電氣控制-斷路器
發(fā)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(guān)合、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流，并能關(guān)合、在規(guī)定的 時間內(nèi)承載和開斷異?；芈窏l件（包括短路條件）下的電流的開關(guān)裝置。斷路器可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機(jī)，對電源線路及電動機(jī)等實行保護(hù)，當(dāng)它 們發(fā)生嚴(yán)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(dāng)于熔斷器式開關(guān)與過欠熱繼電器等的組合。而且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰兏悴考?目前，已獲得了廣泛的應(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(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。
作原理
斷路器一般由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、脫扣器、外殼等構(gòu)成。
當(dāng)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(jī)構(gòu)動作，開關(guān)瞬時跳閘。當(dāng)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(jī)構(gòu)動作（電流越大，動作時間越短）。現(xiàn)在有電子型的，使用互感器采集各相電流大小，與設(shè)定值比較，當(dāng)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(jī)構(gòu)動作。
斷路器的作用是切斷和接通負(fù)荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴(kuò)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(qiáng)帶電粒子的復(fù)合和擴(kuò)散，同時把弧隙中的帶電粒子吹散，迅速恢復(fù)介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度。
低壓斷路器也稱為自動空氣開關(guān)，可用來接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路，也可用來控制不頻繁起動的電動機(jī)。它功能相當(dāng)于閘刀開關(guān)、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護(hù)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(hù)電器。
低壓斷路器具有多種保護(hù)功能（過載、短路、欠電壓保護(hù)等）、動作值可調(diào)、分?jǐn)嗄芰Ω?、操作方便、安全等?yōu)點，所以目前被廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)和工作原理低壓斷路器由操作機(jī)構(gòu)、觸點、保護(hù)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(jī)構(gòu)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(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時，過電流脫扣器的銜鐵吸合，使自由脫扣機(jī)構(gòu)動作，主觸點斷開主電路。當(dāng)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(jī)構(gòu)動作。當(dāng)電路欠電壓時，欠電壓脫扣器的銜鐵釋放。也使自由脫扣機(jī)構(gòu)動作。分勵脫扣器則作為遠(yuǎn)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(jī)構(gòu)動作，使主觸點斷開。
內(nèi)部附件
輔助觸頭：與斷路器主電路分、合機(jī)構(gòu)機(jī)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(guān)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(jié)構(gòu)，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(dāng)斷路器脫扣分?jǐn)嗪蟛艅幼?，主要用于斷路器的?fù)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(fù)載故障而自由脫扣的機(jī)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(guān)。分勵脫扣器是一種遠(yuǎn)距離操縱分閘的附件。當(dāng)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?jǐn)?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(guān)，當(dāng)分勵 脫扣器通過銜鐵吸合，微動開關(guān)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(dāng)斷路器再扣合閘后，微動開關(guān)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(dāng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)能保證斷路器可靠閉合。因此，當(dāng)受保護(hù)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(fù)載電器或電氣設(shè)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，否則斷路器合不上閘。
外部附件
電動操作機(jī)構(gòu)：這是一種是用于遠(yuǎn) 距 離自動分閘和合閘斷路器的一種附件，電動操作機(jī)構(gòu)有電動機(jī)操作機(jī)構(gòu)和電磁鐵操作機(jī)構(gòu)兩種，電動機(jī)操作機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(jī)，它們的吸合和轉(zhuǎn)動方向都是相同，僅由電動操作機(jī)構(gòu)內(nèi) 部的凸輪的位置來達(dá)到合、分，斷路器在用電動機(jī)構(gòu)操作時，在額定控制電壓的85%-110%之間的任一電壓下，應(yīng)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(jī)構(gòu)，手柄的轉(zhuǎn)軸裝在它的機(jī)構(gòu)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(guān)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(jìn)行手動分合閘操作。
手柄閉鎖裝置：是在手柄框上裝設(shè)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(fù)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，從而保護(hù)維修人員的安全或用電設(shè)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(hù) （Ir或Irth）和短路保護(hù)（Im）的脫扣電流整定范圍；額定短路分?jǐn)嚯娏鳎üI(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比較大電流值，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?jǐn)嗄芰Γ↖cu或Icn）：斷路器的額定短路分?jǐn)嚯娏魇菙嗦菲髂軌蚍謹(jǐn)喽槐粨p害的比較高（預(yù)期的）電流 值。標(biāo)準(zhǔn)中提供的電流值為故障電流交流分量的均方根值，計算標(biāo)準(zhǔn)值時直流暫態(tài)分量（總在比較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?jǐn)嗄芰Γ↖cs）：斷路器的額定分?jǐn)嗄芰Ψ譃轭~定極限短路分?jǐn)嗄芰皖~定運行短路分?jǐn)嗄芰煞N。 國標(biāo)《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備低壓斷路器》（GB14048.2—94）對斷路器額定極限短路分?jǐn)嗄芰皖~定運行短路分?jǐn)嗄芰ψ髁巳缦碌慕忉專?div style="font-family:arial, 宋體, sans-serif;font-size:14px;background-color:#FFFFFF;" class="para">1、斷路器的額定極限短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cn）：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?jǐn)嗄芰Γ?/div>2、斷路器的額定運行短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cn）：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?jǐn)嗄芰Γ?/div>
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3、額定極限短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cn）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(yù)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(yīng)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(jìn)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?jǐn)啵瑒t其極 限短路分?jǐn)嗄芰细瘛?/div>
4、斷路器的額定運行短路分?jǐn)嗄芰Γ↖cn）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?jǐn)?、熄滅電弧，就認(rèn)定它的額定運行短路分?jǐn)嗄芰细瘛?/div>
因此，可以看出，額定極限短路分?jǐn)嗄芰cn指的是低壓斷路器在分?jǐn)嗔藬嗦菲鞒鼍€端比較大三相短路電流后還可再正常運行并再分?jǐn)噙@一短路電流一次，至于以后 是否能正常接通及分?jǐn)啵瑪嗦菲鞑挥枰员ＷC；而額定運行短路分?jǐn)嗄芰cs指的是斷路器在其出線端比較大三相短路電流發(fā)生時可多次正常分?jǐn)唷?/div>IEC947—2《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備低壓斷路器》標(biāo)準(zhǔn)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(hù)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?jǐn)嗄芰κ且环N比額定極限短路分?jǐn)嚯娏餍〉姆謹(jǐn)嚯娏髦担琁cs是Icu的一個 百分?jǐn)?shù)。
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(hù)功能的斷路器，能實現(xiàn)選擇性保護(hù)，大多數(shù)主干線（包括變壓器的出線端）都采用它作主保護(hù)開關(guān)。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(hù)），不能作選擇性保護(hù)，它們只能使用于支路。IEC92《船舶電氣》指出：具有三段保護(hù)的 斷路器，偏重于它的運行短路分?jǐn)嗄芰χ?，而使用于分支線路的斷路器，應(yīng)確保它有足夠的極限短路分?jǐn)嗄芰χ怠?/div>無論是哪種斷路器，雖然都具備Icu和Ics這兩個重要的技術(shù)指標(biāo)。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?jǐn)嗄芰纯伞，F(xiàn)在出現(xiàn)的較普遍的偏頗是寧取大，不取正合適，認(rèn)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?jǐn)嘈停萐型—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?jǐn)嗄芰χ?標(biāo)。而對于干線上使用的斷路器，不僅要滿足額定極限短路分?jǐn)嗄芰Φ囊?，同時也應(yīng)該滿足額定運行短路分?jǐn)嗄芰Φ囊?，如果僅以額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu 來衡量其分?jǐn)嗄芰细衽c否，將會給用戶帶來不安全的隱患。