断路器的工作原理及使用方法

浅谈断路器的工作原理及使用方法

卢平

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》 GB14048．2-94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=(O．4～1)×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=(2～10)×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= (1．5～11)×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-t—CO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-t—co-t—CO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Icu≤6000A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0．05s。

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：

Ir≥K*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)；

Im≥K1*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K 1 1.1 1

瞬时K1 4-7 4-7 4-7

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。