斷路器工作原理_斷路器的作用與選型原則技巧分享

1. 引言 2. 斷路器設(shè)計

引言

　　在現(xiàn)代人的生活中，斷路器絕對是一種舉足輕重的電路裝置，而且是家用電路中最重要的安全機制之一。一旦房屋配線中的電流流量過大，這種簡單的電路裝置就會切斷電源，直至故障被排除。如果沒有斷路器（或其替代品——保險絲），家庭用電就會非常不方便，原因在于，僅僅是線路問題和設(shè)備故障就可能會造成火災(zāi)和其他事故。

　欲了解斷路器，不妨先了解一下家用電路的工作原理。

　　電氣屬性主要由三個參量來界定：

　　電壓

　　電流

　　電阻

　　電壓是推動電荷移動的“壓力”。電流是電荷之“流”——即電荷流過導體的速率，可在任一定點測量。導體對電流具有一定程度的阻礙作用，稱為電阻，阻值的大小由導體的材料和尺寸所決定。

　　電壓、電流和電阻這三者是相互關(guān)聯(lián)的——改變其中一個另兩個也會發(fā)生改變。電流等于電壓除以電阻（一般記作I=v/r）。我們可以直觀地想到：如果增大驅(qū)動電荷的電壓或是降低電阻，電流就會增大。如果降低電壓或增大電阻，電流就會減小。

　　所有這些又是如何來到您家中的呢？

　　配電網(wǎng)把電流從發(fā)電廠輸送到您的家中。在家用電路內(nèi)，電荷會在大電路中流動，大電路又由很多小電路組成。電路的一端是火線，與發(fā)電廠相連。另一端稱為零線，與地面相連。由于火線與高電位相連，而零線則連往零電位（地面），電路兩端就產(chǎn)生了電壓——只要電路閉合，電荷就會流動。這樣的電流稱為交變電流，因為它能迅速地改變方向。（有關(guān)更多信息，請參見電網(wǎng)工作原理。）

　　在本文中，我們會介紹斷路器和保險絲如何監(jiān)控電流，以及它們在電流水平過高時如何切斷電源。我們不難發(fā)現(xiàn)，對于可能造成人員傷亡的事故來說，使用斷路器不失為一種最簡單的解決方案。

　　斷路器工作原理_斷路器的作用與選型原則技巧分享----斷路器的工作原理

　　　斷路器基本型工作原理：

　　電路中的火線與開關(guān)兩端相連。當開關(guān)置于接通狀態(tài)時，電流從底部終端流出，依次流經(jīng)電磁體、移動接觸器、靜態(tài)接觸器，最終從頂部終端流出。

　　電流能磁化電磁體。電磁體產(chǎn)生的磁力隨電流的增強而增強，如果電流降低，磁力也會減弱。當電流躍升到危險水平時，電磁體會產(chǎn)生足夠大的磁力，以拉動一根與開關(guān)聯(lián)動裝置相連的金屬桿。這會使移動接觸器傾斜并離開靜態(tài)接觸器，繼而切斷電路。電流也就中斷了。

　　雙金屬條設(shè)計依據(jù)的是相同的原理，區(qū)別在于這里無需給電磁體能量，而是讓金屬條在高電流下自行彎曲，繼而啟動聯(lián)動裝置。還有些斷路器靠填充易爆物來移置開關(guān)。當電流超過某一水平時，就會點燃易爆材料，繼而驅(qū)動活塞打開開關(guān)。

　　斷路器增強型工作原理：

　　GFCI 會不斷監(jiān)測電路中零線和火線上的電流。一切正常時，兩條線上的電流應(yīng)當完全相同。一旦火線直接接地（例如有人不慎觸碰火線），火線上的電流會突然猛增，而零線則不會。GFCI 在檢測到這種情況后會立即切斷電路，以防止觸電傷亡事故。由于 GFCI 無需等到電流上升到危險水平就能采取行動，因而其反應(yīng)速度要比傳統(tǒng)斷路器快得多。

　　斷路器工作原理_斷路器的作用與選型原則技巧分享----斷路器的作用

　　斷路器主要的作用有兩個方面：

　?。?）控制作用。即根據(jù)運行需要，投入或切除部分電力設(shè)備或線路。

　?。?）保護作用。即在電力設(shè)備或線路發(fā)生故障時，通過繼電保護及自動裝置作用于斷路器，將故障部分從電網(wǎng)中迅速切除，以保證電網(wǎng)非故障部分的正常運行。

　　高壓

　　1.正常情況下接通和斷開高壓電路中的空載及負荷電流。

　　2.在系統(tǒng)發(fā)生故障時能與保護裝置和自動裝置相配合，迅速切斷故障電流，防止事故擴大，從而保證系統(tǒng)安全運行。

　　從其實斷路器就是一種開關(guān)，它和其他普通開關(guān)的不同點主要在：1.適用電壓等級高2.滅弧介質(zhì)及方式，有真空，少油，多油及六氟化硫等等3.滅弧能力強，效果好。

　　漏電保護器做為低壓

　　這種斷路器的原理是火線和地線相連接時，會起到保護作用。會自動斷開。一般漏電 人體觸電，就會自動斷路。

　　斷路器在日常生活中應(yīng)用得比較廣，各種電器內(nèi)保護電路、家庭用電線路中的觸電保護器等。其作用是：當電路中發(fā)生短路時，斷路器瞬間動作，斷開電源，保護線路。如果人觸電，斷路器瞬間動作，斷開電源，就能起到保安作用。斷路器的質(zhì)量好壞直接關(guān)系到是否能真正起到保安作用，因此，家用斷路器質(zhì)量是關(guān)鍵，一定要買有生產(chǎn)產(chǎn)址，生產(chǎn)日期，質(zhì)量保證書。同時一定要請教專家，根據(jù)你家的用電負荷，購買多大電流的斷路器，過大過小都不能起保護任用，甚至給自己找麻煩。

• 斷路器設(shè)計

  　　斷路器工作原理_斷路器的作用與選型原則技巧分享----基本型選型

  　　最簡單的電路保護裝置是保險絲。保險絲只是一根很細的導線，加上一個保護套之后接入電路。電路閉合后，所有電流必須流經(jīng)保險絲——保險絲處的電流與同一電路上其他各點的電流相同。設(shè)計這種保險絲，是為了讓它在溫度達到某一水平時能夠熔斷。燒毀保險絲可以造成開路，從而防止過量電流破壞房屋配線。

  　　保險絲的問題是，它只能發(fā)揮一次作用。每當保險絲被燒斷后，就必須換一個新的。斷路器能起到與保險絲相同的作用，卻可以反復使用。 只要電流達到危險水平，它就能立刻造成開路 。

  　　基本型斷路器僅由一個與雙金屬條或電磁體相連的開關(guān)構(gòu)成。下圖是一個典型的電磁體設(shè)計圖。

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  電路中的火線與開關(guān)兩端相連。當開關(guān)置于接通狀態(tài)時，電流從底部終端流出，依次流經(jīng)電磁體、移動接觸器、靜態(tài)接觸器，最終從頂部終端流出。

  電流能磁化電磁體（請查閱電磁體工作原理一文，了解具體原因）。電磁體產(chǎn)生的磁力隨電流的增強而增強，如果電流降低，磁力也會減弱。當電流躍升到危險水平時，電磁體會產(chǎn)生足夠大的磁力，以拉動一根與開關(guān)聯(lián)動裝置相連的金屬桿。這會使移動接觸器傾斜并離開靜態(tài)接觸器，繼而切斷電路。電流也就中斷了。

  
  
  點擊斷路器，觀看打開開關(guān)的情形。

  雙金屬條設(shè)計依據(jù)的是相同的原理，區(qū)別在于這里無需給電磁體能量，而是讓金屬條在高電流下自行彎曲，繼而啟動聯(lián)動裝置。還有些斷路器靠填充易爆物來移置開關(guān)。當電流超過某一水平時，就會點燃易爆材料，繼而驅(qū)動活塞打開開關(guān)。

  　　斷路器工作原理_斷路器的作用與選型原則技巧分享----增強型斷路器的選型技巧

  　　更先進的斷路器摒棄了簡單的電氣設(shè)備，轉(zhuǎn)而使用電子器件（半導體設(shè)備）來監(jiān)測電流水平。這些元件的精度要高得多，而且能更為迅速地切斷電路，但價格也要貴得多。因此，多數(shù)家庭仍使用傳統(tǒng)電氣斷路器。

  　　接地故障斷路器（GFCI）是一種新型斷路器。這種斷路器，不僅能預(yù)防房屋配線損毀，而其能保護人免遭電擊。GFCI 會不斷監(jiān)測電路中零線和火線上的電流。一切正常時，兩條線上的電流應(yīng)當完全相同。一旦火線直接接地（例如有人不慎觸碰火線），火線上的電流會突然猛增，而零線則不會。GFCI 在檢測到這種情況后會立即切斷電路，以防止觸電傷亡事故。由于 GFCI 無需等到電流上升到危險水平就能采取行動，因而其反應(yīng)速度要比傳統(tǒng)斷路器快得多。

  　　房屋內(nèi)的所有線路都應(yīng)匯聚到中央斷路器儀表板（或保險盒儀表板），儀表板通常位于地下室，或在一個壁櫥內(nèi)。典型的中央儀表板大約有十二個斷路開關(guān)，它們連接著家庭電路中不同的支路。應(yīng)當有一條支路能將客廳所有的電源插座匯集起來，還應(yīng)有一條支路專門負責一樓的照明工作。大型的家用電器一般都使用專用電路，例如中央空調(diào)系統(tǒng)或電冰箱。

  　　配電網(wǎng)以恒定的電壓輸電（在美國是120或240伏），但每個家庭的電阻卻是不同的（因而電流也不盡相同）。盡管燈泡及其他電器種類各異，但它們都帶有某個數(shù)值的電阻，也稱為負載。正因為有了電阻的存在，電器才能工作。例如，燈泡里面的燈絲對電流有很強的阻礙作用。電荷為了克服電阻，就會發(fā)熱并使燈絲的溫度升高，導致燈泡發(fā)光。

  　　在家用電路中，火線和零線絕不能直接相連。電路中的電荷總是要流經(jīng)電器，而電器起到了電阻的作用。這樣，電器對電流的阻礙作用就限定了電路中電荷的流量（電壓和電阻恒定時，電流也是恒定的）。設(shè)計家用電器時，應(yīng)考慮如何將電流維持在比較低的水平，以確保用電安全。如果某一時刻電路中的電流過大，就會導致家用電器和房屋配線的溫度升高，如達到危險水平，就有可能導致火災(zāi)。

  　　這樣可以確保電力系統(tǒng)在絕大多數(shù)時間里，都能平穩(wěn)地運行。但有些時候，出于某種原因，火線可能會與零線（或其他接地導體）直接相連。例如，一部電風扇的電動機可能會因溫度過高而熔化，并將火線與零線熔在一起。再者，也許有人會往墻里釘釘子，不巧的是，他釘中了一根電線。當火線直接接地時，電路中形成了一個最小阻抗，因而在電壓的推動下，會有大量的電流流過導線。如果這一過程持續(xù)下去，導線就會因溫度過高而起火。

  　　斷路器的職責是在電流高于安全水平時切斷電路。在下面的章節(jié)中，您會了解斷路器是如何做到這一點的。

  　　斷路器工作原理_斷路器的作用與選型原則技巧分享----其他選型要求及原則

  　　1、斷路器的額定電壓必須大于或等于線路的工作電壓。

  　　負載或額定電源的電壓要大于或等于開關(guān)的額定電壓，因為這事關(guān)產(chǎn)品的安全性能。高于開關(guān)額定電壓的電壓有可能會使產(chǎn)品絕緣性能性能下降，存在事故隱

  　　2、斷路器的額定短路通斷能力≥線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流。

  　　線路中發(fā)生相線與相線或相線與中性線之間的短路電流是很大的，越是接近電源分配端的電流就越大，因為整個短路回路的阻抗小。因此要求斷路器必須有一定的短路分斷能力，當短路分斷能力大于或等于線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流時，在瞬時脫扣器的作用下，開關(guān)能瞬時熄弧斷開。如開關(guān)的額定短路通斷能力≤線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流因開關(guān)不能熄弧，由燃弧引起的過高溫度使觸點粘（短路）從而毀壞配電線路以致設(shè)備。

  　　3、斷路器的額定電流≥線路的負載電流。

  　　負載的額定電流必須等于或小于開關(guān)的額定電流，一般情況下小于開關(guān)的額定電流，考慮到留有一定的裕度，一般選開關(guān)的額定電流比實際負載電流大20℅左右，不要選得太大，必須考慮過載保護及短路保護都能動作，選取過大的額定電流，過載保護失去作用，由于線路的粗細及長短關(guān)系，負載端的短路電流達不到瞬時脫扣器的整定動作值，從而使短路保護失效。

  　　4、漏電斷路器的額定漏電動作電流必須≥2倍的線路業(yè)已存在的泄漏電流。

  　　在配電線路中由于線路的絕緣電阻隨著時間的增長會下降及對地布線分布電容的存在，線路或多或少對地存在一定的泄漏電流，有的還比較大，因此在選取漏電斷路器的額定漏電動作電流必須大于實際泄漏電流的兩倍才能保證開關(guān)不會誤動作，這也是與國家標準規(guī)定的額定漏電不動作電流為額定動作電流的一半是相符合的。

  　　5、斷路器末端單相對地短路時能使選用B、C、D型瞬時脫扣器的開關(guān)動作，對于不同類型的負載（用電設(shè)備）選用不同的瞬時脫扣器和相應(yīng)的電流等級的產(chǎn)品。

  　　根據(jù)不同的負載設(shè)備選用不同類型的瞬時脫扣器和額定電流，B、C、D型瞬時脫扣器的使用對象前面有說明。選取額定電流及相應(yīng)的瞬時脫扣器時必須考慮負載的額定電流及可能輸出的最大短路電流。當最大短路電流大于或等于B、C、D型瞬時脫扣器的整定動值時，短路保護才能起作用。

  　　6、在裝漏電保護器之前必須搞清原有的供電保護型式，以便判斷是否可以直接安裝或需改動。

  　　供電保護型式在前面已有詳細說明。在未安裝漏電斷路器之前，有些設(shè)備已采取一些供電保護型式，但是有一些保護型式如不改動是不適宜直接安裝漏電斷路器，否則會引起開關(guān)的誤動或拒動。具體使用將在后面案例中進行分析。

  　　7、有進出線規(guī)定的產(chǎn)品必須嚴格按要求接線，進出線不可反接。

  　　漏電斷路器必須按要求接線，否則會引起開關(guān)漏電保護功能的損壞，因漏電保護線路板的工作電源從開關(guān)的出線端引出，如采取反接線，則線路板的工作電源長期存在，一旦漏電保護動作，內(nèi)部電磁脫扣線圈因長期通電而損壞（電磁脫扣線圈的設(shè)計為瞬時工作方式），漏電功能損壞。