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＿\(yùn)行電路中的電流，也能在非正常運(yùn)行的電路中(過載、短路)按規(guī)定的條件接通、承載一定時(shí)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(shí)，能自動(dòng)切斷線路，實(shí)施線路保護(hù)。

低壓斷路器在制造和使用方面遵循的國(guó)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(guó)際上通用名是Air circuit breaker，簡(jiǎn)稱為ACB斷路器；第二種是塑殼斷路器，國(guó)際上通用名是Moulded case circuit breaker，簡(jiǎn)稱為MCCB斷路器；第三種是微型斷路器，國(guó)際上通用名是Micro circuit breaker，簡(jiǎn)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(dòng)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(shí)，依靠扳動(dòng)手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的手柄(簡(jiǎn)稱為手操)或者利用電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)(簡(jiǎn)稱為電操)使得斷路器的動(dòng)、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(shí)，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(shí)，短路電流使得磁脫扣器的動(dòng)銜鐵被吸合，從而帶動(dòng)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(shí)，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(shí)，可以利用分勵(lì)脫扣器。分勵(lì)脫扣器可實(shí)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(cè)控元件和執(zhí)行元件。

斷路器的脫扣器按測(cè)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(dòng)桿連動(dòng)，當(dāng)反時(shí)針方向推動(dòng)操作手柄時(shí)，閉合力經(jīng)自由脫扣機(jī)構(gòu)傳遞給傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，熱脫扣器配套了測(cè)量過載電流的雙金屬片。過電流不大時(shí)，熱雙金屬片慢慢彎曲(與電流大小成反比)，經(jīng)過一定延時(shí)后推動(dòng)脫扣軸，使機(jī)構(gòu)執(zhí)行脫扣(熱磁式)。

我們?cè)倏磮D2的磁脫扣器：當(dāng)出現(xiàn)短路電流時(shí)，電流大到磁脫扣器鐵心氣隙中產(chǎn)生電動(dòng)力足以克服反力彈簧的反力時(shí)，鐵心迅速向上運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)脫扣軸，使機(jī)構(gòu)瞬時(shí)脫扣。

再看圖2的測(cè)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(hào)經(jīng)運(yùn)算處理后使機(jī)構(gòu)脫扣?？蓪?shí)現(xiàn)過載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)、大短路電流瞬時(shí)動(dòng)作的保護(hù)特性。

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

采用電動(dòng)機(jī)操作機(jī)構(gòu)的原理是：電動(dòng)機(jī)經(jīng)過齒輪系統(tǒng)減速后將儲(chǔ)能彈簧壓縮，直到能量儲(chǔ)足，然后將此能量釋放，推動(dòng)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(shí)現(xiàn)欠電壓保護(hù)，而分勵(lì)脫扣器則讓斷路器可實(shí)現(xiàn)遙控。

將以上各部件裝入一個(gè)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?？蚣苁綌嗦菲鞯念~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(shí)現(xiàn)過載和短路電流的測(cè)量和保護(hù)。

在圖2和圖3中，電流采樣信號(hào)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(cè)量過載和短路電流時(shí)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(shí)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(shí)對(duì)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(duì)模擬量采集電子開關(guān)發(fā)出選通控制實(shí)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(cè)控信息和模擬量信息，鍵盤操作及編碼電路用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，驅(qū)動(dòng)出口繼電器則用于執(zhí)行各種脫扣操作，而RS485驅(qū)動(dòng)電路則用于與上位系統(tǒng)交換信息。

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