障時，能自動切斷線路，實施線路保護(hù)。

低壓斷路器在制造和使用方面遵循的國家標(biāo)準(zhǔn)是GB14048.2-2008，而家庭使用的斷路器其標(biāo)準(zhǔn)是IEC60898。

低壓斷路器，從結(jié)構(gòu)類型可分為三種型式：第一種是空氣絕緣框架斷路器，國際上通用名是Air circuit breaker，簡稱為ACB斷路器；第二種是塑殼斷路器，國際上通用名是Moulded case circuit breaker，簡稱為MCCB斷路器；第三種是微型斷路器，國際上通用名是Micro circuit breaker，簡稱為MCB斷路器。居家配電使用的斷路器屬于MCB，并且常常被稱為空氣開關(guān)。

低壓斷路器還可分為配電型斷路器和電動機(jī)保護(hù)型斷路器，還有專用于照明回路的斷路器，以及漏電斷路器等。

低壓斷路器的用途分類見表1

表1 低壓斷路器的用途和分類



低壓斷路器作為一種全功能的低壓斷路器，其基本功能見表2
表2 斷路器各種功能



低壓斷路器結(jié)構(gòu)和脫扣器工作原理
斷路器用作合、分電路時，依靠扳動手動操作機(jī)構(gòu)的手柄(簡稱為手操)或者利用電動操作機(jī)構(gòu)(簡稱為電操)使得斷路器的動、靜觸頭閉合或者斷開。

當(dāng)斷路器所在線路出現(xiàn)過載(過負(fù)荷)時，斷路器熱脫扣器中的雙金屬元件受熱(或者通過它近旁的發(fā)熱元件使得雙金屬元件受熱)產(chǎn)生變形、彎曲，并打開鎖扣使得斷路器跳閘。熱脫扣器一般用于過載保護(hù)。

當(dāng)斷路器所在線路中出現(xiàn)短路時，短路電流使得磁脫扣器的動銜鐵被吸合，從而帶動牽引裝置使得斷路器跳閘。磁脫扣器一般用于短路保護(hù)。

當(dāng)斷路器所在線路出現(xiàn)電壓低于70%Un(額定電壓)時，欠電壓脫扣器將觸發(fā)斷路器執(zhí)行跳閘操作。這種脫扣被稱為欠電壓脫扣；當(dāng)操作者需要從遠(yuǎn)方來操作斷路器跳閘時，可以利用分勵脫扣器。分勵脫扣器可實現(xiàn)斷路器的遠(yuǎn)距離操作。

斷路器的脫扣器包括溫度、電流、電壓的傳感元件、傳遞元件、測控元件和執(zhí)行元件。

斷路器的脫扣器按測量和控制方式可分為熱磁式脫扣器和電子式脫扣器兩種，如圖1和圖2所示。
 


圖1 帶熱磁式脫扣器的斷路器結(jié)構(gòu)原理圖
 


圖2 帶電子式脫扣器的斷路器結(jié)構(gòu)原理圖

從圖1和圖2中 ，我們看到主觸頭、輔助觸頭被傳動桿連動，當(dāng)反時針方向推動操作手柄時，閉合力經(jīng)自由脫扣機(jī)構(gòu)傳遞給傳動桿使觸頭閉合。最后鎖扣將自由脫扣機(jī)構(gòu)鎖住，被保護(hù)電路接通。

我們先看圖1的熱脫扣器：為了實現(xiàn)過載保護(hù)，熱脫扣器配套了測量過載電流的雙金屬片。過電流不大時，熱雙金屬片慢慢彎曲(與電流大小成反比)，經(jīng)過一定延時后推動脫扣軸，使機(jī)構(gòu)執(zhí)行脫扣(熱磁式)。

我們再看圖2的磁脫扣器：當(dāng)出現(xiàn)短路電流時，電流大到磁脫扣器鐵心氣隙中產(chǎn)生電動力足以克服反力彈簧的反力時，鐵心迅速向上運動，推動脫扣軸，使機(jī)構(gòu)瞬時脫扣。

再看圖2的測量系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)過電流后，過電流脫扣器中的羅氏線圈將過電流信號經(jīng)運算處理后使機(jī)構(gòu)脫扣。可實現(xiàn)過載長延時、短路短延時、大短路電流瞬時動作的保護(hù)特性。

傳動機(jī)構(gòu)既有手動操作的，也有電動操作的。電動操作又分為電磁鐵操作和電動機(jī)操作兩種。

采用電動機(jī)操作機(jī)構(gòu)的原理是：電動機(jī)經(jīng)過齒輪系統(tǒng)減速后將儲能彈簧壓縮，直到能量儲足，然后將此能量釋放，推動機(jī)構(gòu)快速閉合。

圖1和圖2中的欠電壓脫扣器讓斷路器實現(xiàn)欠電壓保護(hù)，而分勵脫扣器則讓斷路器可實現(xiàn)遙控。

將以上各部件裝入一個塑料外殼中就成為塑料外殼式斷路器MCCB，將所有零部件裝入金屬材料的框架中就成為框架式斷路器ACB。框架式斷路器的額定電流比塑殼斷路器要大很多。



圖3 電子式斷路器脫扣器的原理流程圖

電子式脫扣器中安裝了微處理器，利用微處理器電子技術(shù)實現(xiàn)過載和短路電流的測量和保護(hù)。

在圖2和圖3中，電流采樣信號通過空心電流互感器即羅氏線圈(Rogowski，羅果夫斯基)獲得。之所以采用空心電流互感器是為了避免在測量過載和短路電流時鐵磁電流互感器磁通飽和效應(yīng)。

斷路器的電壓采集裝置的作用是采集三相電流信息，用以實現(xiàn)欠電壓和過電壓保護(hù)。

斷路器的工作電源來自速保護(hù)電流互感器獲取的能量。采用速保護(hù)電流互感器的目的是避免當(dāng)斷路器的一次回路中流過較大的電流時對電源系統(tǒng)產(chǎn)生破壞性沖擊。

圖3中，電流，電壓等模擬量通過模擬量采集電子開關(guān)輸入到CPU中，CPU對模擬量采集電子開關(guān)發(fā)出選通控制實現(xiàn)高速循環(huán)輸入各種模擬量；斷路器的各種開關(guān)量則從開關(guān)量采集電子開關(guān)輸入CPU。CPU的輸出包括：LED顯示器顯示測控信息和模擬量信息，鍵盤操作及編碼電路用于實現(xiàn)人機(jī)對話，驅(qū)動出口繼電器則用于執(zhí)行各種脫扣操作，而RS485驅(qū)動電路則用于與上位系統(tǒng)交換信息。

斷路器相關(guān)閱讀
◆張白帆：斷路器的基本原理
◆消防與非消防負(fù)荷所選斷路器有什么區(qū)別
◆空氣開關(guān)過熱保護(hù)、過流保護(hù)和欠壓保護(hù)介紹
一文弄懂?dāng)嗦菲鳌⒏綦x開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)的區(qū)別與應(yīng)用