断路器基本常识.docx

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断路器基本常识

断路器

中文名称：

断路器

英文名称：

circuit-breaker;circuitbreaker

定义1：

能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包括短路条件）下的电流的开关装置。

定义2：

用以切断或关合高压电路中工作电流或故障电流的电器。

断路器

断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kV以上的称为高压电器。

低压断路器又称自动开关，俗称＂空气开关＂也是指低压断路器，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。

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，已获得了广泛的应用。

分类

　　按操作方式分：

有电动操作、储能操作和手动操作。

按结构分：

有万能式和塑壳式。

　　按使用类别分：

有选择型和非选择型。

　　按灭弧介质分：

有油浸式、真空式和空气式。

　　按动作速度分：

有快速型和普通型。

　　按极数分：

有单极、二极、三极和四极等。

　　按安装方式分：

有插入式、固定式和抽屉式等。

　　高压断路器（或称高压开关）是发电厂、变电所主要的电力控制设备,具有灭弧特性,当系统正常运行时,它能切断和接通线路以及各种电气设备的空载和负载电流;当系统发生故障时,它和继电保护配合,能迅速切断故障电流,以防止扩大事故范围。

因此,高压断路器工作的好坏,直接影响到电力系统的安全运行；高压断路器种类很多，按其灭弧的不同，可分为：

油断路器（多油断路器、少油断路器）、六氟化硫断路器（SF6断路器）、真空断路器、压缩空气断路器等

内部附件

辅助触头

　　与断路器主电路分、合机构机械上连动的触头，主要用于断路器分、合状态的显示，接在断路器的控制电路中通过断路器的分合，对其相关电器实施控制或联锁。

例如向信号灯、继电器等输出信号。

塑壳断路器壳架等级额定电流100A为单断点转换触头，225A及以上为桥式触头结构，约定发热电流为3A；壳架等级额定电流400A及以上可装两常开、两常闭，约定发热电流为6A。

操作性能次数与断路器的操作性能总次数相同。

报警触头

　　用于断路器事故的报警触头，且此触头只有当断路器脱扣分断后才动作，主要用于断路器的负载出现过载短路或欠电压等故障时而自由脱扣，报警触头从原来的常开位置转换成闭合位置，接通辅助线路中的指示灯或电铃、蜂鸣器等，显示或提醒断路器的故障脱扣状态。

由于断路器发生因负载故障而自由脱扣的机率不太多，因而报警触头的寿命是断路器寿命的1/10。

报警触头的工作电流一般不会超过1A。

分励脱扣器

　　分励脱扣器是一种用电压源激励的脱扣器，它的电压与主电路电压无关。

分励脱扣器是一种远距离操纵分闸的附件。

当电源电压等于额定控制电源电压的70％-110％之间的任一电压时，就能可靠性的分断断路器。

分励脱扣器是短时工作制，线圈通电时间一般不能超过1S，否则线就会被烧毁。

塑壳断路器为防止线圈烧毁，在分励脱扣线圈串联一个微动开关，当分励脱扣器通过衔铁吸合，微动开关从常闭状态转换成常开，由于分励脱扣器电源的控制线路被切断，即使人为的按住按钮，分励线圈始终不会再通电这就避免了线圈烧损情况的产生。

当断路器再扣合闸后，微动开关重新处于常闭位置。

欠电压脱扣器

　　欠电压脱扣器是在它的端电压降至某一规定范围时，使断路器有延时或无延时断开的一种脱扣器，当电源电压下降（甚至缓慢下降）到额定工作电压的70％至35％范围内，欠电压脱扣器应运作，欠电压脱扣器在电源电压等于脱扣器额定工作电压的35％时，欠电压脱扣器应能防止断路器闭合；电源电压等于或大于85％欠电压脱扣器的额定工作电压时，在热态条件下，应能保证断路器可靠闭合。

因此，当受保护电路中电源电压发生一定的电压降时，能自动断开断路器切断电源，使该断路器以下的负载电器或电气设备免受欠电压的损坏。

使用时，欠电压脱扣器线圈接在断路器电源侧，欠电压脱扣器通电后，断路器才能合闸，否则断路器合不上闸。

外部附件

断路器

电动操作机构

　　这是一种是用于远距离自动分闸和合闸断路器的一种附件，电动操作机构有电动机操作机构和电磁铁操作机构两种，电动机操作机构为塑壳式断路器壳架等级额定电流400A及以上断路器，电磁铁操作机构适用于塑壳断路器壳架等级额定电流225A及以下断路器，无论是电磁铁或电动机，它们的吸合和转动方向都是相同，仅由电动操作机构内部的凸轮的位置来达到合、分，断路器在用电动机构操作时，在额定控制电压的85％-110％之间的任一电压下，应能保证断路器可靠闭合。

转动操作手柄

　　适用于塑壳断路器，在断路器的盖上装转动操作手柄的机构，手柄的转轴装在它的机构配合孔内，转轴的另一头穿过抽屉柜的门孔，旋转手柄的把手装在成套装置的门上面所露出的转轴头，把手的圆形或方形座用螺钉固定的门上，这样的安装能使操作者在门外通过手柄的把手顺时针或逆时针转动，来确保断路器的合闸或分闸。

同时转动手柄能保证断路器处于合闸时，柜门不能开启；只有转动手柄处于分闸或再扣，开关板的门才能打开。

在紧急情况下，断路器处于"合闸"而需要打开门板时，可按动转动手柄座边上的红色释放按钮。

加长手柄

　　是一种外部加长手柄，直接装于断路器的手柄上，一般用于600A及以上的大容量断路器上，进行手动分合闸操作。

手柄闭锁装置

　　是在手柄框上装设卡件，手柄上打孔然后用挂锁锁起来。

主要用于断路器处于合闸。

断路器

工作状态时，不容许其他人分闸而引起停电事故，或断路器负载侧电路需要维修或不允许通电时，以防被人误将断路器合闸，从而保护维修人员的安全或用电设备的可靠使用。

接线方式

　　断路器的接线方式有板前、板后、插入式、抽屉式，用户如无特殊要求，均按板前供货，板前接线是常见的接线方式。

（1）板后接线方式：

板后接线最大特点是可以在更换或维修断路器，不必重新接线，只须将前级电源断开。

由于该结构特殊，产品出厂时已按设计要求配置了专用安装板和安装螺钉及接线螺钉，需要特别注意的是由于大容量断路器接触的可靠性将直接影响断路器的正常使用，因此安装时必须引起重视，严格按制造厂要求进行安装。

（2）插入式接线：

在成套装置的安装板上，先安装一个断路器的安装座，安装座上6个插头，断路器的连接板上有6个插座。

安装座的面上有连接板或安装座后有螺栓，安装座预先接上电源线和负载线。

使用时，将断路器直接插进安装座。

如果断路器坏了，只要拔出坏的，换上一只好的即可。

它的更换时间比板前，板后接线要短，且方便。

由于插、拔需要一定的人力。

因此目前我国的插入式产品，其壳架电流限制在最大为400A。

从而节省了维修和更换时间。

插入式断路器在安装时应检查断路器的插头是否压紧，并应将断路器安全紧固，以减少接触电阻，提高可靠性。

　　（3）抽屉式接线：

断路器的进出抽屉是由摇杆顺时针或逆时针转动的，在主回路和二次回路中均采用了插入式结构，省略了固定式所必须的隔离器，做到一机二用，提高了使用的经济性，同时给操作与维护带来了很大的方便，增加了安全性、可靠性。

特别是抽屉座的主回路触刀座，可与NT型熔断路器触刀座通用，这样在应急状态下可直接插入熔断器供电。

负荷开关、隔离开关和断路器的区别

　　1、负荷开关是可以带负荷分断的，有自灭弧功能，但它的开断容量很小很有限。

　　2、隔离开关一般是不能能带负荷分断的，结构上没有灭弧罩，也有能分断负荷的隔离开关，只是结构上与负荷开关不同，相对来说简单一些。

　　3、负荷开关和隔离开关，都可以形成明显断开点，大部分断路器不具隔离功能，也有少数断路器具隔离功能。

　　4、隔离开关不具备保护功能，负荷开关的保护一般是加熔断器保护，只有速断和过流

　　5、断路器的开断容量可以在制造过程中做的很高。

主要是依靠加电流互感器配合二次设备来保护。

可具有短路保护、过载保护、漏电保护等功能。

断路器的基本参数特性

断路器的基本特性有

　　额定电压Ue；额定电流In；过载保护（Ir或Irth）和短路保护（Im）的脱扣电流整定范围；额定短路分断电流（工业用断路器Icu;家用断路器Icn）等。

　　额定工作电压（Ue）：

这是断路器在正常（不间断的）的情况下工作的电压。

　　额定电流（In）：

这是配有专门的过电流脱扣继电器的断路器在制造厂家规定的环境温度下所能无限承受的最大电流值，不会超过电流承受部件规定的温度限值。

　　短路继电器脱扣电流整定值（Im）

　　短路脱扣继电器（瞬时或短延时）用于高故障电流值出现时，使断路器快速跳闸。

其跳闸极限Im：

　　额定短路分断能力（Icu或Icn）

　　断路器的额定短路分断电流是断路器能够分断而不被损害的最高（预期的）电流值。

标准中提供的电流值为故障电流交流分量的均方根值，计算标准值时直流暂态分量（总在最坏的情况短路下出现）假定为零。

工业用断路器额定值（Icu）和家用断路器额定值（Icn）通常以kA均方根值的形式给出。

断路器

额定运行短路分断能力（Ics）

　　额定极限短路分断能力（Icu）或（Icn）是断路器能成功分断而不会被损害的最高故障电流。

产生这种电流的可能性非常低，普通环境下，故障电流比断路器额定分断能力（Icu）低得多。

另一方面，大电流（可能性较低）在良好状态下被分断非常重要，这样在故障电路被修复以后，断路器能够立即合闸。

　　——　断路器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，有保护线路和电源的能力。

　　主要技术指标是额定电压、电流。

断路器根据不同的应用具有不同的功能，品种、规格很多，具体的技术指标也很多，你只要找到专业的经销商他会告诉你的。

　　如果你只是采购没有必要急于一下子就掌握断路器的技术指标，但其质量是最关键的。

　　你首先应该了解目前市场上能够采购的断路器的质量。

高端的有ABB、西门子、梅兰日兰、三菱等国际知名品牌，质量优良、耐用、价格贵。

　　中端有正泰、德力西大全集团销路最广，质量稳定、价格适中。

　　其他地方性品牌多得难以计数。

　　断路器主要品种有：

断路器

塑壳断路器、塑料外壳式断路器、漏电断路器、小型断路器、高分段小型断路器、高分段小型漏电断路器、小型漏电断路器、照明配电箱、双电源自动切换装置、智能型万能式断路器

　　断路器自由脱扣

　　断路器在合闸过程中的任何时刻，若是保护动作接通跳闸回路，断路器完全能可靠地断开，这就叫自由脱扣。

带有自由脱扣的断路器，可以保证断路器合闸短路故障时，能迅速断开，可以避免扩大事故的范围。

正常工作条件

　　●周围空气温度

　　○周围空气温度上限+40℃;○周围空气温度下限-5℃;○周围空气温度24h的平均值不超过+35℃。

　　●海拔:

安装地点的海拔不超过2000m。

　　●大气条件：

　　大气相对湿度在周围空气温度为+40℃时不超过50%;在较底温度下可以有较高的相对湿度;最湿月的月平均最大相对湿度为90%,同时该月的月平均最低温度+25℃,并考虑到因温度变化发生在产品表面上的凝露。

　　●污染等级:

污染等级为3级。

断路器的控制回路

　　①应能监视控制回路保护装置及其跳、合闸回路的完好性，以保证断路器的正常工作

　　②应能指示断路器正常合闸和分闸的位置状态，并在自动合闸和自动跳闸时有明显的指示信号

　　③合闸和跳闸完成后，应能使命令脉冲解除，即能切断合闸或跳闸的电源

　　④在无机械防跳装置时，应加装电气防跳装置

　　⑤断路器的事故跳闸信号回路，应按“不对应原理”接线

　　⑥对有可能出现不正常工作状态或故障的设备，应装设预告信号

　　⑦弹簧操作机构、手动操作机构的电源可为直流或交流，电磁操作机构的电源要求用直流。

断路器的发展状况

　　世界上最早的断路器产生于1885年，它是一种刀开头和过电流脱扣器的组合。

1905年，具有自由脱扣装置的空气断路器诞生。

1930年以来，随着科技的进步，电弧原理的发现和各种灭弧装置的发明，逐渐形成了目前的机构。

50年代末，由于电子元件的兴起，又产生了电子脱扣器，到了今天，由于单片机的普及又有了智能型断路器的问世。

　　常见的有低压断路器和真空断：

　　低压断路器是用于交流电压1200V，直流电压1500V的电路中起通断、控制或保护等作用的电器。

低压断路器是电器工业的重要组成部分，在机械行业中是基础配套件，在配电系统中低压成套开关设备主要由各种低压断路器元件构成，低压断路器的功能及性能对低压成套开关设备起着至关重要的作用。

发电设备所发出电能的80％以上是通过低压断路器分配使用的。

每增加1万kW发电设备，约需2万件左右的各类低压断路器与之配套。

在工业自动化系统中，也需要由低压断路器构成的各种控制屏、控制台、控制器等产品。

我国低压断路器行业自1949午后，是在一些修理、装配简单电器工厂的基础上逐步发展成能独立设计、生产的行业，到1979共有生产企业600多家，经过1985～1986年、1990～1991年两个发展高峰，1995年低压断路器行业已有生产企业约1500家。

　　目前我国低压断路器制造企业主要集中在北京、天津、辽宁、上海、江苏、浙江、广东等地，在促进国民经济发展的同时，也暴露出许多问题。

主要有以下两点：

　　1.企业规模偏小，且数量过多。

目前我国低压断路器生产企业中，年销售收入和总资产均在5亿元以上的大型企业只有2～4家，绝大多数都是中小企业，导致企业缺乏规模经济和竞争力；而且我国低压断路器生产企业由建国初期发展到现今的1500多家，企业数量过多，导致经济资源过于分散，缺乏整体创新动力，导致生产效率、经济效益和市场竞争力不高。

　　2.区域结构趋同，重复建设严重。

我国低压电器行业由于盲目上项目、铺摊子，地区产业趋同化现象严重，低水平重复建设，造成产品生产过剩、能源、原材料利用率低、经济效益低下以及地区保护、恶性竞争等后果。

　　真空断路器技术的进步，真空断路器技术的进步表现在大容量化、低过电压化、智能化和小型化。

而这一进步又是由于真空技术、灭弧室技术的发展及采用新工艺、新材料及新操动技术的结果。

据发明者介绍，这种技术除了可以作为传统电机技术的替代技术以外，还将为直流电机拓展更为广阔的发展和应用空间。

如开发大容量直流电机代替高压直流输电网供电的交流同步发电机和换流站设备，不仅可以节省大量换流站的建设费用，还可大幅度降低变电损耗。

　　今后断路器会向着专用型、多功能、低过电压、智能化等方向发展。

参数定义

断路器的分断能力是指该断路器安全切断故障电流的能力.

分为极限分断能力Icu和运行分断能力Ics

现在可以做到Icu=Ics即100%

以前是Ics小于Icu

简单说就是断路器能够切断的最大的短路电流，如果电流值超过分段能力则断路器不起作用，导致严重后果。

分断能力的计算方法一般就是（变压器的容量/电压）/变压器出口到断路器上口部分的电阻，所得到的就是电路发生金属性短路的短路电流，断路器的分断能力要大于这个值保证安全

塑壳断路器分断能力的选择，取决于安装地点的短路电流值，要求断路器的分断能力应当大于安装地点的短路电流值，与所带负荷的大小关系不大。

请计算安装点的短路电流水平（KA），然后选择断路器；

如果实在不会计算，此断路器如果安装在发电厂等大电力容量的地方，可以选择50KA，比较保险。

如果一般工业，选择用25-35KA也可以了

额定短路分断能力Icn：

在规定条件下，断路器能保证正常开断的最大短路电流。

额定极限短路分断能力Icu：

在规定的使用和性能条件下，开关在闭合位置所能耐受的额定短时耐受电流第一个大半波的峰值电流。

额定运行短路分断能力Ics：

在额定电压以及规定使用和性能条件下，开关能保证正常关合的最电大短路峰值电流。

额定短时耐受电流Icw：

在规定的使用和性能条件下，在确定的短时间内，开关在闭合位置所能承载的规定电流有效值。

框架电流是断路器选型时的一个重要参数，指断路器的主触头允许通过的最大额定电流。

又称为额定不间断电流。

指在规定条件下，电器在长期工作制下，各部件的温升不超过规定极限值时所承受的电流值。

　“框架电流”与“额定电流”不同。

断路器框架电流：

断路器可以承受的最大电流。

　　断路器额定电流：

断路器允许长期通过工作电流。

　　如断路器CM1-100，额定电流有（10），16，25，32，40，50，63，80，100，但其框架电流都为100。

整定电流是继电保护中的一个重要术语。

其意思是，在继电保护判断跳闸时与实际电流相对比的标准值，整定值是人为规定，根据电路、电网承受能力计算出的值。

整定电流”、“额定电流”是两回事，GB14048中有明确解释，举例说明：

DW45断路器三段保护，长延时保护整定电流一般出厂默认值为1倍的额定电流；短路短延时整定电流一般出厂默认值为8倍的额定电流，定时限时间为0.4s；短路瞬时整定电流一般出厂默认值为12倍的额定电流。

（其中各项保护电流值用户可根据需求自己设定，若有特殊要求可向制造厂特殊定制。

）

额定绝缘电压：

绝缘材料额定耐压值，比如电缆就是绝缘皮额定耐压值

额定冲击耐受电压--在耐压试验时，设备绝缘能耐受的操作冲击电压的标准值。

额定接通能力：

是峰值耐受电流=2.5X短时耐受电流

是考验断路器关合能力的一个指标，跟着短时耐受电流走的，没啥大意思。

额定短时耐受电流（额定热稳定电流）——在规定的使用和性能条件下，在确定的短时间内，开关在闭合位置所能承载的规定电流有效值。

断路器特性

断路器有A类和B类之分：

A类为非选择型，B类为选择型。

所谓选择型是指断路器具有过载长延时、短路短延时和短路瞬时的三段保护特性，反之则只有过载长延时与短路瞬时两种保护特性。

而如果是选择脱扣器的类型话，他有B,C,D型之分，就是说B、C、D型是瞬时脱扣器的型式：

B型脱扣电流＞3～5In，适用于电阻性负载；C型脱扣电流＞5～10In，适用于一般负载；D型脱扣电流＞10～50In，适用于大电感性负载。

用户可根据保护对象的需要，任选它们中的一种。

脱口特性及曲线

1、电磁脱扣器 

　　电磁脱扣器与被保护电路串联。

线路中通过正常电流时，电磁铁产生的电磁力小于反作用力弹簧的拉力，衔铁不能被电磁铁吸动，断路器正常运行。

当线路中出现短路故障时，电流超过正常电流的若干倍，电磁铁产生的电磁力大于反作用力弹簧的作用力，衔铁被电磁铁吸动通过传动机构推动自由脱扣机构释放主触头。

主触头在分闸弹簧的作用下分开切断电路起到短路保护作用。

2、热脱扣器 

　　热脱扣器与被保护电路串联。

线路中通过正常电流时，发热元件发热使双金属片弯曲至一定程度（刚好接触到传动机构）并达到动态平衡状态，双金属片不再继续弯曲。

若出现过载现象时，线路中电流增大，双金属片将继续弯曲，通过传动机构推动自由脱扣机构释放主触头，主触头在分闸弹簧的作用下分开，切断电路起到过载保护的作用。

3、失压脱扣器 

失压脱扣器并联在断路器的电源测，可起到欠压及零压保护的作用。

电源电压正常时扳动操作手柄，断路器的常开辅助触头闭合，电磁铁得电，衔铁被电磁铁吸住，自由脱扣机构才能将主触头锁定在合闸位置，断路器投入运行。

当电源侧停电或电源电压过低时，电磁铁所产生的电磁力不足以克服反作用力弹簧的拉力，衔铁被向上拉，通过传动机构推动自由脱扣机构使断路器掉闸，起到欠压及零压保护作用。

 　　当电源电压为核定电压的75%～105%时，失压脱扣器保证吸合，使断路器顺利合闸；当电源电压低于额定电压的40%时，失压脱扣器保证脱开使断路器掉闸分断。

　　一般还可用串联在失压脱扣器电磁铁圈回路中的常闭按钮做分闸操作。

4、分励脱扣器 

　　分励脱扣器用于远距离操作低压断路器分闸控制。

它的电磁线圈并联在低压断路器的电源侧。

需要进行分闸操作时，按动常开按钮使分励脱扣器的电磁铁得电吸动衔铁，通过传动机构推动自由脱扣机构，使低压断路器掉闸。

　　在一台低压断路器上同时装有两种或两种以上脱扣器时，则称这台低压断路器装有复式脱扣器

三种脱扣器各自的优缺点

　　电磁脱扣器的缺点是只能提供短路保护，其优点就是成本低，寿命长，受环境影响小。

　　热磁脱扣器的缺点是只能提供二段保护；动作值误差比较大，不可以调节（现在所谓的新一代断路器可以机械调节，但调节幅度很小，且误差相当大）；受环境影响较大。

其优点就是成本低，性能稳定，可靠性相对较高，不受电压波动影响，寿命长，有些型号可以倒进线。

　　电子脱扣器的优点是其可以提供三段甚至四段保护；灵敏度高，动作值比较精确，而且可以调节；加装通讯模块后还可以与上位机连接，进行远程控制；基本不受环境温度影响。

其它缺点就是成本过高，而且国货可靠性不高，还有一般不可以倒进线。

左边那条线代表断路器动作的最小值，右边那条线代表断路器动作的最大值。

比如说当电流达到200倍的额定电流，即I/IN=200（即坐标的最右边）时,断路器会在0.005s-0.01s之间分断（最短分断时间为0.005秒，最长分断时间为0.01秒）；在比如当电流达到4倍的额定电流，即I/IN=4时，断路器会在2s-15s之间分断。