學點開關電器知識——斷路器的基本原理之2

這一篇我們來講斷路器的結構。我們來看圖1：

圖1就是熱磁式斷路器的結構圖。圖中右側的文字說明告訴我們，斷路器有三大部件，分別是觸頭及滅弧系統、操作機構和脫扣器及控制單元。

現在，我來給大家解析圖1的要點部分：

第一個概念：觸頭系統

我們看圖2：

看得出來，圖2就是圖1的觸頭系統。

從圖2中，我們看到了A相、B相和C相主觸頭，並且已經閉合了。注意到三組觸頭都是單觸頭系統。

要說明一下：斷路器的觸頭分為主迴路系統和輔助迴路系統兩組。

所謂主迴路，指的是控制電能傳遞的迴路，它的特點是電流很大，按斷路器的規格和型號不同，主迴路的電流在10A到6300A之間。見圖中黃色的部分；

所謂輔助迴路，指的是執行控制和信號傳遞的迴路，它的特點是電流較小，一般在5A以下。見圖2的左側。因此，輔助迴路不配滅弧裝置，而主迴路必須配滅弧裝置。輔助迴路接觸點的一般叫做觸點，與普通繼電器相同。

第二個概念：觸頭的霍姆斥力和觸頭壓力

我們看圖3：

圖3的左側是動靜觸頭系統，我們能看到其中的電流線。注意由於觸頭的結構所致，觸頭接觸處其實是一個點，因此電流線會向中間傾斜。

圖3的中間是靜觸頭右側電流線I1X產生的磁力線分布。我們用右手螺旋定則，很容易判斷出它的左側磁力線是離開紙面出來，右側是進入紙面。於是動觸頭電流線I1s整個處於進入紙面的磁力線範圍之內。

圖3的右圖是動觸頭電流線I1s的電動力分析圖。我們由左手定則判斷出它受到的電動力是F，並且F的方向與電流線I1s垂直指向左上角。我們把F分解為水平分力Fx和向上的分力Fy。由於水平分力受到觸頭左側的對稱分布電流線產生的右向水平分力抵消，所以觸頭不存在誰方向的作用力。然而，向上的諸電動力卻被疊加，對動觸頭形成向上的斥力Fh。Fh斥力又叫做霍姆斥力。同理，靜觸頭受到向下的霍姆斥力。

於是，當電流流過觸頭時，霍姆力試圖把動靜觸頭組合給斥開。

注意到觸頭的接觸電阻與觸頭壓力有關：觸頭壓力越大，其接觸電阻就越小。

由此可知，斷路器必須對動靜觸頭施加足夠的觸頭壓力，以實現穩定可靠的電接觸。

我們再看圖3：圖3通過操作手柄，或者電動合閘機構與合閘電磁鐵，使得原先處於打開狀態的動靜觸頭組合閉合，閉合後用一組彈簧施加壓力在觸頭上，確保觸頭有足夠的接觸壓力。

第三個概念：脫扣器的用途及其類型

我們看圖4：

圖4中，我們看到連桿機構向左運動並驅使觸頭閉合。讓觸頭保持閉合狀態的是一個叫做「扣」的機構，見右上方的連桿機構。連桿機構迫使觸頭保持接觸狀態，並對觸頭施加觸頭壓力。

要解開這個「扣」，就要讓下方的脫扣桿向上方作右旋運動，然後解開連桿機構的「鎖扣」，使得觸頭打開並解鎖。

能讓脫扣桿向上方運動的有四個脫扣器，分別是熱脫扣器、磁脫扣器、欠壓脫扣器和分勵脫扣器。

這四大基本脫扣器在不同的斷路器中有不同的配置，有的斷路器可能取消欠壓脫扣器或者分勵脫扣器，但一般都具有熱脫扣器和磁脫扣器，這也是上述斷路器被稱為熱磁式斷路器的原因。

（1）熱脫扣器

熱脫扣器其實是利用雙金屬片的原理。

所謂雙金屬片，它的一面是一種金屬例如銅，另一面是另外一種金屬例如鐵。金屬有一個特點，就是哪種金屬導電性能好，哪種金屬的熱膨脹係數就高。於是，對於一面是銅而另一面是鐵的雙金屬片，它就會向鐵的一面彎曲，並推動脫扣桿向上運動，執行脫扣跳閘操作。

雙金屬片上纏繞著電熱絲，電熱絲的電流是從主迴路分流過來的，主迴路電流越大，電熱絲的發熱量也就越大，雙金屬片的變形度也越大越快。

調節雙金屬片推塊與脫扣桿之間的距離，可以調整熱脫扣器的動作值。

熱脫扣器一般用於斷路器的過載保護。

（2）磁脫扣器

磁脫扣器是利用電磁作用推動脫扣桿運動。

圖6是某型號的塑殼斷路器的熱脫扣器和磁脫扣器聯合體：

由於改型斷路器的電流不大（額定電流為250A），因此它採用了將工作電流直接流過雙金屬片的辦法來執行過載電流的測量，而且磁脫扣器的彈片也與熱脫扣器電流線裝在一起，利用電磁力使得彈簧片動作，繼而通過脫扣器動作頂桿調節螺絲使得操作機構執行脫扣操作。

磁脫扣器用於斷路器的短路保護。

（3）欠壓脫扣

我們看下圖：

圖7中，左下角就是欠壓脫扣器。注意看欠壓脫扣器的線圈電壓：我們看到從B相引一條線，經過常閉的欠壓脫扣按鈕和斷路器常閉輔助觸頭，接到欠壓脫扣器線圈。而線圈的另外一側則接到A相。所以欠壓脫扣器線圈電壓是380V的。

欠壓脫扣器線圈平時必須帶電。當系統失壓或者按下欠壓脫扣按鈕後，線圈失壓，撞針在彈簧的拉力作用下彈出，使得脫扣桿向上運動，從而引起脫扣，斷路器跳閘保護。

（4）分勵脫扣

我們看下圖：

當分勵脫扣按鈕按下後，分勵脫扣器線圈得電，脫扣撞針彈出，使得脫扣桿向上運動，從容讓斷路器跳閘。

分勵脫扣器專門用於外部控制斷路器開斷跳閘。

（5）其它脫扣器

斷路器還有其它一些脫扣器，下圖是塑殼斷路器的其它脫扣器：

這裡有單相接地故障保護脫扣，有超溫保護和相不平衡保護脫扣。

框架斷路器的脫扣器還有過壓保護、逆功率保護、低頻和超頻保護等等。

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本章要點：

1. 主觸頭通過電流後會有霍姆斥力，因此主觸頭需要配套觸頭壓力；
2. 斷路器有四個基本脫扣器：熱脫扣器、磁脫扣器、欠壓脫扣器和分勵脫扣器。熱脫扣器用於過載保護，磁脫扣器用於短路保護，欠壓脫扣器用於失壓保護，分勵脫扣器則用於遠方操作斷路器跳閘。

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