家庭用断路器：热脱扣和分励脱扣器的保护机制

1.断路器概述

断路器是一种能够接通、承载和分断正常运行电路中的电流，也能在非正常运行的电路中（过载、短路）按规定的条件接通、承载一定时间和分断电流的开关电器。

低压电网中的断路器，从结构类型可分为3种型式：第一种是空气绝缘框架断路器，国际上通用名是Air Circuit Breaker，简称为ACB断路器；第二种是塑壳断路器，国际上通用名是Moulded Case Circuit Breaker，简称为MCCB断路器；第三种是微型断路器，国际上通用名是Micro Circuit Breaker，简称为MCB断路器。

断路器作为一种全功能的开关电器，其基本功能见表3-12。

表3-12 断路器各种功能

断路器在制造和使用方面遵循的标准是IEC 60947-2《低压开关设备和控制设备 第2部分：断路器》，对应的国家标准是GB 14048.2，这两部标准是等同使用的。对于家庭使用的断路器，其标准是IEC 60898。

断路器用作合分电路时，依靠扳动手动操作机构的手柄（简称为手操）或者利用电动操作机构（简称为电操）使得断路器的动、静触头闭合或者断开。断路器有时还使用弹簧操作机构（简称为弹操），但弹操主要用于中压负荷开关，很少用于低压断路器。

当断路器所在线路出现过载（过负荷）时，断路器中的双金属元件受热（或者通过它近旁的发热元件使得双金属元件受热）产生变形、弯曲，打开锁扣使得断路器跳闸。这种脱扣被称为热脱扣，一般用于断路器的过载保护。

当断路器所在线路中出现短路时，一定数值的短路电流会使得电流脱扣器的动衔铁被吸合，从而带动牵引装置使得断路器跳闸。这种脱扣器被称为磁脱扣，一般用于短路保护。

当断路器所在线路出现电压低于70%U_n（额定电压）时，欠电压脱扣器将触发断路器执行跳闸操作。这种脱扣被称为YU欠电压脱扣器，一般用于断路器的欠电压保护。

当操作者需要从远方来操作断路器跳闸时，可以利用分励脱扣器。分励脱扣器YO可实现断路器的远距离操作。

从图3-22中可以看见断路器热脱扣器、磁脱扣器、分励脱扣器YO、欠电压脱扣器YU的用途及意义。

图3-22 断路器操作模式

断路器在低压电网中的主要任务是对线路进行短路保护，也作为线路的过载保护、剩余电流保护和失电压保护。各种保护通过脱扣器进行，所以脱扣器是断路器中的最重要的组成部分。

断路器的脱扣器有两种型式，分别为热磁式脱扣器和电子式脱扣器。

热磁式脱扣器中利用可调过载门限电流的双金属片实现过载保护，利用可调短路门限电流的磁脱扣器实现短路保护。

电子式脱扣器则在断路器中安装了微处理器，利用微处理器电子技术实现过载和短路电流的测量和保护。

图3-23所示为电子式断路器脱扣器的原理流程图。

在图3-23中，电流采样信号通过空心电流互感器获得。之所以采用空心电流互感器是为了避免在测量过载和短路电流时铁磁电流互感器磁通饱和效应。

电压采集装置的作用是采集三相电流信息，用以实现欠电压和过电压保护。

断路器的工作电源来自速保护电流互感器获取的能量。采用速保护电流互感器的目的是避免当断路器的一次回路中流过较大的电流时对电源系统产生破坏性冲击。

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图3-23 断路器脱扣器的原理流程图

图3-23中，电流、电压等模拟量通过模拟量采集电子开关输入到CPU中，CPU对模拟量采集电子开关发出选通控制实现高速循环输入各种模拟量；断路器的各种开关量则从开关量采集电子开关输入CPU。

CPU的输出包括：LED显示器显示测控信息和模拟量信息，键盘操作及编码电路用于实现人机对话，驱动出口继电器则用于执行各种脱扣操作，而RS485驱动电路则用于与上位系统交换信息。

2.低压断路器的分类

（1）断路器按使用类别分类

使用类别A是指断路器不具有可调延时的短路保护，而使用类别B则具有可调延时的短路保护。

（2）断路器按安装方式分类

可分为固定安装式断路器和抽出式断路器等。

图3-24所示为ABB公司的Emax抽出式框架断路器，图中可见其本体能从壳体中抽出，壳体中亦可见到轨道及主电路接线端子抽插活门。

图3-24 抽出式框架断路器

在实际使用时，若断路器本体可抽出，则更便于检修和更换。

一般地，框架式断路器ACB大多采用抽出式，塑壳断路器MCCB及微型断路器MCB大多采用固定式。

（3）断路器按用途分类

可分为配电保护断路器、电动机保护断路器、家用和类似用途的断路器和剩余电流保护断路器等。

用于配电保护的断路器必须符合IEC 60947-2标准，而用于电动机保护的断路器除了要满足IEC 60947-2外，还要满足IEC 60947-4标准。对于微型断路器，它必须符合IEC 60898标准，即《家用和类似场所使用的过电流保护断路器 第1部分：用于交流的断路器》

（4）断路器按接线方式分类

可分为板前接线断路器、板后接线断路器、插入式接线断路器、抽出式接线断路器和导轨式接线断路器等。

（5）断路器按极数分类

可分为单极断路器、双极断路器、三极断路器和四极断路器。见图3-25。

图3-25 单极、双极和三极断路器