低压断路器结构和脱扣器工作原理 _知识百科

低压断路器俗称自动空气开关。是低压配电网中地主要开关电器之一，是低压开关中性能最完善地一种开关。它可以用来接通、分断正常负荷电流，又具有对电路进行自动保护地功能。当电路中发生短路、过负荷、低电压等故障时，低压断路器都能自动切断电路。低压断路器广泛用作低压配电变压器地总开关、大负荷电力线路和大功率电动机地控制开关等。但其结构上着重提高灭弧能力，所以不适用于要求频繁操作地电路。它不仅可以接通和分断正常负载电流、电动机工作电流和过载电流。而且可以接通和分断短路电流。主要在不倾族操作地低压配电线路或开关柜（箱）中作为电耳开关使用。并对线路、电气设备及电动机等起保护作用，当它们发生严贯过电流、过载、短路、断相、翻电等故障时。能自动切断线路。起到保护作用。

低压断路器由触点系统、脱扣机构、灭弧装置和操作机构构成，如图1-13所示。触点起到电路的通断作用。脱口机构有多种形式，如过流脱扣器、热过载脱扣器、欠压脱扣器、分励脱扣器等。和接触器灭弧装置的作用类似，低压断路器的灭弧装置也是为防止触点接通或断开时，所产生的电弧造成触点间短路所设计的。操作机构分手柄操作、杠杆操作、电磁铁操作和电动机操作几种。
当通过断路器的电流超出其规定的电流值时，过流脱扣器绕组的电流增大，衔铁I吸合；过载时，热过载脱扣器的双金属片J进一步受热膨胀后，弯曲加大；当电压欠压时，可使欠压脱扣器动作，其衔铁G因电压降低，吸力不够，在反力弹簧N的作用下而释放。上述情况不论哪种情况发生，都将带动连杆F向上移动，使搭扣与锁钩脱开，从而使断路器的触点在反力弹簧L的作用下断开，切断故障电路，起到保护的目的。因此，断路器在功能上相当于刀开关、热继电器、过电流继电器和欠压继电器的组合，能有效地对负载电路进行短路、过载及欠电压保护，也可用于不频繁的接通、分断电路。

分励脱扣器的设计，主要是为了实现断路器的远距离操作和控制。正常工作时，该脱扣器的线圈是断电的，当按下相应的按钮时，脱扣器线圈得电，衔铁吸合，带动杠杆移动，使搭扣脱开，主触点断开。

【低压断路器结构和脱扣器工作原理】另外，目前市场上还设计有微型断路器，以满足小电流用户的使用需要。微型断路器在极数上分单极、双极、三极和四极等；在使用场合上分照明、动力两种；在漏电保护上分普通型和漏电保护型。

低压断路器结构和脱扣器工作原理
断路器用作合、分电路时，依靠扳动手动操作机构的手柄（简称为手操）或者利用电动操作机构（简称为电操）使得断路器的动、静触头闭合或者断开。

当断路器所在线路出现过载（过负荷）时，断路器热脱扣器中的双金属元件受热（或者通过它近旁的发热元件使得双金属元件受热）产生变形、弯曲，并打开锁扣使得断路器跳闸。热脱扣器一般用于过载保护。

当断路器所在线路中出现短路时，短路电流使得磁脱扣器的动衔铁被吸合，从而带动牵引装置使得断路器跳闸。磁脱扣器一般用于短路保护。

当断路器所在线路出现电压低于70%Un（额定电压）时，欠电压脱扣器将触发断路器执行跳闸操作。这种脱扣被称为欠电压脱扣；当操作者需要从远方来操作断路器跳闸时，可以利用分励脱扣器。分励脱扣器可实现断路器的远距离操作。

断路器的脱扣器包括温度、电流、电压的传感元件、传递元件、测控元件和执行元件。

断路器的脱扣器按测量和控制方式可分为热磁式脱扣器和电子式脱扣器两种，如图1和图2所示。

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图1 带热磁式脱扣器的断路器结构原理图

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图2 带电子式脱扣器的断路器结构原理图
从图1和图2中，我们看到主触头、辅助触头被传动杆连动，当反时针方向推动操作手柄时，闭合力经自由脱扣机构传递给传动杆使触头闭合。最后锁扣将自由脱扣机构锁住，被保护电路接通。
我们先看图1的热脱扣器：为了实现过载保护，热脱扣器配套了测量过载电流的双金属片。过电流不大时，热双金属片慢慢弯曲（与电流大小成反比），经过一定延时后推动脱扣轴，使机构执行脱扣（热磁式）。
我们再看图2的磁脱扣器：当出现短路电流时，电流大到磁脱扣器铁心气隙中产生电动力足以克服反力弹簧的反力时，铁心迅速向上运动，推动脱扣轴，使机构瞬时脱扣。
再看图2的测量系统，当出现过电流后，过电流脱扣器中的罗氏线圈将过电流信号经运算处理后使机构脱扣。可实现过载长延时、短路短延时、大短路电流瞬时动作的保护特性。
传动机构既有手动操作的，也有电动操作的。电动操作又分为电磁铁操作和电动机操作两种。
采用电动机操作机构的原理是：电动机经过齿轮系统减速后将储能弹簧压缩，直到能量储足，然后将此能量释放，推动机构快速闭合。
图1和图2中的欠电压脱扣器让断路器实现欠电压保护，而分励脱扣器则让断路器可实现遥控。
将以上各部件装入一个塑料外壳中就成为塑料外壳式断路器MCCB ，将所有零部件装入金属材料的框架中就成为框架式断路器ACB 。框架式断路器的额定电流比塑壳断路器要大很多。

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图3 电子式断路器脱扣器的原理流程图
电子式脱扣器中安装了微处理器，利用微处理器电子技术实现过载和短路电流的测量和保护。
在图2和图3中，电流采样信号通过空心电流互感器即罗氏线圈（Rogowski ，罗果夫斯基）获得。之所以采用空心电流互感器是为了避免在测量过载和短路电流时铁磁电流互感器磁通饱和效应。
断路器的电压采集装置的作用是采集三相电流信息，用以实现欠电压和过电压保护。
断路器的工作电源来自速保护电流互感器获取的能量。采用速保护电流互感器的目的是避免当断路器的一次回路中流过较大的电流时对电源系统产生破坏性冲击。
图3中，电流，电压等模拟量通过模拟量采集电子开关输入到CPU中， CPU对模拟量采集电子开关发出选通控制实现高速循环输入各种模拟量；断路器的各种开关量则从开关量采集电子开关输入CPU 。 CPU的输出包括：LED显示器显示测控信息和模拟量信息，键盘操作及编码电路用于实现人机对话，驱动出口继电器则用于执行各种脱扣操作，而RS485驱动电路则用于与上位系统交换信息。