断路器结构原理

断路器的结构、原理等总结

一、断路器的工作原理：

断路器的工作原理可用下图说明，它的触点1，共有三个，串联在三相主电路中，当操作手柄闭合后，触点1由锁键2保持在闭合状态，锁键2是由搭钩支持着，搭钩3可以绕轴4转动。如果搭钩3被杠杆5顶开，触点1就被弹簧6拉开，电路分断。

电磁脱扣器的线圈和主电路串联，当线路发生短路，出现很大过电流时，过电流脱扣器的铁心线圈产生的电磁吸力才能将衔铁9吸合（正常电流所产生的吸力不能使衔铁动作）。衔铁9吸合时撞击杠杆5，把搭钩3顶上去，使触点1打开。

欠电压脱扣器8的线圈并联在主电路上，当线路电压正常时，欠电压脱扣器产生的吸力能够将它的衔铁10吸合，如果线路电压降到某一定值时，欠电压脱扣器的吸力减小，衔铁10被弹簧11拉开，这时同样撞击杠杆5，把搭钩3顶开，也可以使触点1打开。

热脱扣器的作用和热继电器相同，当线路发生过载时，过载电流流过加热电阻丝13而使双金属片12发热弯曲，同样可将搭钩3顶开，使触点分断，起过载保护作用。

分励脱扣器14是用来远距离分闸（通过按钮15），或由继电保护装置动作来实现自动跳闸。

1——触点2——锁键3——搭钩4——转轴5——杠杆

6、11弹簧7——过电流脱扣器8——欠电压脱扣器

9、10衔铁12——热脱扣器双金属片13——加热电阻丝

14——分励脱扣器15——按钮16——合闸电磁铁

注：

欠电压脱扣器电磁线圈的引线，应接到断路器的进线端，否则自动脱扣机构松动，不能完成合闸操作。

分励脱扣器电磁线圈通常是接于外部操作电源。

断路器都装有操手柄，作为正常情况下闭合和分断电路及故障后重新接通电路使用。

二、断路器的主要结构：

低压断路器的主要结构包括

1、触点系统

断路器常用的触点有三种形式：

1）插入式触点：

适合于不产生电弧的接触处，常作开关极后出线的插入式连接。其特点能通过巨大的短路电流，有电动补偿作用，能防止触点弹开。

2）桥式触点：

适合小容量开关用，桥式触点有两个接触点，因增加了一个断点，有助于灭弧。简化了灭弧室结构，但需要保证使双断点触点同时接通或分断。

3）对接式触点：

适用于通过大电流的开关，对接式触点为一对动静触点。为了防止电流对触点的破坏作用，大电流对接式触点常制成双档触点（即主触点和弧触点），或三档触点（即主触点、副触点和弧触点），电流较小时，可做成单档触点。其三档触点断开负载时的动作程序是：先断开主触点，然后断开副触点，最后断开灭弧触点，电弧在弧触点之间熄灭。主触点材料大都采用纯银制作，弧触点多采用银钨合金、铜钨合金或陶冶合金制成。

[附：断路器的主触点、弧触点、副触点：

断路器的每一极一般由三个并联的触点组成，即主触点、弧触点和副触点。

主触点负担通过额定电流，要有足够的电动稳定性和热稳定性。为了避免主触点在闭合与断开电流时被电弧所烧坏，另外并联了一个弧触点。弧触点是用耐弧材料制成，但在断开时电流由主触点移到弧触点的瞬间，可能因压降太大而产生电弧烧毁主触点，因此在中间又并联一个附加触点（又称副触点）。在断开时首称主触点分开，然后是副触点，最后弧触点分开，产生电弧在弧触点间熄灭。如弧触点失去作用时，副触点也可代替弧触点工作。]

常见的小空开是单档触头（只有主触头），其有时兼作弧触头。

2、灭弧装置

1）将电弧拉长，使电源电压不足以维持电弧燃烧，从而使电弧熄灭。

2）有足够的冷却表面，使电弧能与整个冷却表面接触迅速冷却。

3）将电弧分成多段，成为短弧。每段短弧有一定的电压降，这样电弧上总的电压降增加，而电源电压不足以维持电弧燃烧，使电弧熄灭。

4）限制电弧火花喷出的距离，以造成相间飞弧。

[附：断路器的电弧的产生：

带负载的电路被切断时，断开处低电位的自由电子会脱离金属触点，跑入空气隙中，在电压作用下，被加速后以很大的速度向高电位运动，与空气分子（如氧和氮分子）相撞，使空气发生撞击电离现象，产生新的电子和离子。这些新的电子和离子，被加速后又撞击别的空气分子，重新产生撞击电离，这种链锁反应使空气隙中自由电子骤然增多，空气开始导电，出现很大的电流，因而产生了电弧。

电弧产生后，温度猛然升高，可能将触点烧坏，因此，必须采取有效措施，迅速将电弧熄灭，保证各种开关触点正常工作。]

3、操作机构

断路器通过操作机构可以实现分、合。操作机构有手动、电动、电磁、气动等形式。

常见的小空开大都是手动形式的。

4、保护装置

共有以下保护装置：

1）分励脱扣器

分励脱扣器也多为电磁式。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其线圈通电，衔铁动作，从而使断路器分断。可见，断路器在运行中分励脱扣器是不带电的。

这个机构是为了实现远程分合，小空开通过辅助触头据说可实现，可进一步验证。

2）过电流脱扣器

² 过载脱扣器——习惯上与过载保护的过电流脱扣器相同

热脱扣器：当线路电流超过额定电流值的量并不太大时（即过载），使电阻发热过量，引起双金属片受热向上弯曲，推动顶杆向上，顶开搭钩，主触点在释放弹簧的作用下，很快就断开，将电路切断。

² 短路脱扣器——习惯上与短路保护的过电流脱扣器相同

电磁过扣器：当流过开关的电流在整定值以内时，电磁脱扣器的线圈所产生的吸力不足以吸衔铁。当发生短路时，短路电流超过整定值，强磁场的吸力克服弹簧的拉力拉动衔铁，顶开搭钩，使开关跳闸。所以电磁脱扣器起到熔断器的作用。

3）欠电压脱扣器

欠电压（失压）脱扣器多为电磁式。当电源电压在额定值时，失压脱扣器的线圈产生的磁力不足以将衔铁吸合，使开关保持闭合状态。当电源电压下降（即欠压）到低于整定值或降为零时，其电磁吸引力不足以维持衔铁吸合，在弹簧的作用下衔铁被释放，顶开搭钩，而切断电源。

常见的小空开不具备此项功能。

4）其它脱扣器

有复式的脱扣器。开关同时具有电磁脱扣器和热脱扣器，称为复式脱扣器。电磁脱扣器具有瞬时特性，可保护短路；热脱扣器具有延时特性，可保护过载所以复式脱扣器具有两段保护性。

5、辅助触头：

辅助触头与断路器主触头是联动的。由传动机构带动，有常开与常闭两种形式。其主要作用是通断信号电路或构成电路的联锁。常见小空开很少使用。

6、外壳或框架：

外壳或框架是断路器的主要支承件。常见小空开外壳多由塑料制成（所谓塑壳断路器），而一些大电流断路器由于体积及强度方面的要求框架多为钢质的，断路器的所有零部件均装于外壳或框架之内。

[其它说明：

自由脱扣机构将操作机构和触头系统的机构进行联系。当操作手柄在合闸位置时，靠自由脱口结构可使断路器跳闸，触头分开。各厂家设计的自由脱扣机构虽各有不同，但基本大同小异，自由脱扣机构可以理解为动作放大传递的机构，断路器保护断开时都需要通过它来实现。

通过过电流脱扣器可以反映过电流的大小。当过电流达到整定数值时，脱扣器经一定时间后动作，使断路器断开电路。过电流越大，动作时间越短。当电流大到一定程度时，可使断路器瞬时断开电路。前者称为反时限过电流脱扣器。后者称为瞬动过电流脱扣器。一般反时限过电流脱扣器由双金属片制成，瞬动过电流脱扣器都是电磁脱扣器。

反时限过电流脱扣器——双金属片（热脱扣器）——过载保护

瞬时过电流脱扣器———电磁脱扣器———————短路保护