目录

  1. 什么是断路器?
  2. 断路器设计和元件
  3. 弧淬火介质
  4. 断路器操作机构
  5. 额定电压
  6. 故障断路器
  7. 小型断路器
  8. 断路器的安装方法

什么是断路器?

断路器是一种自动操作的安全开关,通过测量流经电路的热量或电流进行操作。如果超过预设限制,他们会“跳闸”,并尽快切断电力供应。与保险丝不同,一旦故障得到纠正,它们就不需要更换,只需重置即可。

需要断路器

断路器是任何电气系统的一个绝对必要的部分。配合适当的接地使用,可防止触电。断路器还可以保护电器、线路和财产免受火灾危险和其他由异常电流、短路、过载和热积聚造成的损害。

断路器设计和元件

断路器

几乎所有断路器都有五个基本部件:

  1. 外壳:

    这是包裹其他部件的外壳。根据额定电流和电压,它们又分为三种类型:

    塑壳:通常用于低压断路器

    绝缘外壳:用于额定中压、中安的断路器

    金属包层:一般用于中额定断路器的高端

  2. 电触点:

    断路器中有两个触点–固定触点和浮动触点(由断路器控制)。当断路器跳闸时,浮动触点离开固定触点,断开电路中的电源。

  3. 电弧熄灭机构:

    当触点断开时,电流可以穿过最后接触部分之间的间隙。这就产生了可以达到很高温度的电弧。为了防止损坏和防止电弧重新产生,断路器使用电弧淬火机制来阻止这些电弧。

  4. 主要运行机制:

    断路器可以使用多种方法断开电源。这些可包括弹簧加载开关、电磁阀、液压和气动开关。

  5. 旅行元素:

    流过电路的电流产生热量和磁场。跳闸元件经过校准,以使用这些因素中的一个或两个来测量电流和电压,并在超过最大额定值时使开关跳闸。

断路器类型

有很多断路器类型设计,可根据电压(高、中、低)或其他特性(如灭弧介质和操作机构)进行分类:

弧淬火介质

油基和空气断路器

  1. 油基断路器:

    在油基断路器中,两个触点都浸没在绝缘矿物油中。当断路器跳闸且触点断开时,产生的电弧使油蒸发,油分解并在电弧周围形成压缩氢屏障。这可防止电路断开后进一步产生电弧。

    散装油断路器在灭弧和绝缘时使用较大体积的油,而最小油断路器使用较小体积的油,仅作为中断介质。

  2. 空气断路器:

    空气断路器也可用于低压和部分中压电路。它们通过增加电弧电压来工作,电弧电压是维持电弧所需的最小电压。一旦它达到一个点大于供电电压,电弧崩溃。

    这些断路器分为平风和鼓风两种类型。根据设计,他们可以通过冷却电弧等离子体,增加电弧必须旅行的长度,或将单个电弧分裂成多个电弧来实现电弧中断。

    真空SF-6断路器

  3. SF6断路器:

    这些断路器的名字来源于六氟化硫(SF6),它是一种吸收负离子的绝缘体。触点周围的腔室充满气体,电弧会引起化学反应,从而增加电弧电压。

    SF6断路器通常使用一个、两个或四个断续器,这取决于它们需要处理的电压水平。由于SF6是一种温室气体,因此通常不认为其对环境友好。

  4. 真空断路器:

    尽管真空断路器已经存在了半个多世纪,但它仍然是一项正在进行的工作。由于体积小、可靠性高、维护成本低,它们几乎完全用于中压电路。

    电弧中断发生在具有对称放置的陶瓷绝缘体的钢制腔室中,在该腔室中保持非常高的真空。

断路器操作机构

断路器操作机构断路器

  1. 热断路器:

    热断路器使用热量作为通过电路的电流的测量值,一旦超过一定的温度就断开。两条不同的金属条连接在一起,形成一条完整的电路。随着电流的增加,金属会升温,并以不同的速度膨胀,导致带钢变形并触动开关,切断电源。

    一旦断路器足够冷却,就可以手动操作开关,恢复电路的电源供应。这些类型的断路器不是瞬时的,在过载和断开之间有一个滞后期

  2. 磁性断路器:

    这些断路器依靠电力产生的电磁能使开关跳闸并断开电源。断路器与开关相连,并由弹簧固定到位。当电流流过断路器时,产生的电磁场变得更强。

    一旦超过断路器的最大额定容量,磁力将克服弹簧的势能,开关将跳闸。磁性断路器几乎在电路过载时立即断开,与热断路器不同,它们也可以立即复位。

  3. 混合式断路器:

    混合式断路器结合了磁断路器和热断路器,可以结合两者的优点。他们使用磁性断路器瞬时保护电涌和短路,以及热断路器防止长时间重载引起过热。

额定电压

每个断路器设计用于处理一定范围的电压,因此它们也可以根据其额定电压进行分类:

  1. 高压断路器:

    根据国际电工委员会(IEC),虽然没有全球标准,但用于控制大功率输电线路的断路器的额定电压为72.5 KV及以上。单极断路器允许断开单相,这可以提高稳定性并缩短整体故障时间。高压直流(HVDC)断路器用于处理可再生能源发电和供电。

    这些类型的断路器通常使用电磁阀操作或断开断路器,并且由于负载较重,它们包含复杂的灭弧介质,如SF6和CO2。由于安全性对于更高电压至关重要,高压断路器几乎总是使用各种故障保险装置,包括:

    带保护继电器的电流互感器

    过载和接地故障保护

    围墙保持在线路电位(带电储罐)或地电位(死储罐)下

  2. 中压(MV)断路器:

    额定电压在1至72 KV之间的断路器属于中压断路器。额定值较低的断路器(如室内使用的断路器)通常安装在金属封闭开关设备中,而保护变电站馈线的较大断路器则作为组件单独安装。

    中压断路器的参数由国际标准(如IEC 62271)控制,并且几乎总是使用保护继电器和电流传感器,而不是热或磁断路机构。中压断路器可根据其灭弧介质进一步分类:

    真空断路器的额定电流超过6300a,额定电压高达40.5KV。它们通常持续时间更长,需要的维护更少。

    空气断路器的额定电流也为6300A及以上,尽管它们通常包含可调跳闸水平和延迟。它们通常用于工业应用中的主配电。

    SF6断路器在油弧淬火介质中越来越受欢迎,因为人们越来越关注石油泄漏的环境问题

  3. 低压断路器:

    低压断路器在最大电压约为1000Vac时使用,包括微型断路器(MCB)。它们最常用于家庭和办公室,可以分层安装在配电盘或开关柜上,便于访问、重置和更换。塑壳断路器使用热或磁过载传感器,额定值高达2500A。

    低压断路器有三种类型:

    当受到3至5倍满载电流时,B型将跳闸

    C型可以处理更重的负载,负载电流为满载电流的5到10倍

    D型具有最大的负载处理能力,是满载电流的10到20倍。

故障断路器

断路器设计用于处理不同的故障,具体取决于其预期用途:

  1. 接地故障电流断续器:

    这些是用来提供额外的保护电路,可能无意中接触到水。当器具掉进水里或人直接接触带电的电路时,GFCIs测量流向电路和流出电路的电流,以检测任何电流泄漏或接地故障。

  2. 电弧故障断路器:

    电弧始终会发生,即使在您关闭开关时也是如此。AFCI是智能断路器,可区分正常电弧和异常强电弧。如果断路器检测到有潜在危险的电弧,它会迅速断开电路电源,防止短路和火灾危险

    确保你知道两者之间的区别AFCI vs GFCI以及在哪里正确使用它们。

小型断路器

微型断路器是低压电路中最常用的断路器。在单个电路中,可以有多个较小的电路,每个电路由MCB控制,因此在发生故障时,只有受影响的电路断开。它们比保险丝更可靠、更灵敏,而且更易于操作,因为故障排除后,它们可以重新打开。

断路器的安装方法

安装和安装断路器有多种方法,每种方法的设计都符合特定要求。安装方法可分为以下几类:

  1. 固定安装:

    最经济的安装是断路器连接到负载框架和螺栓在一个外壳。这种安装也允许断路器是前安装。这些单位是可靠的,通常额定高达600伏特。电线或分段母线提供电源,在拆卸和更换断路器之前,需要切断电源。

  2. 可拆卸安装式:

    另一种前置安装类型,可拆卸断路器价格适中,可靠性好。这种两部分安装的特点是底座用螺栓固定并硬接线到机架上,在机架上插入带有绝缘部件的断路器,以便与机架进行电气配合。同样适用于600伏或更低的电压,这种安装方法允许轻松拆卸和更换断路器,但首先需要关闭负载。

  3. 抽取的安装:

    与可拆卸断路器一样,拉拔式安装断路器具有两部分设计-螺栓和硬线底座与电气配合的插件式断路器。主要的区别是这些断路器可以用于所有的电压,他们是最昂贵的变种。为安全起见,抽出式安装的断路器是互锁的,因此当单个单元被拆除时,电源会自动关闭,而不是断开安装在大型外壳中的所有断路器的电源。

    这些单位也相当大和笨重,他们的重量使他们很难用手操作。在安装和拆卸时,通常使用顶升螺钉来移动它们,然后将它们吊到可以承受额外重量的支架上。它们可以在不切断电源的情况下更换,但测试和移除需要关闭负载。

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