断路器工作原理_断路器的作用与选型原则技巧分享

1. 引言 2. 断路器设计

引言

　　在现代人的生活中，断路器绝对是一种举足轻重的电路装置，而且是家用电路中最重要的安全机制之一。一旦房屋配线中的电流流量过大，这种简单的电路装置就会切断电源，直至故障被排除。如果没有断路器（或其替代品——保险丝），家庭用电就会非常不方便，原因在于，仅仅是线路问题和设备故障就可能会造成火灾和其他事故。

　欲了解断路器，不妨先了解一下家用电路的工作原理。

　　电气属性主要由三个参量来界定：

　　电压

　　电流

　　电阻

　　电压是推动电荷移动的“压力”。电流是电荷之“流”——即电荷流过导体的速率，可在任一定点测量。导体对电流具有一定程度的阻碍作用，称为电阻，阻值的大小由导体的材料和尺寸所决定。

　　电压、电流和电阻这三者是相互关联的——改变其中一个另两个也会发生改变。电流等于电压除以电阻（一般记作I=v/r）。我们可以直观地想到：如果增大驱动电荷的电压或是降低电阻，电流就会增大。如果降低电压或增大电阻，电流就会减小。

　　所有这些又是如何来到您家中的呢？

　　配电网把电流从发电厂输送到您的家中。在家用电路内，电荷会在大电路中流动，大电路又由很多小电路组成。电路的一端是火线，与发电厂相连。另一端称为零线，与地面相连。由于火线与高电位相连，而零线则连往零电位（地面），电路两端就产生了电压——只要电路闭合，电荷就会流动。这样的电流称为交变电流，因为它能迅速地改变方向。（有关更多信息，请参见电网工作原理。）

　　在本文中，我们会介绍断路器和保险丝如何监控电流，以及它们在电流水平过高时如何切断电源。我们不难发现，对于可能造成人员伤亡的事故来说，使用断路器不失为一种最简单的解决方案。

　　断路器工作原理_断路器的作用与选型原则技巧分享----断路器的工作原理

　　　断路器基本型工作原理：

　　电路中的火线与开关两端相连。当开关置于接通状态时，电流从底部终端流出，依次流经电磁体、移动接触器、静态接触器，最终从顶部终端流出。

　　电流能磁化电磁体。电磁体产生的磁力随电流的增强而增强，如果电流降低，磁力也会减弱。当电流跃升到危险水平时，电磁体会产生足够大的磁力，以拉动一根与开关联动装置相连的金属杆。这会使移动接触器倾斜并离开静态接触器，继而切断电路。电流也就中断了。

　　双金属条设计依据的是相同的原理，区别在于这里无需给电磁体能量，而是让金属条在高电流下自行弯曲，继而启动联动装置。还有些断路器靠填充易爆物来移置开关。当电流超过某一水平时，就会点燃易爆材料，继而驱动活塞打开开关。

　　断路器增强型工作原理：

　　GFCI 会不断监测电路中零线和火线上的电流。一切正常时，两条线上的电流应当完全相同。一旦火线直接接地（例如有人不慎触碰火线），火线上的电流会突然猛增，而零线则不会。GFCI 在检测到这种情况后会立即切断电路，以防止触电伤亡事故。由于 GFCI 无需等到电流上升到危险水平就能采取行动，因而其反应速度要比传统断路器快得多。

　　断路器工作原理_断路器的作用与选型原则技巧分享----断路器的作用

　　断路器主要的作用有两个方面：

　　（1）控制作用。即根据运行需要，投入或切除部分电力设备或线路。

　　（2）保护作用。即在电力设备或线路发生故障时，通过继电保护及自动装置作用于断路器，将故障部分从电网中迅速切除，以保证电网非故障部分的正常运行。

　　高压

　　1.正常情况下接通和断开高压电路中的空载及负荷电流。

　　2.在系统发生故障时能与保护装置和自动装置相配合，迅速切断故障电流，防止事故扩大，从而保证系统安全运行。

　　从其实断路器就是一种开关，它和其他普通开关的不同点主要在：1.适用电压等级高2.灭弧介质及方式，有真空，少油，多油及六氟化硫等等3.灭弧能力强，效果好。

　　漏电保护器做为低压

　　这种断路器的原理是火线和地线相连接时，会起到保护作用。会自动断开。一般漏电 人体触电，就会自动断路。

　　断路器在日常生活中应用得比较广，各种电器内保护电路、家庭用电线路中的触电保护器等。其作用是：当电路中发生短路时，断路器瞬间动作，断开电源，保护线路。如果人触电，断路器瞬间动作，断开电源，就能起到保安作用。断路器的质量好坏直接关系到是否能真正起到保安作用，因此，家用断路器质量是关键，一定要买有生产产址，生产日期，质量保证书。同时一定要请教专家，根据你家的用电负荷，购买多大电流的断路器，过大过小都不能起保护任用，甚至给自己找麻烦。

• 断路器设计

  　　断路器工作原理_断路器的作用与选型原则技巧分享----基本型选型

  　　最简单的电路保护装置是保险丝。保险丝只是一根很细的导线，加上一个保护套之后接入电路。电路闭合后，所有电流必须流经保险丝——保险丝处的电流与同一电路上其他各点的电流相同。设计这种保险丝，是为了让它在温度达到某一水平时能够熔断。烧毁保险丝可以造成开路，从而防止过量电流破坏房屋配线。

  　　保险丝的问题是，它只能发挥一次作用。每当保险丝被烧断后，就必须换一个新的。断路器能起到与保险丝相同的作用，却可以反复使用。 只要电流达到危险水平，它就能立刻造成开路 。

  　　基本型断路器仅由一个与双金属条或电磁体相连的开关构成。下图是一个典型的电磁体设计图。

   

   

  电路中的火线与开关两端相连。当开关置于接通状态时，电流从底部终端流出，依次流经电磁体、移动接触器、静态接触器，最终从顶部终端流出。

  电流能磁化电磁体（请查阅电磁体工作原理一文，了解具体原因）。电磁体产生的磁力随电流的增强而增强，如果电流降低，磁力也会减弱。当电流跃升到危险水平时，电磁体会产生足够大的磁力，以拉动一根与开关联动装置相连的金属杆。这会使移动接触器倾斜并离开静态接触器，继而切断电路。电流也就中断了。

  
  
  点击断路器，观看打开开关的情形。

  双金属条设计依据的是相同的原理，区别在于这里无需给电磁体能量，而是让金属条在高电流下自行弯曲，继而启动联动装置。还有些断路器靠填充易爆物来移置开关。当电流超过某一水平时，就会点燃易爆材料，继而驱动活塞打开开关。

  　　断路器工作原理_断路器的作用与选型原则技巧分享----增强型断路器的选型技巧

  　　更先进的断路器摒弃了简单的电气设备，转而使用电子器件（半导体设备）来监测电流水平。这些元件的精度要高得多，而且能更为迅速地切断电路，但价格也要贵得多。因此，多数家庭仍使用传统电气断路器。

  　　接地故障断路器（GFCI）是一种新型断路器。这种断路器，不仅能预防房屋配线损毁，而其能保护人免遭电击。GFCI 会不断监测电路中零线和火线上的电流。一切正常时，两条线上的电流应当完全相同。一旦火线直接接地（例如有人不慎触碰火线），火线上的电流会突然猛增，而零线则不会。GFCI 在检测到这种情况后会立即切断电路，以防止触电伤亡事故。由于 GFCI 无需等到电流上升到危险水平就能采取行动，因而其反应速度要比传统断路器快得多。

  　　房屋内的所有线路都应汇聚到中央断路器仪表板（或保险盒仪表板），仪表板通常位于地下室，或在一个壁橱内。典型的中央仪表板大约有十二个断路开关，它们连接着家庭电路中不同的支路。应当有一条支路能将客厅所有的电源插座汇集起来，还应有一条支路专门负责一楼的照明工作。大型的家用电器一般都使用专用电路，例如中央空调系统或电冰箱。

  　　配电网以恒定的电压输电（在美国是120或240伏），但每个家庭的电阻却是不同的（因而电流也不尽相同）。尽管灯泡及其他电器种类各异，但它们都带有某个数值的电阻，也称为负载。正因为有了电阻的存在，电器才能工作。例如，灯泡里面的灯丝对电流有很强的阻碍作用。电荷为了克服电阻，就会发热并使灯丝的温度升高，导致灯泡发光。

  　　在家用电路中，火线和零线绝不能直接相连。电路中的电荷总是要流经电器，而电器起到了电阻的作用。这样，电器对电流的阻碍作用就限定了电路中电荷的流量（电压和电阻恒定时，电流也是恒定的）。设计家用电器时，应考虑如何将电流维持在比较低的水平，以确保用电安全。如果某一时刻电路中的电流过大，就会导致家用电器和房屋配线的温度升高，如达到危险水平，就有可能导致火灾。

  　　这样可以确保电力系统在绝大多数时间里，都能平稳地运行。但有些时候，出于某种原因，火线可能会与零线（或其他接地导体）直接相连。例如，一部电风扇的电动机可能会因温度过高而熔化，并将火线与零线熔在一起。再者，也许有人会往墙里钉钉子，不巧的是，他钉中了一根电线。当火线直接接地时，电路中形成了一个最小阻抗，因而在电压的推动下，会有大量的电流流过导线。如果这一过程持续下去，导线就会因温度过高而起火。

  　　断路器的职责是在电流高于安全水平时切断电路。在下面的章节中，您会了解断路器是如何做到这一点的。

  　　断路器工作原理_断路器的作用与选型原则技巧分享----其他选型要求及原则

  　　1、断路器的额定电压必须大于或等于线路的工作电压。

  　　负载或额定电源的电压要大于或等于开关的额定电压，因为这事关产品的安全性能。高于开关额定电压的电压有可能会使产品绝缘性能性能下降，存在事故隐

  　　2、断路器的额定短路通断能力≥线路中可能出现的最大短路电流。

  　　线路中发生相线与相线或相线与中性线之间的短路电流是很大的，越是接近电源分配端的电流就越大，因为整个短路回路的阻抗小。因此要求断路器必须有一定的短路分断能力，当短路分断能力大于或等于线路中可能出现的最大短路电流时，在瞬时脱扣器的作用下，开关能瞬时熄弧断开。如开关的额定短路通断能力≤线路中可能出现的最大短路电流因开关不能熄弧，由燃弧引起的过高温度使触点粘（短路）从而毁坏配电线路以致设备。

  　　3、断路器的额定电流≥线路的负载电流。

  　　负载的额定电流必须等于或小于开关的额定电流，一般情况下小于开关的额定电流，考虑到留有一定的裕度，一般选开关的额定电流比实际负载电流大20℅左右，不要选得太大，必须考虑过载保护及短路保护都能动作，选取过大的额定电流，过载保护失去作用，由于线路的粗细及长短关系，负载端的短路电流达不到瞬时脱扣器的整定动作值，从而使短路保护失效。

  　　4、漏电断路器的额定漏电动作电流必须≥2倍的线路业已存在的泄漏电流。

  　　在配电线路中由于线路的绝缘电阻随着时间的增长会下降及对地布线分布电容的存在，线路或多或少对地存在一定的泄漏电流，有的还比较大，因此在选取漏电断路器的额定漏电动作电流必须大于实际泄漏电流的两倍才能保证开关不会误动作，这也是与国家标准规定的额定漏电不动作电流为额定动作电流的一半是相符合的。

  　　5、断路器末端单相对地短路时能使选用B、C、D型瞬时脱扣器的开关动作，对于不同类型的负载（用电设备）选用不同的瞬时脱扣器和相应的电流等级的产品。

  　　根据不同的负载设备选用不同类型的瞬时脱扣器和额定电流，B、C、D型瞬时脱扣器的使用对象前面有说明。选取额定电流及相应的瞬时脱扣器时必须考虑负载的额定电流及可能输出的最大短路电流。当最大短路电流大于或等于B、C、D型瞬时脱扣器的整定动值时，短路保护才能起作用。

  　　6、在装漏电保护器之前必须搞清原有的供电保护型式，以便判断是否可以直接安装或需改动。

  　　供电保护型式在前面已有详细说明。在未安装漏电断路器之前，有些设备已采取一些供电保护型式，但是有一些保护型式如不改动是不适宜直接安装漏电断路器，否则会引起开关的误动或拒动。具体使用将在后面案例中进行分析。

  　　7、有进出线规定的产品必须严格按要求接线，进出线不可反接。

  　　漏电断路器必须按要求接线，否则会引起开关漏电保护功能的损坏，因漏电保护线路板的工作电源从开关的出线端引出，如采取反接线，则线路板的工作电源长期存在，一旦漏电保护动作，内部电磁脱扣线圈因长期通电而损坏（电磁脱扣线圈的设计为瞬时工作方式），漏电功能损坏。