低压断路器分类及结构分析

1、概述

　　低压断路器是低压电器中最重要的保护及控制元件之一，主要用于工矿企业、高层建筑、宾馆、医院、机场、码头及现代居住小区中的低压配电网中，用作保护交直流电器设备，使之免受过电流、逆电流、短路、过欠压等异常情况的危害，同时也可用于不频繁地起动电动机及操作转换电路中。智能型低压电器更适用于自动化变电站及现代电网的集中控制。

2、分类

（1）按电流种类分为交流AC和直流DC。

（2）按灭弧介质分空气；真空；气体（低压断路器中极少应用）

（3）按使用类别分

A类：在短路情况下，断路器无明确指明用作串联在负载侧的另一短路保护装置的选择性保护，即在短路情况下，无选择性保护所需要的人为短延时，因而无短时耐受电流要求。

B类：在短路情况下，断路器明确指明用作串联在负载侧的另一短路保护装置的选择性保护，即在短路情况下，可实现选择性保护，有人为短延时（可调节），因而有短时耐受电流要求。

（4）按结构型式分

万能式：简称为ACB，所有的零部件都安装在一个绝缘的或金属的框架上，有较多的结构变化、较多种的脱扣器、较多数量的辅助触头，一般选择性断路器，特别是大容量断路器，多设计成万能式。

塑料外壳式：简称为塑壳式或MCCB，所有的零件都安装在一个绝缘外壳中。塑料外壳式断路器结构紧凑、体积小、重量轻、价格较低，并且使用较安全（操作者接触导电部件的可能性小），适于独立安装。因其额定电流较小，非选择型断路器多设计成塑料外壳式。

（5）按保护装置分

热式：多为双金属式，也有三金属式

电磁式：有带线圈的铁心，多用于瞬时动作的脱扣器或作后备保护

电子式：利用电子元器件构成脱扣器

智能式：利用微处理器构成脱扣器，可达到各种保护特性

可通信智能式：具有智能脱扣器，增加界面和现场总线，可支持各种通信协议，打到双向通信。

（6）按动作原理分

限流型：利用短路电流斥力效应，使触头快速打开、分断，能在第一个波峰最大值尚未出现时把短路电流分断。

非限流型：一般为工业用，能分断预期短路电流。

（7）按分断速度分

一般型：动作时间在20ms以上，一般为工业用

快速型：动作时间在10~20ms，多用于直流

（8）按用途分

剩余电流保护断路器；无过电流保护断路器CBI；瞬时动作断路器ICB；

配电断路器：用于电力电路、保护电路和电气设备免受短路、过载危害

电动机保护专用断路器：专门用于保护起动电动机

特殊用途断路器：例如灭磁断路器

　　无过电流保护断路器CBI和瞬时动作断路器ICB似乎区别不大。前者可以完全没有过电流（过载和短路）脱扣装置，适合做隔离器用。后者带有瞬时动作脱扣器，除作隔离器外，强调了与电动机保护装置和其他过电流保护装置配合，这种断路器的任务是做后备保护。

3、低压断路器的结构分析

断路器结构主要由如下四部分组成：

1、传感原件

传感元件又称感受元件（如过电流脱扣器，欠电压脱扣器，分励脱扣器等），能感受到电路中的异常情况和操作人员的命令，或其他继电保护系统的信号，通过传递元件使执行元件动作。传感元件有许多类型，其动作原理不同。

（1）热双金属脱扣器

热双金属脱扣器是一种反时限保护特性的脱扣器，主要感受过载电流的大小，利用该电流通过热双金属片使得双金属片弯曲而动作。通过热双金属片的电流越大，它的弯曲变形越快越大，脱扣器的动作时间越短。

（2）电磁式脱扣器

电磁式脱扣器由电流线圈、铁芯、衔铁和反力弹簧构成。当过电流通过电流线圈时，衔铁上产生的电磁力足以克服反力弹簧的弹簧力而吸向铁芯，产生瞬时动作。改变弹簧力的大小可以改变动作电流值，多用于大短路电流的保护，如果采用阻尼装置（油阻尼器或钟表延时机构）配合，亦可得到延时动作。

分励脱扣器也是一种电磁式脱扣器，它由电压线圈、铁芯、衔铁和反力弹簧构成，由控制电源供电。它可以按照操作人员的命令或继电保护信号使得分励脱扣器动作，从而使断路器断开。一台断路器可以安装一个或两个分励脱扣器，以满足控制的需要。

欠压脱扣器也是一种电磁式脱扣器，可感受电源电压的变化。当电源电压正常（额定电压）时，衔铁处于吸合状态。当电源电压降到某一数值时（通常为额定电压的35%至75%），欠电压脱扣器的衔铁吸合力不足，在反力弹簧的作用下，衔铁被释放从而使断路器分断。

（3）电子式脱扣器

电子式脱扣器由传感器、电子电路和脱扣执行机构组成。电子式脱扣器可方便地获得长延时、短延时、瞬时保护特性和接地保护等，具有明显的优势，同时发展迅速。

电子式脱扣器的传感器为电流互感器，装在断路器的主电路中，经过适当的电流比反映主电流的变化。互感器有两种形式，其一为带铁芯速饱和互感器，它的二次输出可作为电子电路的工作电源，其低电流区域线性度较好，也可用作采集电流信号的变化。其二为无铁芯的空心互感器，线性度好，主要作为信号采集。为了提高脱扣器的可靠性和精确度，可同时采用两种互感器来组成采样电路，现代智能型断路器就采用这种方式。

电子式脱扣器的脱扣执行机构，可用分励脱扣器、欠压脱扣器或磁通变换器来组成。

采用分励脱扣器的工作原理：电子电路的最终触发信号送至分励脱扣器，使分励脱扣器吸合，从而使断路器分断。同样采用欠压脱扣器的是电子电路的最终触发信号送至欠压脱扣器，将欠压脱扣器短接，使欠压脱扣器动作从而分断断路器。这两种方式的优点是结构简单，通用性强；缺点是电子电路要提供较大的功率，且动作速度较慢，在老产品中较多采用。在新型智能断路器中，则采用磁通变换器做脱扣执行机构，其消耗功率小，动作速度快，体积重量也小，工作可靠。

所谓磁通变换器，是一种类似于极化继电器工作原理的电磁系统。当断路器处于正常合闸位置时，磁通变换器的铁芯被永久磁钢的吸力吸住。当出现过电流时，通过传感器至微处理器处理过的信号使线圈有电流流过，提供一个反向磁通，抵消了永久磁钢的吸力，铁芯在反作用弹簧作用下弹出，推动机构的脱扣从而分断断路器。由于造成反向磁通的电流极小，因而脱扣所需功率很小。

2、脱扣执行原件

脱扣执行元件包括主触头和灭弧室，辅助触头也是一种执行元件。触头执行接通和分断电路的任务，灭弧室配合触头动作，帮助熄灭触头分断时产生的电弧。触头系统有很多种类型，如单断点触头、双断点触头（桥式触头、旋转触头）、单片触头、并联触头，以及对接触头和插入式触头，具体情况具体分析。灭弧室有栅片式和窄缝式等。交流断路器多用栅片式，直流断路器多用窄缝式。

3、传递原件

承担力的传递和变换的部件，包括传动机构、自由脱扣机构、主轴、牵引杆等。传动机构将人力或电力转换为合闸力，使断路器合闸。主轴将三相或三相加N相触头一道闭合或分断。自由脱扣机构是低压断路器的一种特有性能，将传动机构和触头系统之间的联系变为柔性联系。当自由脱扣机构再扣时，传动机构特别是手动传动机构能直接带动触头系统闭合；当自由脱扣机构脱扣时，则解脱了传动机构与触头系统之间的联系，这时传动机构不能带动触头系统闭合。

4、其它附件

构成一台完整的断路器，还可有许多附件，比如辅助触头、二次接线端子、OK指示、隔板等以供用户选择。