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浅谈断路器的工作原理及使用方法岑华蒙（广西科技大学电气与信息工程学院电气工程与自动化101班，学号201000307027）摘要：断路器（本文指漏电型断路器）是电力供配电系统中不可缺少的主要保护电器之一，也是功能最完善的保护电器，其主要作用是作为短路、过载、漏电、过压以及欠电压保护。关键词：断路器；工作原理；电流参数；范围；选型；安装0 引言在实际应用过程中，往往由于一些人员对断路器的选择或使用不当，从而使断路器的功能不能完好的体现，给施工用电安全埋下隐患或发生用电安全事故。因此要完整准确地选择断路器、了解短路器的工作原理、理解断路器的各个电流参数的意义、分清短路器的使用范围及正确的安装是十分必要的。1 断路器的工作原理断路器漏电保护的工作原理是由三个连续功能来实现的，这三个功能实质上是同时作用的，分别为：检测剩余电流、对剩余电流进行测量比较、启动脱扣装置将故障电路断开。 检测剩余电流是通过一个电流互感器，其初级绕组测量电路的相线电流和零线电流，绕组方向使相线电流和零线电流产生的磁场相互抵消。泄漏电流的产生破坏了这种平衡，并且会在次级绕组上通过磁场感应产生一个电流，叫做剩余电流；对剩余电流测量比较是使用一个电子式或电磁式继电器，将剩余电流的电信号与预设值相比较。在正常用电情况下，连接跳闸机构的金属杆被一块永磁铁吸住，同时零序电流也产生电磁力，它与弹簧产生的力同时也作用在连接跳闸机构的金属杆上，通电状态下永磁铁的磁力（涌磁铁的磁力决定了断路器的灵敏度）大于弹簧和电磁力的合力，即跳闸机构不会动作，电路是接通状态；启动脱扣器即跳闸：只要剩余电流产生的电磁力大到能够抵抗永磁铁的磁力，弹簧使金属杆旋转，触发断路器的脱扣装置以断开故障电路。同时断路器可配备不同的继电器或脱扣器。脱扣器是断路器一个重要的组成部分，而继电器则通过与断路器操作机构相连的欠电压脱扣器、分励脱扣器来控制断路器，由脱扣器来完成其相应的其它保护功能（如过载、短路等）。断路器的参数重多，只有充分理解断路器的各个电流参数的意义才能做到正确的选择。断路器的电流参数包括断路器壳架等级额定电流参数、过电流脱扣器的电流参数、断路器的短路特性电流参数三个部分。2 断路器壳架等级额定电流参数国标低压开关设备和控制设备：低压断路器 GB140482-94对断路器的额定电流使用有2个概念，分别为断路器的额定电流In和断路器壳架等级额定电流Inm，定义如下：断路器的额定电流In，是指脱扣器能长期稳定通过的电流，也就是脱扣器额定电流。对带可调式脱扣器的断路器则为脱扣器可长期通过的最大电流。 断路器壳架等级额定电流Inm，用基本几何尺寸相同和结构相似的框架或塑料外壳中所装的最大脱扣器额定电流表示。国标中对断路器额定电流的定义 与我们通常所说的概念有些不同。当我们提及“断路 器额定电流”这一概念时，通常是指“断路器壳架等级 额定电流” Inm。多数低压断路器供应商所提供的产品资料中， 也一般不提“断路器壳架等级额定电流”这一复杂的 说法，而只给出“断路器额定电流”这一参数，将“断路器额定电流” In作为“断路器壳架等级额定电 流” Inm的一种简称。 “断路器壳架等级额定电流” Inm是标明断路器的框架通流能力的参数，主要由主触头的通流能力决定，它也决定了所能安装的脱扣器的最大额定电流值。在选择断路器时，此参数是不可缺少的。 3 过电流脱扣器的电流参数断路器的脱扣器型式有过电流脱扣器、欠电压脱扣器、分励脱扣器等。比较常用的为过电流脱扣器。过电流脱扣器还可分为过载脱扣器和短路(电磁)脱扣器，并有长延时、短延时、瞬时之分。过电流脱扣器其动作电流整定值可以是固定的或是可调的。电磁式过流脱扣器既可以是固定的，也可以是可调的，而电子式过流脱扣器通常总是可调的。过电流脱扣器的电流有以下几个参数：(1)脱扣器额定电流In，指脱扣器能长期通过的最大稳定电流。即断路器的额定电流。(2)长延时过载脱扣器动作电流整定值Ir，固定式脱扣器Ir=In，可调式脱扣器其Ir为脱扣器额定电流In的倍数， Ir=(O41)In。(3)短延时电磁脱扣器动作电流整定值Im，为过载脱扣器动作电流整定值Ir的倍数，倍数固定或可调，Im=(210)Ir。对不可调式可在其中选择一适当的整定值。(4)瞬时电磁脱扣器动作电流额定值Im，为脱扣器额定电流In的倍数，倍数固定或可调，Im= (1511)In。对不可调式可在其中选择一适当的整定值。4 断路器的短路特性电流参数断路器的额定短路分断能力以额定极限短路分断能力Icu、额定运行短路分断能力Ics 表示，额定极限短路分断能力Icu是指断路器规定的试验电压及其它规定条件下的极限短路分断电流之值，它可以用预期短路电流表示。要按规定的试验程序 o-tCO动作之后，不考虑断路器继续承载它的额定电流。O表示分断操作；CO表示接通操作后紧接着分断操作；t表示2个相继操作之间的时间间隔，一般不小于3分钟。额定运行短路分断能力Ics是指断路器在规定的试验电压及其它规定条件下的一种比额定极限短路分断电流小的分断电流值，（Ics是Icu的一个百分数）在按规定的试验程序o-tco-tCO动作之后，断路器应有继续承载它的额定电流的能力。 对于额定短路分断能力要求大于1500A的小型断路器，国标家用及类似场所用断路器GB10963规定应进行额定极限短路分断能力Icu和额定运行短路分断能力Ics试验。当Icu6000A时， Icu=Ics，故只需作Ics试验。断路器在规定的试验条件下还要求短时间承受一定电流值的能力称其为额定短时耐受电流（Icw）。对于交流，此电流值是预期短路电流的周期分量有效值，额定短时耐受电流的时间至少为005s。用于施工现场的断路器既要保证用电安全又要防止误动作影响施工，在使用时首先要确定它的电流参数确保用电安全，断路器额定电流(指过流脱扣器额定电流)In要大于或等于断路器所在的用电线路的计算电流。根据确定的额定电流In对各个电流参数进行整定。配电用低压断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流Im，应躲过线路正常工作时发生的尖峰电流。照明用低压断路器的长延时和瞬时过电流脱扣器的整定电流分别为： IrK*Ic，式中Ic为照明线路的计算电流，K为长延时脱扣器可靠系数(1-1.1)；ImK1*Ir，式中Ir为长延时整定电流，Kl为低压断路器瞬时脱扣器可靠系数(4-7)。可靠系数取决于电光源起动状况和低压断路器的特性，其值见下表。低压断路器长延时和瞬时脱扣器可靠系数过电流脱扣器种类可靠系数白炽灯荧光灯 高压汞灯高压钠灯荧光灯卤钨灯金属卤化物灯长延时K11.11瞬时K14-74-74-7其次被保护线路各级断路器间选择性动作要求可以防止断路器误动作影响施工，选择型低压断路器瞬延时脱扣器电流整定值 Im在满足被保护线路相间短路电流故障时动作灵敏度要求的前提下，应尽量选择大一些，以躲过下一级开关所保护线路故障时的短路电流。非选择型低压断路器瞬时脱扣器电流整定值，在躲过回路尖峰电流的条件下，尽可能整定得小些，以保证故障时动作的灵敏度。选择性是指在下级有过电流或接地故障时，上下级配电装置的工作状况。漏电保护的选择性配合必须在断路器和漏电保护设备之间进行。如左图：当线路2发生漏电故障时，A和B可以自动判断漏电流大小，同时A带有延时跳闸功能，在延时期间B瞬时跳闸，这样可以避免线路1和3在线路2发生漏电故障时断电。短延时主要用于保证保护装置的动作选择性。上下级断路器时间级差取0102s。施工现场的开关箱中漏电断路器的额定漏电动作电流不应大于30mA，额定漏电动作时间不应大于0.1S；在潮湿或有腐蚀介质场所的漏电保护装置应采用防溅型产品，其额定漏电动作电流不应大于15mA，额定漏电动作时间不应大于0.1S；而总配电箱中漏电保护装置的额定漏电动作电流应大于30mA，额定漏电动作时间应大于0.1S，但其额定漏电动作电流与额定漏电动作时间的乘积不应大于30mA.S。配电用低压断路器的长延时过电流脱扣器整定电流Ir，应大于线路计算电流，但要小于配电电缆的载流量。5 断路器的使用范围由于每种接地系统的特点不同，故断路器在不同接地系统中有着不同的应用。在TN-C系统中不能使用断路器。TT系统在TT系统中，接地故障电流较小，不足以启动断路器脱扣，而保护又必须瞬时动作以保护人身安全，故必须使用漏电型断路器。TNS系统漏电型断路器的灵敏度取决于使用环境。在TNS系统中的零序电流保护装置允许对故障进行早期检测，而不需要等待短路的发生和设备损坏的危险在故障发生时，TNS系统允许非常大的电流在PE、装置机架和结构件中流过，这也是电磁兼容的一个好处。如果这种大电流不能使过电流保护装置动作，这些电流将一直存在，同时会造成设备外壳之间的电位差，造成人身饬害，故必须加装漏电型断路器作为后备保护。IT系统在IT系统中，零线是不接地的，但设备外壳接地，以确保机架彼此之间对地等电位。第一次故障：通过指示装置动作以警告用户检查并排除故障。由于接地故障电流很小(几毫安)，第一次故障对人身不构成危险。第二次故障：该故障电流较大足危险时：如果设备外壳接在相同的接地装置：故障会导致断路器动作。如果设备外壳连接到不相同的接地装置，此时的故障电流不足以启动断路瞬时脱扣，所以必须使用漏电型断路器作后备保护。6 断路器的选型与安装为了保证断路器完善的使用功能还要做到正确的选型与安装：断路器的防护类型和安装方式应与坏境条件和使用条件相适应。对有金属外壳的I类设备和手持电动工具、安装在潮湿或者强腐蚀等场所的电气设备；建筑工地的电气施工设备、民用插座、游泳池或浴池类设备、安装在水中的供电线路和电气设备，以及医院直接接触人体的电气医疗设备等均应安装漏电断路器；断路器的安装还要保证正确的接线，接线错误可能导致断路器误动作，也可能导致断路器拒动作。接线前应分清断路器的输入端和输出端、相线和中性线，不得反接或错接。输入端与输出端接错时，电子式漏电保护装置的电子线路可能由于没有电源而不能正常工作。组合式漏电保护装置控制回路的外部连接应使用铜导线，其截面积不应小于1.5mm2，连接线不宜过长。断路器负载侧的线路必须保持独立，即负载侧的线路（包括相线和中性线）不得与接地装置连接，不得与接地保护PE线连接。在保护接地线路中，应将中性线与PE线分开；中性线必须经过保护器， PE线不得经过保护器，否则，设备漏电时的漏电电流经保护器返回，保护器将拒不动作。断路器的选择关键是漏电动作电流的大小，在地下室、淋浴室、水池、隧道等触电危险性很大的场所，应选用高灵敏度、快速型漏电断路器（动作电流不宜超过10mA）；在触电后可能导致严重二次事故的场合，应选用动作电流6mA的快速型漏电断路器；而对于类手持电动工具，应视其工作场所危险性的大小，安装动作电流1030mA的快速型漏电断路器；漏电断路器的极数应按线路的供电方式选择，单相线路选用二极保护器，仅带三相负载的三相线路或三相设备可选用三极断路器，动力与照明合用的三相四线线路和三相照明线路必须选用四极断路器。对于用于施工现场的动力设备，要考虑电动机的启动电流和堵转电流；选择断路器应有较好的平衡特性，以避免的冲击下误动作；对于不允许停转的电动机应采用漏电报警方式，而不应采用漏电切断方式。对于电焊机（指安装工程），应考虑断路器的正常工作不受电焊机的短时冲击电流、电源电压波动的影响；对于照明线路，宜根据泄漏电流的大小和分布，采用分级保护的方式，支线上选用高灵敏度的断路器，干线上选用中等灵敏度断路器。在施工现场、金属构架上等触电危险性大的场合，类携带式设备或移动式设备应选用高灵敏度断路器；而电热设备的绝缘电阻随着温度变化在很大的范围内波动，因此应按热态漏电状况选择断路器的动作电流；连接室外架空线路的电气设备，应装设冲击电压不动作型的断路器。运行中的断路器外壳及其部件、连接端子应保持清洁，完好无损。连接应牢固。开关操作手柄灵活、可靠。断路器安装完毕后，应操作试验按钮检验漏电断路器可以正常动作后才允许投入使用。在使用过程中也应定期用试验按钮试验其可靠性。7 结束语对搁置已久重新使用或连续使用的断路器应逐月检测其特性，发现问题应及时修理或更换。总之要根据施工现场的特点、针对用电设备的性质做到具体的选择断路器才能充分保证施工现场的用电安全。参考文献：【1】低压开关设备和控制设备：低压断路器 GB140482-94【2】家用及类似场所用断路器 GB10963【3】漏电保护器安装与运行 GB13955-92【4】发电厂电气部分 第四版 主编：熊信银 中国电力出版社【5】断路器百度百科作者简介岑华蒙，所读专业是电气工程与自动化。