断路器原理

什么是断路器？

　　断路器又叫空气开关，是一种很基本的低压电器，断路器具有过载、短路和欠电压保护功能，能保护线路和电源的能力。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，所以获得了广泛的应用。一旦房屋配线中的电流流量过大，这种简单的电路装置就会切断电源，直至故障被排除。如果没有断路器（或其替代品——保险丝），家庭用电就会非常不方便，原因在于，仅仅是线路问题和设备故障就可能会造成火灾和其他事故。

 断路器类型及其工作原理：

 基本型：

　　最简单的电路保护装置是保险丝。保险丝只是一根很细的导线，加上一个保护套之后接入电路。电路闭合后，所有电流必须流经保险丝——保险丝处的电流与同一电路上其他各点的电流相同。设计这种保险丝，是为了让它在温度达到某一水平时能够熔断。烧毁保险丝可以造成开路，从而防止过量电流破坏房屋配线。

　　保险丝的问题是，它只能发挥一次作用。每当保险丝被烧断后，就必须换一个新的。断路器能起到与保险丝相同的作用，却可以反复使用。 只要电流达到危险水平，它就能立刻造成开路 。

工作原理：

        电路中的火线与开关两端相连。当开关置于接通状态时，电流从底部终端流出，依次流经电磁体、移动接触器、静态接触器，最终从顶部终端流出。

　　电流能磁化电磁体。电磁体产生的磁力随电流的增强而增强，如果电流降低，磁力也会减弱。当电流跃升到危险水平时，电磁体会产生足够大的磁力，以拉动一根与开关联动装置相连的金属杆。这会使移动接触器倾斜并离开静态接触器，继而切断电路。电流也就中断了。

　　双金属条设计依据的是相同的原理，区别在于这里无需给电磁体能量，而是让金属条在高电流下自行弯曲，继而启动联动装置。还有些断路器靠填充易爆物来移置开关。当电流超过某一水平时，就会点燃易爆材料，继而驱动活塞打开开关。

增强型：

　　更先进的断路器摒弃了简单的电气设备，转而使用电子器件（半导体设备）来监测电流水平。接地故障断路器（GFCI）是一种新型断路器。这种断路器，不仅能预防房屋配线损毁，而其能保护人免遭电击。

工作原理：

        GFCI 会不断监测电路中零线和火线上的电流。一切正常时，两条线上的电流应当完全相同。一旦火线直接接地（例如有人不慎触碰火线），火线上的电流会突然猛增，而零线则不会。GFCI 在检测到这种情况后会立即切断电路，以防止触电伤亡事故。由于 GFCI 无需等到电流上升到危险水平就能采取行动，因而其反应速度要比传统断路器快得多。

直流断路器的工作原理：

   主回路包含一个支撑动触头的下部连接排，一个上部连接排和表面镀银的触头。合闸装置由一个带合闸线圈的大块罐状磁铁组成。该磁铁容纳了一个动磁芯、触头压力弹簧和
一个磁芯复位弹簧；所有这些部件均被安装在操作杆上。拨叉单元安装在操作杆的顶端。 过流脱扣装置包含一个由层压的薄片构成的衔铁，一个连到由弹簧控制的操作杆上的动
磁芯，由于该杆的作用可以设定脱扣整定值。 五对辅助接点均为由动触头控制的换向触头。它们位于合闸装置下部的塑料盒内。 灭弧室包括角板，隔板和去离子板，以上这些都
安装在两块灭弧板之间。 当断路器由于过流或正常的分闸命令而分闸的话，推进机构将会带动动触头分闸。该推进机构同样作用于 5个换向辅助接点。
 

 断路器的保护及选择要点：
  额定电流在600A以下，且短路电流不大时，可选用塑壳断路器；额定电流较大，短路电流亦较大时，应选用万能式断路器。
   一般选用原则为：
  (1)断路器额定电流≥负载工作电流；
  (2)断路器额定电压≥电源和负载的额定电压；
  (3)断路器脱扣器额定电流≥负载工作电流；
  (4)断路器极限通断能力≥电路最大短路电流；
  (5)线路末端单相对地短路电流/断路器瞬时(或短路时)脱扣器整定电流≥1.25；
  (6)断路器欠电压脱扣器额定电压=线路额定电压。

 目前，国内市场供应的四极塑料外壳式断路器有六种型式：
1)断路器的N极不带过电流脱扣器，N极与其他三个相线极一起合分电路；
2)断路器的N极不带过电流脱扣器，N极始终接通，不与其他三个相线极一起断开；
3)断路器N极带过电流脱扣器，N极与其他三个相线极一起合分电路；
4)断路器的N极带过电流脱扣器，N极始终接通，不与其他三个相线极一起断开；
5)断路器的N极装设中性线断线保护器，N极与其他三个相线极一起合分电路；

6)断路器的N极装设中性线断线保护器，N极始终接通，不与其他三个相线极一起断开。
 

注：1)和2)型式适用于中性线电流不超过相线电流的25%的正常状态(变压器联结组标号为Yyno)，其中2)型适用于TN_C系统(PEN线不允许断开)；3)和4)型式适用于三相负载不平衡，且负载中有大量电子设备(谐波成份很大)，导致N线的电流等于或大于相线电流，N线过载而无法借助三个相线的过电流脱扣器的动作来切断过载故障的情况；4)型适合TN_C系统 ；5)和6)型式适合于在中性线断线时，切断三相及中线以保护单相设备避免损毁和间接触电事故的发生，6)型适合于TN_C系统。