低壓斷路器結構和脫扣器工作原理 _知識百科

低壓斷路器俗稱自動空氣開關。是低壓配電網中地主要開關電器之一，是低壓開關中性能最完善地一種開關。它可以用來接通、分斷正常負荷電流，又具有對電路進行自動保護地功能。當電路中發生短路、過負荷、低電壓等故障時，低壓斷路器都能自動切斷電路。低壓斷路器廣泛用作低壓配電變壓器地總開關、大負荷電力線路和大功率電動機地控制開關等。但其結構上著重提高滅弧能力，所以不適用于要求頻繁操作地電路。它不僅可以接通和分斷正常負載電流、電動機工作電流和過載電流。而且可以接通和分斷短路電流。主要在不傾族操作地低壓配電線路或開關柜（箱）中作為電耳開關使用。并對線路、電氣設備及電動機等起保護作用，當它們發生嚴貫過電流、過載、短路、斷相、翻電等故障時。能自動切斷線路。起到保護作用。

低壓斷路器由觸點系統、脫扣機構、滅弧裝置和操作機構構成，如圖1-13所示。觸點起到電路的通斷作用。脫口機構有多種形式，如過流脫扣器、熱過載脫扣器、欠壓脫扣器、分勵脫扣器等。和接觸器滅弧裝置的作用類似，低壓斷路器的滅弧裝置也是為防止觸點接通或斷開時，所產生的電弧造成觸點間短路所設計的。操作機構分手柄操作、杠桿操作、電磁鐵操作和電動機操作幾種。
當通過斷路器的電流超出其規定的電流值時，過流脫扣器繞組的電流增大，銜鐵I吸合；過載時，熱過載脫扣器的雙金屬片J進一步受熱膨脹后，彎曲加大；當電壓欠壓時，可使欠壓脫扣器動作，其銜鐵G因電壓降低，吸力不夠，在反力彈簧N的作用下而釋放。上述情況不論哪種情況發生，都將帶動連桿F向上移動，使搭扣與鎖鉤脫開，從而使斷路器的觸點在反力彈簧L的作用下斷開，切斷故障電路，起到保護的目的。因此，斷路器在功能上相當于刀開關、熱繼電器、過電流繼電器和欠壓繼電器的組合，能有效地對負載電路進行短路、過載及欠電壓保護，也可用于不頻繁的接通、分斷電路。

分勵脫扣器的設計，主要是為了實現斷路器的遠距離操作和控制。正常工作時，該脫扣器的線圈是斷電的，當按下相應的按鈕時，脫扣器線圈得電，銜鐵吸合，帶動杠桿移動，使搭扣脫開，主觸點斷開。

【低壓斷路器結構和脫扣器工作原理】另外，目前市場上還設計有微型斷路器，以滿足小電流用戶的使用需要。微型斷路器在極數上分單極、雙極、三極和四極等；在使用場合上分照明、動力兩種；在漏電保護上分普通型和漏電保護型。

低壓斷路器結構和脫扣器工作原理
斷路器用作合、分電路時，依靠扳動手動操作機構的手柄（簡稱為手操）或者利用電動操作機構（簡稱為電操）使得斷路器的動、靜觸頭閉合或者斷開。

當斷路器所在線路出現過載（過負荷）時，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熱元件使得雙金屬元件受熱）產生變形、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。

當斷路器所在線路中出現短路時，短路電流使得磁脫扣器的動銜鐵被吸合，從而帶動牽引裝置使得斷路器跳閘。磁脫扣器一般用于短路保護。

當斷路器所在線路出現電壓低于70%Un（額定電壓）時，欠電壓脫扣器將觸發斷路器執行跳閘操作。這種脫扣被稱為欠電壓脫扣；當操作者需要從遠方來操作斷路器跳閘時，可以利用分勵脫扣器。分勵脫扣器可實現斷路器的遠距離操作。

斷路器的脫扣器包括溫度、電流、電壓的傳感元件、傳遞元件、測控元件和執行元件。

斷路器的脫扣器按測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。

文章插圖

圖1 帶熱磁式脫扣器的斷路器結構原理圖

文章插圖

圖2 帶電子式脫扣器的斷路器結構原理圖
從圖1和圖2中，我們看到主觸頭、輔助觸頭被傳動桿連動，當反時針方向推動操作手柄時，閉合力經自由脫扣機構傳遞給傳動桿使觸頭閉合。最后鎖扣將自由脫扣機構鎖住，被保護電路接通。
我們先看圖1的熱脫扣器：為了實現過載保護，熱脫扣器配套了測量過載電流的雙金屬片。過電流不大時，熱雙金屬片慢慢彎曲（與電流大小成反比），經過一定延時后推動脫扣軸，使機構執行脫扣（熱磁式）。
我們再看圖2的磁脫扣器：當出現短路電流時，電流大到磁脫扣器鐵心氣隙中產生電動力足以克服反力彈簧的反力時，鐵心迅速向上運動，推動脫扣軸，使機構瞬時脫扣。
再看圖2的測量系統，當出現過電流后，過電流脫扣器中的羅氏線圈將過電流信號經運算處理后使機構脫扣。可實現過載長延時、短路短延時、大短路電流瞬時動作的保護特性。
傳動機構既有手動操作的，也有電動操作的。電動操作又分為電磁鐵操作和電動機操作兩種。
采用電動機操作機構的原理是：電動機經過齒輪系統減速后將儲能彈簧壓縮，直到能量儲足，然后將此能量釋放，推動機構快速閉合。
圖1和圖2中的欠電壓脫扣器讓斷路器實現欠電壓保護，而分勵脫扣器則讓斷路器可實現遙控。
將以上各部件裝入一個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 。框架式斷路器的額定電流比塑殼斷路器要大很多。

文章插圖

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實現過載和短路電流的測量和保護。
在圖2和圖3中，電流采樣信號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量過載和短路電流時鐵磁電流互感器磁通飽和效應。
斷路器的電壓采集裝置的作用是采集三相電流信息，用以實現欠電壓和過電壓保護。
斷路器的工作電源來自速保護電流互感器獲取的能量。采用速保護電流互感器的目的是避免當斷路器的一次回路中流過較大的電流時對電源系統產生破壞性沖擊。
圖3中，電流，電壓等模擬量通過模擬量采集電子開關輸入到CPU中， CPU對模擬量采集電子開關發出選通控制實現高速循環輸入各種模擬量；斷路器的各種開關量則從開關量采集電子開關輸入CPU 。 CPU的輸出包括：LED顯示器顯示測控信息和模擬量信息，鍵盤操作及編碼電路用于實現人機對話，驅動出口繼電器則用于執行各種脫扣操作，而RS485驅動電路則用于與上位系統交換信息。