電氣控制-斷路器
發布時間：2019-07-09 08:51:02來源：
斷 路器（英文名稱：circuit-breaker，circuit breaker）是指能夠關合、承載和開斷正常回路條件下的電流，并能關合、在規定的 時間內承載和開斷異常回路條件（包括短路條件）下的電流的開關裝置。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。
主要分類
按操作方式分：有電動操作、儲能操作和手動操作；
按結構分：有萬能式和塑殼式；
按使用類別分：有選擇型和非選擇型；
按滅弧介質分：有油浸式、六氟化硫、真空式和空氣式；
按動作速度分：有快速型和普通型；
按極數分：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。
作原理
斷路器一般由觸頭系統、滅弧系統、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）。現在有電子型的，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、分斷能力高、操作方便、安全等優點，所以目前被廣泛應用。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， 欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯。當電路發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，銜鐵帶動自由脫扣機構動作，使主觸點斷開。
內部附件
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為單斷點轉換觸頭，225A及以上為橋式觸頭結構，約定發熱電流為3A；殼架等級額定電流400A及以上可裝兩常開、兩常閉，約定發熱電流為 6A。操作性能次數與斷路器的操作性能總次數相同。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。由于斷 路器發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轉換成常開，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，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，欠電 壓脫扣器通電后，斷路器才能合閘，否則斷路器合不上閘。
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，它們的吸合和轉動方向都是相同，僅由電動操作機構內 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。 轉動操作手柄：適用于塑殼斷路器，在斷路器的蓋上裝轉動操作手柄的機構，手柄的轉軸裝在它的機構配合孔內，轉軸的另 一頭穿過抽屜柜的門孔，旋轉手柄的把手裝在成套裝置的門上面所露出的轉軸頭，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動，來確保斷路器的合閘或分閘。同時轉動手柄能保證斷路器處于合閘時，柜門不能開啟；只有轉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。
工作狀態時，不容許其他人分閘而引起停電事故，或斷路器負載側電路需要維修或不允許通電時，以防被人誤將斷路器合閘，從而保護維修人員的安全或用電設備的可靠使用。
基本特性
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定的環境溫度下所能無限承受的比較大電流值，不會超過電流承受部件規定的溫度限值。
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比較高（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分量（總在比較壞的情況短路下出現）假定為零。工業用斷路器額定值（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（Icn）：按規定的實驗程序所規定的條件，不包括斷路器繼續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（Icn）：按規定的實驗程序所規定的條件，包括斷路器繼續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（Icn）的試驗程序為O—t—CO。
其具體試驗是：把線路的電流調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，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比較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比較大三相短路電流發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Ics的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，Ics是Icu的一個 百分數。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，能實現選擇性保護，大多數主干線（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。現在出現的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。