断路器基础知识

1、1 低压断路器基础知识 河北工业大学 苏秀苹教授2主要内容一、绪论一、绪论 二、二、系统对开关电器的要求系统对开关电器的要求三、三、 配电线路与用电设备配电线路与用电设备的保护的保护四、四、低压断路器低压断路器3一、一、绪论绪论 1 1、电器的定义、电器的定义 电器通常是指在低压配电系统和控电器通常是指在低压配电系统和控制系统中起开关、控制、保护、检测、制系统中起开关、控制、保护、检测、显示和报警等作用的元件或装置。显示和报警等作用的元件或装置。2 2、低压电器等级划分、低压电器等级划分我国：交流我国：交流1000V 1000V 直流直流1500V1500VIECIEC：1000V1000V以

2、下以下4 3 3、用途、用途 低压电器品种繁多，用途也极其广泛，无论是低压电器品种繁多，用途也极其广泛，无论是工矿企业、农林牧副渔和交通运输业，还是国防军工矿企业、农林牧副渔和交通运输业，还是国防军事设施方面都需要应用各种低压电器。举例来说，事设施方面都需要应用各种低压电器。举例来说，一个年产一个年产3030万吨合成氨的工厂，所使用的低压电器万吨合成氨的工厂，所使用的低压电器就有数百个品种规格，数千件产品，而一套就有数百个品种规格，数千件产品，而一套1700mm1700mm连轮机的电气设备中则需要成千个品种连轮机的电气设备中则需要成千个品种规格，几万件到十几万件低压电器元件。由此可见，规格，几

3、万件到十几万件低压电器元件。由此可见，低压电器确是量大面广的产品。低压电器确是量大面广的产品。 典型的配电线路和控制线路如下：5 典型配电线路6 由此可见低压电器从应用场所提出的不同要求可以分成配电电器与控制电器两大类。 配电电器：主要用于配电系统中 要求：在正常工作及在故障情况下，工作可靠，有足够的热稳定与动稳定性。 主要产品有：刀开关、断路器、熔断器及继电器。 控制电器：主要用于电力拖动控制系统和用电设备中 要求：工作准确可靠、操作频率高、寿命长等。 主要产品有：接触器、控制继电器、主令电器、起动器、电磁铁等。7 配电电器是指在低压配电系统（也称低压电网）或动力装置中，用来进行电能分配、接

4、通和分断电路及对配电系统进行保护的电器。 配电电器主要有： 低压开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器 低压熔断器 低压断路器 8 二、系统对开关电器的要求 1、配电电器的通断能力 （1）分断能力 低压配电线路最严重的故障就是短路，发生短路时，线路上承担分断短路电流任务的配电电器应能切断短路电流。 开关电器的触头在分断电路时，在触头之间不可避免地要产生电弧。在电弧的高温作用下会使触头烧损或烧毁电器的其他部件或发生相间短路，甚至会引起电器的爆炸而发生火灾。因此，要求电器能可靠9 而迅速地熄灭电弧，要有足够的分断能力，以保证电器能可靠地分断电路。 （2） 接通能力 开关电器在使用时，可能碰到在故障

5、下合闸的情况，因此要求能接通故障下的短路电流。 开关电器的触头在接通电路时，由于闭合过程中动、静触头之间发生碰撞，会造成触头的机械振动。机械振动使触头间产生短弧，在电弧高温作用下使触头金属表面熔化，在各种因素影响下金属蒸发和喷10 溅，加速了触头的电磨损。在此情况下，触头再重新闭合时，可能导致触头熔焊，甚至会造成严重事故。因此，要求电器必须有足够的接通能力，以保证电器能可靠地接通电路。 2、电器的动热稳定性 从线路发生短路故障到相应的自动配电电器切断线路，非自动配电电器要受到短路电流的作用，所以对这些电器提出了动稳定性和热稳定性的要求。 （1） 动稳定性11 电器的动稳定性是指电器承受短路(冲

6、击)电流的电动力作用而不致损坏的能力。 （2） 热稳定性 电器的热稳定性是指电器承受规定时间内短路电流产生的热效应而不致损坏的能力。 12 三、 配电线路与用电设备的保护 低压配电线路和用电设备发生各种故障时，为避免线路、设备和人身造成损伤，要求保护电器应起保护作用，及时切除故障电路。 保护性能的要求主要有： 过电流保护 欠压与失压保护 断相保护 漏电保护 在低压配电系统中应用的保护电器有：13 低压断路器，熔断器及各种保护继电器。 1、过电流保护 过载、短路都属于过电流，是最常见的故障。 过电流保护特性是指保护电器动作时间 t 与通过它的电流I 的函数关系，即t = f (I )，动作时间是

7、指从过载或短路开始到切除故障所需的时间。过电流也可以用通过电流I 与保护元件额定电流In 的倍数表示，即 t = f (I /In )。14 （1） 过载保护电器 其保护特性应与被保护设备的过载热特性有良好的配合。15 电动机过载电流大小与允许工作时间的关系称为电动机的过载特性。 保护电器的保护特性尽量接近并略低于电动机的过载特性（反时限），I 0为保护电器动作的最小电流，称为临界动作电流。 （2） 短路保护电器 应具有选择性保护的特性。所谓选择性保护是指电路中多级保护电器之间的协调分工，当线路发生短路及过载等故障时，只选择线路中必须停电的部分加以切除，16 即应使最靠近故障点的保护电器动作，

8、以 缩小停电范围和最大限度地保持线路其它 部分的正常供电。 要达到选择性保护，不但要使上下级保护电器的动作电流满足分级要求，并且动作时间也要满足分级要求。这样，上一级保护电器还能起下一级保护电器的后备保护作用。 断路器具有多种保护性能，以达到选择性保护的要求。17 a) 反时限与瞬时；b) 反时限与短延时；c) 反时限、短延时与瞬时。18 图11线路中，断路器ZK1、ZK2及熔断器RD三者之间配合如图。19 2、欠压与失压保护 低压配电线路运行时，由于短路故障、大电动机起动等原因，会出现短时线路电压大幅度下降甚至消失的现象，会给线路、设备带来损伤，给生产带来损失。 因为： 电压降低到某一程度时

9、，线路上正常 运转的设备，如电动机就会疲倒（带不动 负载）、堵转（转子堵住不转），使大批 电动机同时出现几倍的过电流，故障迅速 扩大，造成损失；20 已停转的电动机在来电时会同时自起动，大批电动机自起动，导致线路电压重新大幅度下降。另外，有些生产工艺要求，以及为了操作人员安全，不允许自起动。 （1） 欠压保护 引起电动机疲倒时的电源电压称为临界电压U lj 。当线路电压降低到Ulj 时，要求 保护电器动作的叫做欠压保护。21 1额定电压UN 时的机械特性 2电压降低时的机械特性 3临界电压Ulj 时的机械特性 4负载的机械特性22 K 点是临界电压下的最大转矩，它与阻转矩平衡，电压稍减小，电动

10、机即疲倒、堵转。因此，在K 点欠压保护电器应动作，使电动机脱离电源。 （2） 失压保护 当线路电压低于或甚低于Ulj 时，保护电器才动作的叫做失压保护。 失压保护主要用于防止电动机的自起动。 3、断相保护 感应电动机在运转中发生一相断线，若23 负载不变，由于电动机转矩减小，因而转差率S 增大，依靠绕组中电流增加来维持负载。其次，断相运行时，电动机定、转子铜损增加很多，铁损也增加，引起电机定、转子温升剧增，以致烧毁电动机。这种情况也称单相运行。 当电动机断相运行时，要求保护电器动作，这种保护就称为断相保护。断相保护有多种方案，其中也可采用热继电器。如果用热继电器作为断相保护。 （1） 形联接

11、24 正常运转时I=IX。当A 相断线时，如果电动机中性点不接地，有 IA=0 IB=IC= 1.73 I (相电流比正常时增大了1.73倍)。 接在线路中的热继电器直接反映各相绕组的电流值，所以用一般的三极热继电器就可以对电动机进行断相保护。 （2） 形联接 当A 相断线时，有 IA=0325 ICA=IAB=1/3IX ICB=2/3IX 流过跨接于全电压下的一相绕组的相电流26 与线电流的比值较正常运转时增大了1.15倍。接在线路中的热继电器不能正确反映绕组电流变化，考虑到上述情况，电动机过载保护用的热继电器兼作断相保护时，常附加专门的结构组件（差动导板）。 4、漏电保护 电气设备绝缘损

12、坏而引起的漏电现象，不但会酿成火灾，而且容易导致人身触电。 400V以下的低压电网有中性点接地和中性点不接地两种系统。 （1） 电源变压器低压侧中性点不接地27 触电回路见图a)，电动机因绝缘损坏而使一相碰壳，人触及电机外壳时，触电电流经大地和线路的对地分布电容构成回路。28 （2） 电源变压器低压侧中性点接地 触电回路见图b)，人触及带电的电动机外壳时，由于电网中性点接地阻抗很小，所以触电电压几乎等于电源的相电压。 为保证安全用电，当线路发生漏电或触电事故时，要求保护电器动作，这种保护就称为漏电保护。29 四、 低压断路器 低压断路器在电路发生过载、短路及欠电压等故障时，能自动分断电路，起保

13、护作用；在正常条件下，也可不频繁地接通与分断电路。剩余电流动作断路器兼有漏电保护功能。 优点：分断能力高，具有多种保护，保护特性完善，品种较多可适用于各种保护，动作值可调整，动作后不需要更换零部件。 缺点：结构复杂，价格较高。30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、短路和欠电压等不正常情况的危害。同时也可用于不频繁地起动电动机及操作或转换电路。智能型低压断路器和可通信低压断路器更适用于自动化变电站及现代电网的集中控制。31 1. 组成 执行通断电路的部件

14、触头和灭弧系统（包括分断弹簧）。 感测电路的不正常状态，并作出反应即保护性动作的部件各种脱扣器（主要有过电流、失压和分励脱扣器）。 联系以上两种部件的中间传递部件开关机构（分合闸操作机构和自由脱扣机构）。 把以上各部分连结在一起的金属框架和塑料外壳。32 2. 工作原理 1分断弹簧 2主触头 3传动杆 4锁扣 5过电流脱扣器 6欠压或失压脱扣器 7分励脱扣器33 过电流脱扣器串联于主电路，主电路电流正常时，衔铁是释放的。当主电路电流超过一定值时，衔铁吸合，顶杆向上将锁扣顶开，分断弹簧使触头分断。 失压脱扣器并联于主电路，电路电压正常时，衔铁是吸合的。当主电路出现失电压时，衔铁释放，顶杆向上将锁

15、扣顶开，使触头断开。 分励脱扣器是由控制电源供电，正常工作时，其线圈是断电的。可根据操作人员的命令或其他信号使线圈通电，其铁心 向上将锁扣顶开，使断路器分断。 34热磁式断路器的结构热磁式断路器的结构35智能型断路器结构原理图智能型断路器结构原理图36 3、低压断路器的分类 低压断路器的分类非常复杂，有多种分类法：（1） 按电流种类分 交流、AC 直流、DC（2） 按灭弧介质分 空气 真空 气体；在低压断路器极少应用。37 （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。

16、B类在短路情况下，断路器明确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）。因此，有短时耐受电流要求。38 （4） 按结构型式分万能式简称ACB，所有的零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、一般选择型断路器、快速断路器、特别是大容量断路器多设计成万能式。塑料外壳式（塑壳式）简称MCCB，所有的零部件都安装于一个绝缘外壳中。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（指操作者接触导电部件可能性小），适于独立安装。额定电流较小的断路器多设计成塑料外壳式。39 （5）

17、 按保护装置分热式 多为双金属式电磁式 有带线圈的铁芯，多用于瞬时动作的脱扣器或作后备保护。电子式 利用电子器件构成脱扣器。智能式 利用微处理器构成脱扣器，可达到各种保护特性。 可通信智能式智能脱扣器增加界面和现场总线可支持各种通信规约，达到双向通信。40 （6） 按动作原理分 限流型 适用于交流，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 一般工业用，包括选择性。（7） 按分断速度分 一般型 动作时间在20ms以上，一般工业用 快速型 动作时间在1020ms之间，多用于直流。41 （7）低压断路器按用途一般分为： 配电断路器：用于电力电

18、路，保护电路和电器设备免受短路、过载危害的断路器，确保供电。电动机保护用断路器：专门用于保护起动电动机的断路器特殊用途的断路器：例如灭磁断路器。剩余电流保护断路器：IEC60947-2附录B 42 无过电流保护断路器：（CBI）IEC60947-2附录L瞬时动作断路器：（ICB）IEC60947-2附录O无过电流保护断路器（简称CBI）和瞬时动作断路器（简称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，适合作隔离器用。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作后备保护。 43名称名称电流种类和电流种类和范围范

19、围保护特性保护特性主要用途主要用途配电配电用断用断路器路器交流交流2002006300A选择型选择型（智能型）（智能型）二级保二级保护护瞬时瞬时短延时短延时电源总开关和母联电源总开关和母联开关及支路近电源开关及支路近电源端开关。真空断路端开关。真空断路器还用于特殊环境，器还用于特殊环境，如多尘、气体腐蚀、如多尘、气体腐蚀、爆炸环境等。爆炸环境等。三级保三级保护护瞬时瞬时短延时短延时（区域联（区域联锁）锁）长延时长延时非选择型非选择型限流型限流型长延时长延时一般型一般型瞬时瞬时直流直流2002006300A快速型快速型有极性有极性无极性无极性轨道交通和保护硅轨道交通和保护硅整流设备整流设备一般型

20、一般型长延时长延时瞬时瞬时保护一般直流设备保护一般直流设备44电动机保电动机保护用断路护用断路器器交流交流6363630A直接起动直接起动一般一般型型过电流脱扣器瞬动倍数过电流脱扣器瞬动倍数8 815Ie保护笼型电动机保护笼型电动机限流限流型型过电流脱扣器瞬动倍数过电流脱扣器瞬动倍数12Ie12Ie同上，但可安装同上，但可安装在近电源端在近电源端间接起动间接起动一般一般型型限流限流型型过电流脱扣器过电流脱扣器瞬动倍数瞬动倍数38Ie保护绕线型电动保护绕线型电动机机剩余电流剩余电流保护断路保护断路器器交流交流63633200A动作电流动作电流0.006，0.01，0.03，0.1，0.3，0.5

21、1 1、3、10、30A，0.1S内分断内分断保护电器设备安保护电器设备安全、防止火灾及全、防止火灾及保证人身安全保证人身安全无过电流无过电流保护断路保护断路器器交流交流直流直流2002006300A无过电流保护，但也可带一高倍瞬动脱扣器无过电流保护，但也可带一高倍瞬动脱扣器主要作隔离用主要作隔离用瞬时保护瞬时保护断路器断路器交流交流直流直流2002006300A无过电流保护，带瞬动脱扣器无过电流保护，带瞬动脱扣器主要作电动机起主要作电动机起动器的后备保护动器的后备保护特殊用途特殊用途的断路器的断路器交流或直交流或直流流一般只需瞬动一般只需瞬动灭磁断路器及灭磁断路器及闭合开关等闭合开关等45

22、4、低压断路器的主要参数 （1） 额定电压 额定工作电压Un 在规定的条件下，保证电器正常工作的工作电压值。交流三相电路是指电路的线电压。 额定绝缘电压Uj 在规定的条件下，用来度量电器及其部件的不同电位部分的绝缘强度、电气间隙和爬电距离的电压值。46 （2） 额定电流In 在规定的条件下，保证电器正常工作的电流值。也就是过电流脱扣器能长期通过的电流。 （3） 额定极限短路分断能力Icu 在规定的条件及规定的试验程序下，断路器能分断短路电流的能力。用预期分断47 电流Icu表示。试验程序为OtCO，O表示一次分断操作；CO表示接通操作后经一定时间间隔紧接着一次分断操作；t表示二个相继操作之间的

23、时间间隔，该时间间隔应为3min或断路器的复位时间。试 验后不要求断路器继续承载其额定电流，因此额定极限短路分断电流是断路器的最大分断电流。 （4） 额定运行短路分断能力Ics 在规定的条件及规定的试验程序下，断路器能分断短路电流的能力。用预期分断48 电流Ics表示。Ics可用Icu的百分数表示。试验程序为OtCOtCO。试验后要求断路器继续承载其额定电流。 （5） 额定短时耐受电流Icw 在规定的条件及规定的试验程序下，断路器能承受一定时间的电流值Icw。 它包括要经受短路电流冲击峰值的电动力作用以及短路电流(周期分量有效值)的热作用。短时时间应不小于0.05s，其优选值如下： 0.050

24、.10.250.51s。InIn2500InIn2500250012In12In或或5kA，取较大，取较大者者303049（6） 动作时间/电流特性 动作时间/电流特性是指断路器动作时间 与电流的函数关系，也称为保护特性。 横坐标表示电流（整定电流的倍数）纵坐标表示时间以s表示。两个坐标轴均采用对数坐标。对配电用选择型断路器要求有二段或三段保护特性，上一级的可返回时间要大于下级的断开时间，否则将破坏系统的选择性。电动机保护用断路器则要求长延时反时限特性能尽量和被保护对象的过载特性相配合。（7） 限流能力 对限流式断路器和快速断路器要求有较高的限流能力，限流系数在0.6以下。要求断路器有极快的动

25、作速度。限流断路器的固有动作时内应小于3ms。5051断路器断开交直流电路时的波形和时间图断路器断开交直流电路时的波形和时间图52 实际最大分断电流Ik与最大稳定短路电流Ikm之比称为限流系数Ki,即Ki = Ik/Ikm限流系数是评价快速断路器重要性能指标之一，一般要求在0.6以下。由于电动力正比于电流平方，因此采用快速断路器可将回路的电器设备在短路时所承受的电动力降低到原来的36%以下，这样，既可节省回路和电器设备的投资，又可保证回路设备可靠运行。此外，分断短路电流所产生的热量（idt）也降低了，这对硅变流装置的短路保护来说尤为重要。53（8） 操作性能能力 过去惯称机电寿命。现在根据国际

26、标准和我国国标已改为操作性能能力。操作性能能力有不通电和通电操作循环次数规定。其次数按断路器额定电流大小在标准中有明确规定。额定电流大的断路器操作循环次数较少。额定电流小的断路器则较多些。（9） I2t特性 表示与分断时间有关的I2t最大值与预期电流（交流对称有效值）的函数关系（一般为一条曲线），预期电流可至最大值，是相应于额定短路分断能力及有关电压的预期电流。特别是对限流断路器有较重要的意义，在选择性配合中可作为配合协调的依据。54（10） 可通信能力 随着智能型断路器的出现，则引发出可通信问题。在现代自动化配电网中下级断路器的各种信息要及时传送给中央控制计算机。中央控制计算机亦需及时传送至

27、F级断路器，实现双向数据传输。这就要断路器有可通信能力，并能支持各种总线系统，例为Mordbus，Profibus，Devicent总线系统。 55 5、低压断路器的脱扣器 断路器为得到不同的保护特性，必需带有不同的脱扣器。 1反时限长延时 2定时限短延时（数周波） 3定时限瞬时（小于1周波）56 （1） 反时限长延时脱扣器 热脱扣器：其工作原理是电流的热效应。当过载电流通过双金属片时，双金属片发热而弯曲，推动断路器的脱扣轴而发生脱扣。电流较大，动作时间越短，适合于制成反时限脱扣器。其保护特性较接近于被保护装置的过载特性，电动机保护用的断路器多选用这种脱扣器。 57 （1） 反时限长延时脱扣器

28、 热脱扣器：双金属片式热脱扣器具有延时特性，加热方式有：直热式、间热式和复式。 直接加热是以电流直接通过双金属片中，直接加热是以电流直接通过双金属片中，使双金属片发热。一般适用于使双金属片发热。一般适用于6 6100A100A的的电流范围。电流范围。 间接加热是将双金属置于加热元件上，间接加热是将双金属置于加热元件上，过载电流只通过加热元件，发热元件的热过载电流只通过加热元件，发热元件的热量通过热传导传递给双金属片。最方便的量通过热传导传递给双金属片。最方便的发热元件就是断路器载流体本身，在装置发热元件就是断路器载流体本身，在装置双金属片部位减小其载流截面，使其有适双金属片部位减小其载流截面，

29、使其有适当的发热量。当的发热量。5859 复式加热是将双金属片同热元件串联，热元件即除双金属片加热，小型断路器（6A以下）多采用这种加热方式。 互感器加热是将互感器的二次电流直接加热双金属片，是直流加热的一个特例，适用于大容量断路器。6061 热双金属脱扣器易受环境温度的影响，使动作整定值产生误差。为了弥补此误差，可采用温度补偿措施。下图是一种最简单的温度补偿原理图。只要脱扣指采用和热脱扣器同样的双金属片材料制造，取同样的几何尺寸，就可实现全补偿。当环境温度变化时，两片双金属片扰度完全相同，所以双金属片自由端与脱扣指作用点之间的距离保持相对不变，这就是起到了温度补偿作用。6263 油阻尼脱扣器

30、（兼瞬时）： 1动铁心 2复位弹簧 3油杯 4极靴 5衔铁 6调节弹簧 7硅油 64 图a：电磁吸力小于复位弹簧推力，动铁心处于底部，衔铁在打开位置。 图b：当线圈通过过载电流时，电磁吸力大于复位弹簧推力，动铁心克服重力和弹簧力而向上运动，同时磁阻不断减小，磁通增大，到达一定位置时衔铁的吸力大于反力时立即吸合，推动脱扣器的转轴使断路器脱扣。 由于动铁心向上运动时受到油阻尼作用而产生延时，电流越大，铁心运动越快，动作时间也越短，因此得到反时限的时间/65 电流特性。调节反力弹簧，可改变延时的长短。 图c：当线圈通过短路电流时，电磁吸力足够大，将衔铁瞬时吸合，断路器瞬时动作。 （2） 定时限短延时

31、脱扣器 可用带有钟表机构的延时脱扣器。 （3） 定时限瞬时脱扣器 可用电磁式脱扣器。 过电流脱扣器是电流线圈电磁铁，线圈与主电路串联；66脱扣器型式脱扣器型式结构特结构特征征延时延时特性特性主要优缺点主要优缺点热热式式双金双金属片属片式式利用双利用双金属片金属片延时延时长延长延时，时，反时反时限限1. 1. 结构简单，成结构简单，成本低本低2. 2. 返回系数较高返回系数较高3. 3. 整定电流和延整定电流和延时受温度影响较大时受温度影响较大4. 4. 双金属片式热双金属片式热稳定差稳定差5. 5. 动作后复位时动作后复位时间长间长热继热继电器电器式式电流互电流互感器与感器与热继电热继电器组合

32、器组合达到延达到延时时过电流脱扣器类型一览表过电流脱扣器类型一览表67电电磁磁式式电电磁磁铁铁式式铁心、铁心、线圈线圈瞬时瞬时1. 1. 机构简单，成本机构简单，成本低低2. 2. 返回系数低返回系数低3. 3. 只能瞬时动作，只能瞬时动作，宜作短路保护之用宜作短路保护之用钟钟表表式式电磁、电磁、擒纵机擒纵机构延时构延时长延时，反时长延时，反时限或定时限限或定时限短延时，定时短延时，定时限限瞬时瞬时1. 1. 延时准确，误差延时准确，误差小于小于10%2. 2. 调整方便调整方便3. 3. 不受温度影响不受温度影响4. 4. 成本较高成本较高68液液压压式式活活塞塞式式利用活利用活塞在盛塞在盛

33、硅油的硅油的油杯中油杯中运动达运动达到延时到延时长延长延时，时，反时反时限，限，瞬时瞬时1. 1. 动作电流整定动作电流整定值较准确值较准确2. 2. 延时误差大延时误差大3. 3. 密封困难，结密封困难，结构复杂构复杂浮浮动动铁铁心心式式利用铁利用铁心在盛心在盛硅油的硅油的油杯中油杯中浮动达浮动达到延时到延时长延长延时，时，反时反时限，限，瞬时瞬时1. 1. 动作电流整定动作电流整定值较准确值较准确2. 2. 延时误差大延时误差大3. 3. 结构简单，密结构简单，密封较活塞式容易封较活塞式容易69空气空气阻尼阻尼式式空气空气室延室延时时长延时，反时长延时，反时限限短延时，定时短延时，定时限限

34、瞬时瞬时1. 1. 延时准确，误差延时准确，误差10%2. 2. 调整方便调整方便3. 3. 受温度影响较小受温度影响较小4. 4. 成本较低成本较低5. 5. 容易老化，可靠容易老化，可靠性差性差电磁感电磁感应斥力应斥力式式利用电容利用电容对线圈放对线圈放电在铝盘电在铝盘中感应涡中感应涡流产生斥流产生斥力力与半与半导体导体元件元件配合配合达到达到延时延时1. 1. 体积小，结构简单，动体积小，结构简单，动作速度快作速度快2. 2. 不需要铁心，制造方便不需要铁心，制造方便3. 3. 需外加电容器（高压）需外加电容器（高压）和充电电源和充电电源70 （4 4）失压和分励脱扣器是电压线圈电磁铁，

35、线圈与主电路并联。 （5）电子式脱扣器 由传感器（互感器）、电子电路和脱扣机构组成。可方便地获得长延时、短延时、瞬时保护特性。71 （6）智能型控制器 智能控制器分为保护用智能控制器和通信智能控制器两种：1）保护用智能控制器 保护用智能控制器简称智能控制器或控制器，是断路器的核心部件,其基本功能满足断路器的过电流短路保护,对断路器的负载电流进行测量,监控,对故障电流进行分析及发出对故障电流的处理信号。其扩展功能能满足各种电量的测量及通信等功能。72 典型的产品就是上海磊跃自动化公司的ST3智能控制器。该公司为我国同行业定点专业生产企业。基本功能：过载，短延时，瞬时保护扩展功能：电压、电流、频率

36、、功率、功率因数、电能、需用值、谐波、电压不平衡率测量，相序检测，过压、欠压、过频、欠频相序、逆功率、需用值、电压不平衡保护，接地漏电保护附加功能：故障记录、历史记录、波形记录、触头当量记录、通信 区域连锁73 过载保护特性可以有多种选择，满足不同的保护对象的要求发电机发电机保护用保护用动动作作特特性性0.95 I0.95 Ir1r1 2h 2h 不动作不动作1.05 I1.05 Ir1 r1 1h 2h 2h 不动作不动作1.20 I1.20 Ir1 r1 1h 1h 动作动作整定范围：整定范围：I Ir1r1=K=Kr r * * I In n K Kr r 0.41 0.41 过载长延时

37、特性：基本过载长延时特性：基本 T= T=（1.5I1.5Ir1r1）2 2 t tL L/I/I2 2 可扩展可扩展 （1 1）标准反时限）标准反时限 T=K T=K2 2/(N/(N0.020.02-1)-1)（2 2）快速反时限）快速反时限T= KT= K2 2/(N-1)/(N-1)（3 3）特快反时限）特快反时限 （一般用途）（一般用途） T= KT= K2 2 /(N /(N2 2-1)-1)（4 4）特快反时限）特快反时限 （电动机保护）（电动机保护） T=KT=K2 2/1.15log/1.15loge eNN2 2/( N/( N2 2-1.15)-1.15) （5 5）高压

38、熔丝兼容）高压熔丝兼容 T= K T= K2 2/(N/(N4 4-1)-1) 752 2）可通信智能控制器可通信智能控制器智能控制器进一步发展可成为可通信产品。智能控制器进一步发展可成为可通信产品。目前智能控制器主要通过现场总线进行通信。目前智能控制器主要通过现场总线进行通信。通过通过internetinternet网通信的控制器网通信的控制器处于处于进一步的进一步的发展中。发展中。控制器采用现场总线主要有控制器采用现场总线主要有modbusmodbus、profibusprofibus、device netdevice net通过现场总线可以对控制器进行通过现场总线可以对控制器进行四遥功能

39、（遥控，遥测，遥调，遥讯）。控制四遥功能（遥控，遥测，遥调，遥讯）。控制器可通过网关实行现场总线的转换，目前的网器可通过网关实行现场总线的转换，目前的网关主要是关主要是modbusmodbus对对profibusprofibus，modbusmodbus对对device netdevice net。可通信智能控制器是组成通信。可通信智能控制器是组成通信网络的重要部件，通过通信网络可对系统进行网络的重要部件，通过通信网络可对系统进行控制调节改善系统功能。控制调节改善系统功能。767.7.灭弧室灭弧室（1 1） 灭弧室的设计要求灭弧室的设计要求1 1） 可靠地熄灭电弧，燃弧时间应尽可能短。可靠地熄

40、灭电弧，燃弧时间应尽可能短。2 2） 有足够的热容量，使在熄灭电弧时，灭弧有足够的热容量，使在熄灭电弧时，灭弧室的温度不致太高，防止灭弧室变形或碎裂。室的温度不致太高，防止灭弧室变形或碎裂。因此，在采用栅片灭弧时，片数往往不是按近因此，在采用栅片灭弧时，片数往往不是按近极压降来选择，而是按尽可能增大热容量来确极压降来选择，而是按尽可能增大热容量来确定。定。3 3） 尽可能小的飞弧距离。有时为了降低飞弧尽可能小的飞弧距离。有时为了降低飞弧距离，在栅片上部增设灭焰栅片，灭焰栅片的距离，在栅片上部增设灭焰栅片，灭焰栅片的材料可用金属也可用绝缘材料。材料可用金属也可用绝缘材料。774 4） 当受电弧高

41、温作用时，灭弧室能产生有利当受电弧高温作用时，灭弧室能产生有利于灭弧的气体，如钢纸板材料就有这种特点。于灭弧的气体，如钢纸板材料就有这种特点。5 5） 灭弧室的室壁应尽可能平整，既便于电弧灭弧室的室壁应尽可能平整，既便于电弧运动，也有利用电弧与室壁接触而受到冷却，运动，也有利用电弧与室壁接触而受到冷却，增强灭弧性能。增强灭弧性能。6 6） 有良好的绝缘性能，在受电弧高温作用后有良好的绝缘性能，在受电弧高温作用后不容易碳化。不容易碳化。7 7） 有足够的机械强度，能承受电弧热能产生有足够的机械强度，能承受电弧热能产生的压力，另一方面也可承受产品在装配和运输的压力，另一方面也可承受产品在装配和运输

42、过程中的振动，而不致碎裂。过程中的振动，而不致碎裂。78塑料外壳式断路器多采用栅片灭弧。严格地说，塑料外壳式断路器多采用栅片灭弧。严格地说，其灭弧室仅是本体一部分，而塑料外壳才是灭其灭弧室仅是本体一部分，而塑料外壳才是灭弧室的室壁，由它来承受电弧热能所产生的压弧室的室壁，由它来承受电弧热能所产生的压力和吸收电弧的热能。力和吸收电弧的热能。79几种常用的灭弧室几种常用的灭弧室结构图结构图作用原理和结构说作用原理和结构说明明优优 缺缺 点点适用范适用范围围1. 1. 去离子栅灭弧去离子栅灭弧2. 2. 栅片可平行布置，栅片可平行布置，也可辐射状布置也可辐射状布置3. 3. 灭焰栅可用金属灭焰栅可用

43、金属材料，也可用绝缘材料，也可用绝缘材料材料4. 4. 室壁材料可用石室壁材料可用石棉水泥或耐弧塑料棉水泥或耐弧塑料等等1. 1. 交流灭交流灭弧性能好弧性能好2. 2. 飞弧距飞弧距离较小离较小3. 3. 制造较制造较复杂复杂交流断交流断路器或路器或交直流交直流通用的通用的断路器断路器801. 1. 长弧灭弧原理长弧灭弧原理2. 2. 隔片用绝缘原隔片用绝缘原材料材料3. 3. 室壁材料可用室壁材料可用石棉水泥板或玻石棉水泥板或玻璃丝板璃丝板1. 1. 适于熄适于熄灭直流电灭直流电弧弧2. 2. 外形尺外形尺寸较小寸较小3. 3. 制造较制造较复杂复杂直流快直流快速断路速断路器器811. 1

44、. 长弧灭弧长弧灭弧原理原理2. 2. 纵向隔板纵向隔板把灭弧室份把灭弧室份为为14个窄缝个窄缝3. 3. 隔板用石隔板用石棉水泥制成棉水泥制成1. 1. 适用于熄灭适用于熄灭直流电弧直流电弧2. 2. 结构简单，结构简单，制造方便制造方便3. 3. 外形尺寸大外形尺寸大4. 4. 需加辅助磁需加辅助磁吹吹直流直流快速快速断路断路器器821. 1. 长弧灭弧长弧灭弧原理原理2. 2. 用石棉水用石棉水泥制成泥制成3. 3. 为了进一为了进一步拉长电弧，步拉长电弧，灭弧室内壁灭弧室内壁成犬牙交错成犬牙交错状状1. 1. 适于适于熄灭直流熄灭直流电弧电弧2. 2. 飞弧飞弧距离较小距离较小3. 3

45、. 节省节省金属材料金属材料4. 4. 装配装配简单简单5. 5. 需加需加磁吹磁吹直流直流断路断路器或器或交直交直流通流通用的用的断路断路器器831. 1. 长弧和短长弧和短弧相结合的弧相结合的灭弧原理灭弧原理2. 2. 绝缘隔片绝缘隔片用耐弧水泥用耐弧水泥制造制造3. 3. 室壁用玻室壁用玻璃丝板璃丝板4. 4. 内设小弧内设小弧角把电弧拉角把电弧拉成螺旋状成螺旋状1. 1. 适于适于熄灭直熄灭直流电弧流电弧2. 2. 外形外形尺寸较尺寸较小小3. 3. 制造制造较复杂较复杂4. 4. 需加需加磁吹磁吹直流直流快速快速断路断路器器841. 1. 长弧和短弧长弧和短弧相结合的灭弧相结合的灭弧

46、原理原理2. 2. 有多层灭弧有多层灭弧片迭成，在层片迭成，在层间电弧暴露在间电弧暴露在空气中，有利空气中，有利散热散热3. 3. 每每层灭弧片层灭弧片由绝缘板、铁由绝缘板、铁栅片（上、下栅片（上、下各一）、隔弧各一）、隔弧板及云母玻璃板及云母玻璃板组成板组成1. 1. 适于适于熄灭直熄灭直流电弧流电弧2. 2. 外形外形尺寸较尺寸较小小3. 3. 制造制造较复杂较复杂4. 4. 需加需加磁吹磁吹直流直流快速快速断路断路器器85 6、低压断路器的典型产品结构 （1） 万能式断路器 结构特点：有一个金属框架，所有元件都安装在框架上。8687 触头系统 主触头为滚轮式双断点桥式，副触头和弧触头为单

47、断点指式，三者是并联的。 分断线路时，主、副、弧触头依次打开。 闭合线路时，弧、副、主触头依次闭合。 灭弧系统 为栅片式灭弧室，带有V形缺口的铁栅片固定在陶土灭弧罩中。弧触头伸入到灭弧室内，以便将电弧引入灭弧室而熄灭。 88 对接式触头有单档、双档之分。三档触头结构复杂，而且使电流转移过程困难，不利于分断短路电流，现已不用。双档触头有主触头和弧触头之分。由主触头承载电流，弧触头分断短路电流。在多片并联的触头系统中，中间的二、三片触头凸起一点距离（例如1mm），使其在闭合时先接触，分断时后分断，也形成双档触头，提高了断路器承载长期电流的能力。单档触头只有一个触头，就是主触头，也作分断电弧之用。在

48、设计合理情况下，应用单档触头结构简单，经济。但对触头材料有较高的要求。89 开关机构 包括操作机构和自由脱扣机构。其作用是实现操作手柄和各种脱扣器对触头动作的控制。自由脱扣是指在主电路出现故障时，无论操作手柄在什么位置，触头均能迅速分断电路。 脱扣器 带有三种脱扣器： 过电流脱扣器 失压脱扣器 分励脱扣器，均为瞬时动作电磁式。 90 （2） 塑料外壳式断路器 结构特点：有一个塑料外壳所有元件都装配在塑料外壳内。 为减小壳体尺寸，元件结构比较简单、紧凑，通断能力较低，保护方案和操作方式的种类较少。 （3） 限流断路器 是分断时间短得足以使短路电流达到其预期峰值前分断的断路器。 电动斥力触头是利用

49、平行导体中流过的反向电流在导体之间产生的电动斥力来斥开触头。 91 1上导电板 2静触头 3动触头 4动触头支架 5、6软连接线 7弹簧 92 作用原理和结构说明作用原理和结构说明适适 用用 范范 围围主主磁磁吹吹串联于被分断的主回路中。吹串联于被分断的主回路中。吹弧线圈可以置于灭弧室外，一弧线圈可以置于灭弧室外，一般带有导磁的铁心和铁轭。般带有导磁的铁心和铁轭。 能适用能适用于多种型于多种型式灭弧室。式灭弧室。93辅辅助助磁磁吹吹吹弧线圈置于灭弧室内，当电弧进入吹弧线圈置于灭弧室内，当电弧进入灭弧室后，吹弧线圈被串联在电弧之灭弧室后，吹弧线圈被串联在电弧之中，产生补助磁场，加速电弧的熄灭。中

50、，产生补助磁场，加速电弧的熄灭。一般一般用于用于窄缝窄缝灭弧灭弧室。室。94气气吹吹在开关断开过程中，机构带在开关断开过程中，机构带动小型气泵，将气吹向弧触动小型气泵，将气吹向弧触头，加速电弧进入灭弧室。头，加速电弧进入灭弧室。适用于小适用于小电流灭弧电流灭弧效果较差效果较差的灭弧室的灭弧室中。中。95 （4） 剩余（漏电）电流断路器 在规定的条件下，电路中剩余电流达到预定值时能自动断开电路的断路器。 剩余（漏电）电流是指被保护主电路（包括中性线）电流的相量和，亦即电流瞬时值的代数和。 剩余电流断路器用于低压电网人身触电保护和电气设备的漏电保护。由一般型断路器加零序电流互感器和漏电脱扣器组成。

51、961断路器 2零序电流互感器 3电动机 4脱扣器线圈97 电网正常时，不论三相负载是否平衡，只要没有接地漏电电流或触电电流，通过零序电流互感器的三相电流矢量和为零，即 Ia+ Ib+ Ic= 0 电流互感器的二次线圈没有电流。 当有接地漏电或触电事故时，漏电电流或触电电流通过大地回到变压器的中性点，三相电流的矢量和不为零 Ia+ Ib+ Ic= IL1 互感器二次线圈产生IL2 ，当达到剩余电 98 流断路器动作值时，脱扣器动作，断路器分断电路。99 五 低压断路器发展趋向1 短路分断能力目前，我国国家标准GB14048.2（等同国标标准ICE60947-2）中，规定了短路分断能力Icu（额定极限短路分断能力）和Ics（额定运行短路分断能力）两个指标。一般情况下，Icu高于Ics，但从各国发展情况来看，现在开发出的新产品中有Icu=Ics的趋势。这是合理的，因为IEC标准中引入的这两个指标是美国NEMA标准和德国VDE标准互相妥协的结果。100 美国NEMA标准中是采用相当于Icu的指标，德国VDE标准中是采用相当于Ics的指标来衡量断路器的分断能力。经多年相持至1987年，双方同意将两个指标都列入标准中。但实施后发现了其不合理性，即生产厂要做两套实验，既费工又费钱，多耗不少试品。从用户安全可靠方面考虑，易于接受Ics指标，于是就往Icu=Ics方向发展，