斷路器原理

什么是斷路器？

　　斷路器又叫空氣開(kāi)關(guān)，是一種很基本的低壓電器，斷路器具有過(guò)載、短路和欠電壓保護功能，能保護線(xiàn)路和電源的能力。它可用來(lái)分配電能，不頻繁地啟動(dòng)異步電動(dòng)機，對電源線(xiàn)路及電動(dòng)機等實(shí)行保護，當它們發(fā)生嚴重的過(guò)載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，其功能相當于熔斷器式開(kāi)關(guān)與過(guò)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，所以獲得了廣泛的應用。一旦房屋配線(xiàn)中的電流流量過(guò)大，這種簡(jiǎn)單的電路裝置就會(huì )切斷電源，直至故障被排除。如果沒(méi)有斷路器（或其替代品——保險絲），家庭用電就會(huì )非常不方便，原因在于，僅僅是線(xiàn)路問(wèn)題和設備故障就可能會(huì )造成火災和其他事故。

斷路器類(lèi)型及其工作原理：

基本型：

　　最簡(jiǎn)單的電路保護裝置是保險絲。保險絲只是一根很細的導線(xiàn)，加上一個(gè)保護套之后接入電路。電路閉合后，所有電流必須流經(jīng)保險絲——保險絲處的電流與同一電路上其他各點(diǎn)的電流相同。設計這種保險絲，是為了讓它在溫度達到某一水平時(shí)能夠熔斷。燒毀保險絲可以造成開(kāi)路，從而防止過(guò)量電流破壞房屋配線(xiàn)。

　　保險絲的問(wèn)題是，它只能發(fā)揮一次作用。每當保險絲被燒斷后，就必須換一個(gè)新的。斷路器能起到與保險絲相同的作用，卻可以反復使用。 只要電流達到危險水平，它就能立刻造成開(kāi)路 。

工作原理：

電路中的火線(xiàn)與開(kāi)關(guān)兩端相連。當開(kāi)關(guān)置于接通狀態(tài)時(shí)，電流從底部終端流出，依次流經(jīng)電磁體、移動(dòng)接觸器、靜態(tài)接觸器，最終從頂部終端流出。

　　電流能磁化電磁體。電磁體產(chǎn)生的磁力隨電流的增強而增強，如果電流降低，磁力也會(huì )減弱。當電流躍升到危險水平時(shí)，電磁體會(huì )產(chǎn)生足夠大的磁力，以拉動(dòng)一根與開(kāi)關(guān)聯(lián)動(dòng)裝置相連的金屬桿。這會(huì )使移動(dòng)接觸器傾斜并離開(kāi)靜態(tài)接觸器，繼而切斷電路。電流也就中斷了。

　　雙金屬條設計依據的是相同的原理，區別在于這里無(wú)需給電磁體能量，而是讓金屬條在高電流下自行彎曲，繼而啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)裝置。還有些斷路器靠填充易爆物來(lái)移置開(kāi)關(guān)。當電流超過(guò)某一水平時(shí)，就會(huì )點(diǎn)燃易爆材料，繼而驅動(dòng)活塞打開(kāi)開(kāi)關(guān)。

增強型：

　　更先進(jìn)的斷路器摒棄了簡(jiǎn)單的電氣設備，轉而使用電子器件（半導體設備）來(lái)監測電流水平。接地故障斷路器（GFCI）是一種新型斷路器。這種斷路器，不僅能預防房屋配線(xiàn)損毀，而其能保護人免遭電擊。

工作原理：

GFCI 會(huì )不斷監測電路中零線(xiàn)和火線(xiàn)上的電流。一切正常時(shí)，兩條線(xiàn)上的電流應當完全相同。一旦火線(xiàn)直接接地（例如有人不慎觸碰火線(xiàn)），火線(xiàn)上的電流會(huì )突然猛增，而零線(xiàn)則不會(huì )。GFCI 在檢測到這種情況后會(huì )立即切斷電路，以防止觸電傷亡事故。由于 GFCI 無(wú)需等到電流上升到危險水平就能采取行動(dòng)，因而其反應速度要比傳統斷路器快得多。

直流斷路器的工作原理：

主回路包含一個(gè)支撐動(dòng)觸頭的下部連接排，一個(gè)上部連接排和表面鍍銀的觸頭。合閘裝置由一個(gè)帶合閘線(xiàn)圈的大塊罐狀磁鐵組成。該磁鐵容納了一個(gè)動(dòng)磁芯、觸頭壓力彈簧和
一個(gè)磁芯復位彈簧；所有這些部件均被安裝在操作桿上。撥叉單元安裝在操作桿的頂端。 過(guò)流脫扣裝置包含一個(gè)由層壓的薄片構成的銜鐵，一個(gè)連到由彈簧控制的操作桿上的動(dòng)
磁芯，由于該桿的作用可以設定脫扣整定值。 五對輔助接點(diǎn)均為由動(dòng)觸頭控制的換向觸頭。它們位于合閘裝置下部的塑料盒內。 滅弧室包括角板，隔板和去離子板，以上這些都
安裝在兩塊滅弧板之間。 當斷路器由于過(guò)流或正常的分閘命令而分閘的話(huà)，推進(jìn)機構將會(huì )帶動(dòng)動(dòng)觸頭分閘。該推進(jìn)機構同樣作用于 5個(gè)換向輔助接點(diǎn)。

斷路器的保護及選擇要點(diǎn)：
額定電流在600A以下，且短路電流不大時(shí)，可選用塑殼斷路器；額定電流較大，短路電流亦較大時(shí)，應選用萬(wàn)能式斷路器。
一般選用原則為：
(1)斷路器額定電流≥負載工作電流；
(2)斷路器額定電壓≥電源和負載的額定電壓；
(3)斷路器脫扣器額定電流≥負載工作電流；
(4)斷路器極限通斷能力≥電路最大短路電流；
(5)線(xiàn)路末端單相對地短路電流/斷路器瞬時(shí)(或短路時(shí))脫扣器整定電流≥1.25；
(6)斷路器欠電壓脫扣器額定電壓=線(xiàn)路額定電壓。

目前，國內市場(chǎng)供應的四極塑料外殼式斷路器有六種型式：
1)斷路器的N極不帶過(guò)電流脫扣器，N極與其他三個(gè)相線(xiàn)極一起合分電路；
2)斷路器的N極不帶過(guò)電流脫扣器，N極始終接通，不與其他三個(gè)相線(xiàn)極一起斷開(kāi)；
3)斷路器N極帶過(guò)電流脫扣器，N極與其他三個(gè)相線(xiàn)極一起合分電路；
4)斷路器的N極帶過(guò)電流脫扣器，N極始終接通，不與其他三個(gè)相線(xiàn)極一起斷開(kāi)；
5)斷路器的N極裝設中性線(xiàn)斷線(xiàn)保護器，N極與其他三個(gè)相線(xiàn)極一起合分電路；

6)斷路器的N極裝設中性線(xiàn)斷線(xiàn)保護器，N極始終接通，不與其他三個(gè)相線(xiàn)極一起斷開(kāi)。

注：1)和2)型式適用于中性線(xiàn)電流不超過(guò)相線(xiàn)電流的25%的正常狀態(tài)(變壓器聯(lián)結組標號為Yyno)，其中2)型適用于TN_C系統(PEN線(xiàn)不允許斷開(kāi))；3)和4)型式適用于三相負載不平衡，且負載中有大量電子設備(諧波成份很大)，導致N線(xiàn)的電流等于或大于相線(xiàn)電流，N線(xiàn)過(guò)載而無(wú)法借助三個(gè)相線(xiàn)的過(guò)電流脫扣器的動(dòng)作來(lái)切斷過(guò)載故障的情況；4)型適合TN_C系統 ；5)和6)型式適合于在中性線(xiàn)斷線(xiàn)時(shí)，切斷三相及中線(xiàn)以保護單相設備避免損毀和間接觸電事故的發(fā)生，6)型適合于TN_C系統。