斷路器
一、簡介
斷路器是指能夠關(guān)合、承載和開斷正常回路條件下的電流并能關(guān)合、在規(guī)定的時間內(nèi)承載和開斷異常回路條件下的電流的開關(guān)裝置。斷路器按其使用范圍分為高壓斷路器與低壓斷路器，高低壓界線劃分比較模糊，一般將3kV以上的稱為高壓電器。
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Ｄ壳埃勋@得了廣泛的應(yīng)用。
電的產(chǎn)生、輸送、使用中，配電是一個極其重要的環(huán)節(jié)。配電系統(tǒng)包括變壓器和各種高低壓電器設(shè)備，低壓斷路器則是一種使用量大面廣的電器。
二、工作原理
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）。
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摺⒉僮鞣奖恪踩葍?yōu)點，所以被廣泛應(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。
三、主要特性
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***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?/span>Icu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***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***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?/span>Ics）：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?/span>
1、斷路器的額定極限短路分?jǐn)嗄芰Γ喊匆?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?/span>
2、斷路器的額定運行短路分?jǐn)嗄芰Γ喊匆?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?/span>
3、額定極限短路分?jǐn)嗄芰Φ脑囼灣绦驗?/span>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?/span>
4、斷路器的額定運行短路分?jǐn)嗄芰Γ?/span>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(jīng)過試驗，斷路器能完全分?jǐn)唷⑾珉娀。驼J(rèn)定它的額定運行短路分?jǐn)嗄芰细瘛?/span>
因此，可以看出，額定極限短路分?jǐn)嗄芰?/span>Icn指的是低壓斷路器在分?jǐn)嗔藬嗦菲鞒鼍€端***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?/span>Ics指的是斷路器在其出線端***大三相短路電流發(fā)生時可多次正常分?jǐn)唷?/span>
四、組成部分
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)嗪蟛艅幼鳎饕糜跀嗦菲鞯呢?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)鄶嗦菲鳌７謩蠲摽燮魇嵌虝r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
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。
五、接線方式
斷路器的接線方式有板前、板后、插入式、抽屜式，用戶如無特殊要求，均按板前供貨，板前接線是常見的接線方式。
1、板后接線方式：板后接線***大特點是可以在更換或維修斷路器，不必重新接線，只須將前級電源斷開。由于該結(jié)構(gòu)特殊，產(chǎn)品出廠時已按設(shè)計要求配置了專用安裝板和安裝螺釘及接線螺釘，需要特別注意的是由于大容量斷路器接觸的可靠性將直接影響斷路器的正常使用，因此安裝時須***引起重視，嚴(yán)格按制造廠要求進(jìn)行安裝。
2、插入式接線：在成套裝置的安裝板上，先安裝一個斷路器的安裝座，安裝座上6個插頭，斷路器的連接板上有6個插座。安裝座的面上有連接板或安裝座后有螺栓，安裝座預(yù)先接上電源線和負(fù)載線。使用時，將斷路器直接插進(jìn)安裝座。如果斷路器壞了，只要拔出壞的，換上一只好的即可。它的更換時間比板前，板后接線要短，且方便。由于插、拔需要一定的人力。因此中國的插入式產(chǎn)品，其殼架電流限制在***大為400A。從而節(jié)省了維修和更換時間。插入式斷路器在安裝時應(yīng)檢查斷路器的插頭是否壓緊，并應(yīng)將斷路器安全緊固，以減少接觸電阻，提高可靠性。
3、抽屜式接線：斷路器的進(jìn)出抽屜是由搖桿順時針或逆時針轉(zhuǎn)動的，在主回路和二次回路中均采用了
插入式結(jié)構(gòu)，省略了固定式所須***的隔離器，做到一機(jī)二用，提高了使用的經(jīng)濟(jì)性，同時給操作與維護(hù)帶來了很大的方便，增加了安全性、可靠性。特別是抽屜座的主回路觸刀座，可與NT型熔斷路器觸刀座通用
六、工作條件
周圍空氣溫度：周圍空氣溫度上限+40℃；○周圍空氣溫度下限-5℃；周圍空氣溫度24h的平均值不超過+35℃。
海拔：安裝地點的海拔不超過2000m。
大氣條件：大氣相對濕度在周圍空氣溫度為+40℃時不超過50%；在較底溫度下可以有較高的相對濕度；***濕月的月平均***大相對濕度為90%，同時該月的月平均***低溫度+25℃，并考慮到因溫度變化發(fā)生在產(chǎn)品表面上的凝露。
污染等級：污染等級為3級。
控制回路：
1、應(yīng)能監(jiān)視控制回路保護(hù)裝置及其跳、合閘回路的完好性，以保證斷路器的正常工作；
2、應(yīng)能指示斷路器正常合閘和分閘的位置狀態(tài)，并在自動合閘和自動跳閘時有明顯的指示信號；
3、合閘和跳閘完成后，應(yīng)能使命令脈沖解除，即能切斷合閘或跳閘的電源；
4、在無機(jī)械防跳裝置時，應(yīng)加裝電氣防跳裝置；
5、斷路器的事故跳閘信號回路，應(yīng)按“不對應(yīng)原理”接線；
6、對有可能出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)或故障的設(shè)備，應(yīng)裝設(shè)預(yù)告信號；
7、彈簧操作機(jī)構(gòu)、手動操作機(jī)構(gòu)的電源可為直流或交流，電磁操作機(jī)構(gòu)的電源要求用直流。
七、發(fā)展?fàn)顩r
常見的有低壓斷路器和真空斷：
低壓斷路器是用于交流電壓1200V，直流電壓1500V的電路中起通斷、控制或保護(hù)等作用的電器。低壓斷路器是電器工業(yè)的重要組成部分，在機(jī)械行業(yè)中是基礎(chǔ)配套件，在配電系統(tǒng)中低壓成套開關(guān)設(shè)備主要由各種低壓斷路器元件構(gòu)成，低壓斷路器的功能及性能對低壓成套開關(guān)設(shè)備起著至關(guān)重要的作用。發(fā)電設(shè)備所發(fā)出電能的80%以上是通過低壓斷路器分配使用的。每增加1萬kW發(fā)電設(shè)備，約需2萬件左右的各類低壓斷路器與之配套。在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，也需要由低壓斷路器構(gòu)成的各種控制屏、控制臺、控制器等產(chǎn)品。中國低壓斷路器行業(yè)自1949午后，是在一些修理、裝配簡單電器工廠的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展成能獨立設(shè)計、生產(chǎn)的行業(yè)，到1979共有生產(chǎn)企業(yè)600多家，經(jīng)過1985～1986年、1990～1991年兩個發(fā)展高峰，1995年低壓斷路器行業(yè)已有生產(chǎn)企業(yè)約1500家。
中國低壓斷路器制造企業(yè)主要集中在北京、天津、遼寧、上海、江蘇、浙江、廣東等地，在促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，也暴露出許多問題。主要有以下兩點：
1.企業(yè)規(guī)模偏小，且數(shù)量過多。中國低壓斷路器生產(chǎn)企業(yè)中，年銷售收入和總資產(chǎn)均在5億元以上的大型企業(yè)只有2～4家，絕大多數(shù)都是中小企業(yè)，導(dǎo)致企業(yè)缺乏規(guī)模經(jīng)濟(jì)和競爭力；而且中國低壓斷路器生產(chǎn)企業(yè)由建國初期發(fā)展到現(xiàn)今的1500多家，企業(yè)數(shù)量過多，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)資源過于分散，缺乏整體創(chuàng)新動力，導(dǎo)致生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益和市場競爭力不高。
2.區(qū)域結(jié)構(gòu)趨同，重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重。中國低壓電器行業(yè)由于盲目上項目、鋪攤子，地區(qū)產(chǎn)業(yè)趨同化現(xiàn)象嚴(yán)重，低水平重復(fù)建設(shè)，造成產(chǎn)品生產(chǎn)過剩、能源、原材料利用率低、經(jīng)濟(jì)效益低下以及地區(qū)保護(hù)、惡性競爭等后果。
真空斷路器技術(shù)的進(jìn)步，真空斷路器技術(shù)的進(jìn)步表現(xiàn)在大容量化、低過電壓化、智能化和小型化。而這一進(jìn)步又是由于真空技術(shù)、滅弧室技術(shù)的發(fā)展及采用新工藝、新材料及新操動技術(shù)的結(jié)果。據(jù)發(fā)明者介紹，這種技術(shù)除了可以作為傳統(tǒng)電機(jī)技術(shù)的替代技術(shù)以外，還將為直流電機(jī)拓展更為廣闊的發(fā)展和應(yīng)用空間。如開發(fā)大容量直流電機(jī)代替高壓直流輸電網(wǎng)供電的交流同步發(fā)電機(jī)和換流站設(shè)備，不僅可以節(jié)省大量換流站的建設(shè)費用，還可大幅度降低變電損耗。
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