請問低壓框架斷路器的分斷能力是由其內部什麼決定的？65KA和100KA內部都有什麼區別？

框架斷路器

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我們來看ABB的Emax框架斷路器結構：

要弄懂題主的問題，首先要懂斷路器如何實現過載保護和短路保護操作功能的。我們看下圖：

我們先來看磁脫扣原理：

在左上圖中我們看到兩根導線，它們都流過電流I。按右手螺旋定則，我們看到上面一根導線產生的磁力線如圖所示。

我們再用左手定則，四指指向電流方向，並讓磁力線穿過掌心，於是大拇指的方向就是電動力方向。

由此我們判斷出，若兩導線中的電流方向一致，則兩導線受到相互吸引的電動力；反之則受到相斥的電動力。

因此，對於磁脫扣來說，斷路器的內部會有U形導體結構，用於產生短路電流脫扣的操作力。

我們再來看熱脫扣原理：

當發生過載時，電流較小，依靠磁脫扣器是無法脫扣的，這時就要利用熱脫扣器。

熱脫扣器中主要部件是雙金屬片，一般是銅與鐵壓制而成。當通過電流並加熱後，雙金屬片會彎曲。利用彎曲度觸發脫扣，就可以實現過載保護。

由於過載保護是通過熱效應實現的，所以又被稱為熱脫扣器。

再看瞬時動作線圈：

瞬時動作線圈可以在數毫秒時間內產生開斷作用，因此它與斷路器的限流有關。

關於電子式脫扣器：

以上已經介紹了熱磁式脫扣器。如果採集電流參數是利用電流感測器，並且用電子元件（單片機）來執行測控，則此類斷路器脫扣器被稱為電子式脫扣器。

我們來看下圖，圖中是熱磁式斷路器脫扣器和電子式斷路器脫扣器的結構示意圖：

這兩張圖摘自我寫的書《老帕講低壓電器技術》第2.5節「低壓斷路器」，圖形編號分別是圖2-19和圖2-20。

在書里，對這兩張圖的解釋如下：

從圖2-19和圖2-20中，我們看到主觸頭、輔助觸頭被傳動桿連動，當反時針方向推動操作手柄時，閉合力經自由脫扣機構傳遞給傳動桿使觸頭閉合。最後鎖扣將自由脫扣機構鎖住，被保護電路接通。

我們先看圖2-19的熱脫扣器：為了實現過載保護，熱脫扣器配套了測量過載電流的雙金屬片。過電流不大時，熱雙金屬片慢慢彎曲（與電流大小成反比），經過一定延時後推動脫扣軸，使機構執行脫扣（熱磁式）。

我們再看圖2-19的磁脫扣器：當出現短路電流時，電流大到磁脫扣器鐵芯氣隙中產生電動力足以克服反力彈簧的反力時，鐵芯迅速向上運動，推動脫扣軸，使機構瞬時脫扣。

再看圖2-20的測量系統，當出現過電流後，過電流脫扣器中的羅氏線圈將過電流信號經運算處理後使機構脫扣。可實現過載長延時、短路短延時、大短路電流瞬時動作的保護特性。

傳動機構既有手動操作的，也有電動操作的。電動操作又分為電磁鐵操作和電動機操作兩種。

採用電動機操作機構的原理是：電動機經過齒輪系統減速後將儲能彈簧壓縮，直到能量儲足，然後將此能量釋放，推動機構快速閉合。

具有熱脫扣器和磁脫扣器的斷路器被稱為熱磁式斷路器，它廣泛用於微型斷路器MCB和塑殼斷路器MCCB中，也有用在框架斷路器ACB中。

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有了這些基礎知識，我們就可以討論題主的問題了。題主的主題是：低壓框架斷路器的分斷能力是由其內部什麼決定的？65KA和100KA內部都有什麼區別？

我們先看看什麼叫做分斷能力。為此，我們來看看國家標準GB 14048.2《低壓開關設備和控制設備 第2部分：斷路器》對分斷能力是如何解釋的：

從標準中我們看到，斷路器的短路分斷能力有兩個，其一是極限短路分斷能力Icu，其二是運行短路分斷能力Ics，並且有：。

所謂極限短路分斷能力，指的是斷路器分斷完畢後也就損壞了，必須更換；所謂運行短路分斷能力，指的是斷路器分斷完畢後還可以繼續使用。

那麼斷路器分斷短路電流的過程，對斷路器來說，會有哪些衝擊呢？回答了這個問題，也就等效於回答了題主的問題。

第一個關鍵問題：短路電流對斷路器內部導電體的熱衝擊作用

我們知道，當短路電流流過斷路器內部的導電體或者觸頭的導電杆時，由於斷路器開斷需要時間，所以短路電流會對導電杆產生加熱作用。又因為斷路器開斷時間很短，導電杆根本就來不及散熱，因此這種加熱又被稱為絕熱升溫過程。

當導電杆因為發熱造成溫度升高後，導電杆材料的機械強度會降低，嚴重時甚至會熔融。因此，導電杆的最高溫度必須滿足導體材料的機械強度要求。

導電杆材料的電阻率也會隨著溫度θ升高而升高，所以在設計斷路器的導電杆時，必須把電阻率ρ、電阻溫度係數α、短路電流Ik、開斷時間tk、導電杆長度L和截面積S、導電杆的比熱容c和密度γ考慮進去。

我們來看看導電杆的溫度表達式：

這個式子夠複雜了。

注意公式中幾個關鍵參數，一個是開斷時間，一個是短路電流。這兩個參數決定了斷路器的熱穩定性。

根據能量不變的原則，當開斷時間不同時，熱穩定性可以用簡化的公式來轉換，如下：

在GB14048.2中，把斷路器的熱穩定性用短時耐受電流Icw來表徵。

例如某框架斷路器的Icw=65kA，開斷時間長度是1s，那麼當開斷時間長度是3s時，此斷路器的短時耐受電流是多少？

因為：

可見，當斷路器的開斷時間變長後，短時耐受電流減小了。這容易理解，絕熱的升溫過程變長了，要保持最高溫度值不變，當然短時耐受電流要減小了。

由此我們得到一個結論：

若斷路器極限短路分斷能力不同，則它內部的導電杆材質和尺寸一定也不同。考慮到熱穩定性，則極限短路分斷能力越高，它的短時耐受電流也越大，它的內部導電材料或者導電杆的尺寸規格和材質也會改變，以便承受短路電流的熱衝擊。

至於具體的導電杆結構如何變化，這要看具體的斷路器。考慮到斷路器的品牌很多，且其內部導電材料結構形式與知識產權密切相關，因此此處忽略。

第二個關鍵問題：短路電流對觸頭的電動力衝擊作用

我們看下圖：

圖中我繪出了三種觸頭結構。

我們先看最左邊的第一種圓形觸頭。當電流流過觸頭時，電流線如圖中所示。

我們用右手螺旋定則判斷電流線的磁力線方向，再用左手定則判斷作用力方向，得到了觸頭間作用力F的方向。這種力被稱為霍姆力，又叫做觸頭間電動斥力。它以電接觸理論的建立者霍姆來命名。

觸頭間有兩種斥力存在，其一是洛倫茲力，其二是霍姆力。觸頭斥開後，電磁斥力就只剩下洛倫茲力。霍姆力所佔比例在50%以上。

正常情況下，觸頭間的電動斥力不是很大，它被斷路器電磁機構的反力給抵消掉了。當觸頭間流過短路電流時，霍姆力很大，它將觸頭斥開，於是觸頭間就出現電弧。但觸頭斥開後，霍姆力消失，觸頭在反力作用下返回，然後再度斥開，……。這樣重複的結果，使得觸頭材料熔融，甚至氣化和熔焊。

這種現象被稱為短路電流對觸頭的電動力作用。事實上，短路電流既對觸頭產生了電動力作用，也有熱衝擊作用。觸頭抵禦短路電流的衝擊能力被稱為觸頭的動穩定性和熱穩定性。

對於斷路器來說，觸頭的動穩定性是怎麼回事？

我們來看觸頭：

我們可以看到，主觸頭由若干個分觸頭構成，每個分觸頭的接觸位置有一定的半徑R，而真正的接觸點也即觸點也有一定的半徑r。據此，我們可以得到如下觸頭電動斥力的表達式：

我們來看一個實例：

假設某款框架斷路器的主觸頭有8個分觸頭，主觸頭的觸頭壓力是400N，分觸頭的直徑是12mm，觸頭接觸點的直徑是0.5mm，我們來當短路電流為65kA時，觸頭系統是否能可靠工作？

注意：分觸頭的數量是8個，因此電流被均分。

同樣地，主觸頭的壓力也均分，於是分觸頭受到的電動斥力：

我們看到，斷路器的觸頭在65kA短路電流下是能夠抵禦短路電動力的。

現在，我們來核實一下此斷路器主觸頭在100kA短路電流下的情況：

我們看到，此斷路器在100kA短路電流下已經不能勝任工作，必須選用電磁反力更大的斷路器。

這個例子說明了一個很重要的問題：斷路器的機械結構特別是電磁系統對於斷路器的分斷能力來說，具有決定性的作用。

從上例中我們看到了觸頭的動穩定性，但是觸頭的熱穩定性又有何種作用？

我們知道，當觸頭材料在電弧的燒蝕下，會出現熔融和飛濺，會拉出金屬橋，觸頭材料的轉移使得觸頭被燒蝕。這叫做觸頭的電磨損。

我們還知道，油和水是不相容的。如果斷路器的動觸頭和靜觸頭也具有類似水和油的性質，即使觸頭間的電弧把觸頭材料給熔融了，但兩者不會因此而損失。

所以，解決觸頭燒蝕的方法之一是採用觸頭對。

人們在實踐中選擇了幾款觸頭對，例如Ag-Pt-Ir對，還有鎢系觸頭對等等。有些觸頭對需要用粉末冶金來製備，而安裝到觸頭導電杆上也很有學問。

由於本帖只是科普而已，並非論文，更非技術論壇帖子，更加詳盡細緻的技術描述還請知友們去看專業書籍吧。

我們來看看框架斷路器與短路電流相關的參數在配置斷路器時是如何起作用的：

我們看短路接通能力Icm：斷路器可以接通的最大電流。

這個參數是所有開關都必須具有的參數。

我們知道，短路電流有兩個分量，分別是：短路電流周期分量Ip和短路電流非周期分量Ig。周期分量又叫做交流分量，而非周期分量又叫做直流分量，兩者疊加後在短路後10毫秒形成衝擊短路電流峰值Ipk。

注意：當短路進入穩態時，直流分量已經消失，短路電流中只剩下交流分量。也就是說，短路電流的穩態值就是交流分量。

圖中我們可以看見直流分量與交流分量疊加後的峰值，以及短路電流穩態值。

衝擊短路電流峰值Ipk與短路電流交流分量的比值叫做峰值係數n。

在GB14048.1-2012《低壓開關設備和控制設備 第1部分：總則》中，給出了峰值係數表：

我們看到，當短路電流大於50kA後，峰值係數是2.2。因此，當短路電流為65kA時，衝擊短路電流峰值Ipk=2.2X65=143kA；當短路電流為100kA時，Ipk=220kA。

對於普通框架斷路器來說，它的短路分斷時間一般大於15毫秒，因此斷路器必須要能夠承受衝擊短路電流峰值的衝擊。

因此，斷路器的短路接通能力Icm必須大於Ipk。

注意：斷路器的短路接通能力實際上反映的是斷路器的動穩定性，其本質與斷路器觸頭的動穩定性密切相關。

這一點，在斷路器作為隔離開關使用時尤為顯著。

下表是ABB的Emax開關的參數表：

注意看，表中的Icu=42kA時，Icw=42kA，Icm=2.1X42=88.2kA；Icu=65kA時，Icm=55X2.2=121kA，而此時的Icw=55kA；Icu=85kA，Icw=65kA，Icm=2.2X65=143kA。

我們已經知道，Icw與斷路器的熱穩定性相關，而Icm與斷路器的動穩定性相關，所以峰值係數實際上就是斷路器的動穩定性與熱穩定性的比值。

理解這一點，對於配置斷路器非常重要。

在實際配置斷路器時，一般讓極限短路分斷能力Icu大於短路電流穩態值或者短路電流周期分量即可。

我們來看一個實例：

設電力變壓器的容量為1250kVA，阻抗電壓為6%，試為此變壓器配套低壓主進線斷路器。

第一步，求變壓器的額定電流：

第二步，求變壓器的短路電流：

第三步，求衝擊短路電流峰值：

如何選斷路器呢？我們讓斷路器的額定電流大於變壓器額定電流，讓斷路器的極限短路分斷能力Icu大於變壓器的短路電流即可。

查上表，我們發現E2B2000斷路器滿足要求，它的額定電流為2000A，極限短路分斷能力Icu為42kA，並且它的短路接通能力Icm為88.2kA，均滿足要求。

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這個帖子寫到這裡該結束了。

我沒有直接回答題主的問題，因為不管是對何種斷路器而言，其內部結構都屬於企業保密資料，不便對外泄露，我當然不願意趟這趟渾水。因此在結構分析上，還請題主和知友們見諒。

不過，本帖揭示的若干理論知識已經足夠知友們喝一壺了。笑！

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低壓框架斷路器的分斷能力主要由觸頭系統和滅弧室系統決定。框架斷路器ACB不同於塑殼斷路器，後者需要快速切斷下級線路的故障，所以對於短路分斷能力Ics和Icu要求很高，而對於框架斷路器，不僅需要很高的短路分斷能力，還需要高的短時耐受電流的能力，以保證與下級的塑殼斷路器的保護選擇性。

1.框架斷路器觸頭系統，下圖紅圈內所示即為框架斷路器動靜觸頭的位置，如圖所示：

斷路器觸頭必須滿足三個基本的要求：

a.長期工作制的載流能力，即觸頭系統在長期通過額定電流不至於有過高的發熱，其溫升值不應超過GB14048.2低壓斷路器標準的要求；

b.安全可靠的接通和分斷極限短路電流Icu及其以下的所有電流；

c.達到標準規定的操作性能要求，在規定的操作循環次數內，觸頭不至於嚴重磨損；

框架斷路器觸頭系統的特點是接觸壓力大、超程大、合閘及分閘運動速度快，所以首先要選擇合適的觸頭材料，例如框架斷路器的主觸頭由於要求有長期通電能力，常採用銀或銀基合金材料，例如典型的電觸頭材料是AgW50和AgWC40，弧觸頭要求能耐受電弧、耐磨、抗熔焊，多採用含石墨的銀基合金。其次要選擇合適的觸頭壓力，觸頭壓力取決於極限分斷能力和短時耐受電流，必須保證主觸頭在通過短路電流時不至於因電動力產生彈跳而熔焊，但是限流斷路器的觸頭壓力越小越好，要能滿足觸頭長期導電和避開電動機最大起動電流。如下圖觸頭系統在經過短路電流時電動力的方向：

2.框架斷路器的滅弧系統，對於滅弧室的要求是：

a.可靠的熄滅電弧，燃弧時間儘可能短；

b.足夠的熱量，使在熄滅電弧時，滅弧室的溫度不至於太高，防止滅弧室變形或碎裂，因此採用滅弧柵滅弧時，片數往往不是按近極壓降來選擇，而是按儘可能增大熱容量來確定。

低壓斷路器常常採用滅弧柵來滅弧，如圖所示：

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從斷路器本體來看，分斷能力是由觸頭材質、觸頭的截面、觸頭耐高溫的程度、觸頭壓力（促使觸頭關合併維持合閘狀態的機械力大小）、滅弧介質等多種因素決定的。65kA與100kA內部的區別綜合上述因素決定的。

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