断路器的结构原理

　　断路器用作合、分电路时，依靠扳动手动操作机构的手柄（简称为手操）或者利用电动操作机构（简称为电操）使得断路器的动、静触头闭合或者断开。

　　当断路器所在线路出现过载（过负荷）时，断路器热脱扣器中的双金属元件受热（或者通过它近旁的发热元件使得双金属元件受热）产生变形、弯曲，并打开锁扣使得断路器跳闸。热脱扣器一般用于过载保护。

　　当断路器所在线路中出现短路时，短路电流使得磁脱扣器的动衔铁被吸合，从而带动牵引装置使得断路器跳闸。磁脱扣器一般用于短路保护。

　　当断路器所在线路出现电压低于70%Un（额定电压）时，欠电压脱扣器将触发断路器执行跳闸操作。这种脱扣被称为欠电压脱扣；当操作者需要从远方来操作断路器跳闸时，可以利用分励脱扣器。分励脱扣器可实现断路器的远距离操作。

　　断路器的脱扣器包括温度、电流、电压的传感元件、传递元件、测控元件和执行元件。

　　断路器的脱扣器按测量和控制方式可分为热磁式脱扣器和电子式脱扣器两种，如图1和图2所示。

　　图1带热磁式脱扣器的断路器结构原理图

　　图2带电子式脱扣器的断路器结构原理图

　　从图1和图2中，我们看到主触头、辅助触头被传动杆连动，当反时针方向推动操作手柄时，闭合力经自由脱扣机构传递给传动杆使触头闭合。最后锁扣将自由脱扣机构锁住，被保护电路接通。

　　我们先看图1的热脱扣器：为了实现过载保护，热脱扣器配套了测量过载电流的双金属片。过电流不大时，热双金属片慢慢弯曲（与电流大小成反比），经过一定延时后推动脱扣轴，使机构执行脱扣（热磁式）。

　　我们再看图2的磁脱扣器：当出现短路电流时，电流大到磁脱扣器铁心气隙中产生电动力足以克服反力弹簧的反力时，铁心迅速向上运动，推动脱扣轴，使机构瞬时脱扣。

　　再看图2的测量系统，当出现过电流后，过电流脱扣器中的罗氏线圈将过电流信号经运算处理后使机构脱扣。可实现过载长延时、短路短延时、大短路电流瞬时动作的保护特性。

　　传动机构既有手动操作的，也有电动操作的。电动操作又分为电磁铁操作和电动机操作两种。

　　采用电动机操作机构的原理是：电动机经过齿轮系统减速后将储能弹簧压缩，直到能量储足，然后将此能量释放，推动机构快速闭合。

　　图1和图2中的欠电压脱扣器让断路器实现欠电压保护，而分励脱扣器则让断路器可实现遥控。

　　将以上各部件装入一个塑料外壳中就成为塑料外壳式断路器MCCB，将所有零部件装入金属材料的框架中就成为框架式断路器ACB。框架式断路器的额定电流比塑壳断路器要大很多。

　　图3电子式断路器脱扣器的原理流程图

　　电子式脱扣器中安装了微处理器，利用微处理器电子技术实现过载和短路电流的测量和保护。

　　在图2和图3中，电流采样信号通过空心电流互感器即罗氏线圈（Rogowski，罗果夫斯基）获得。之所以采用空心电流互感器是为了避免在测量过载和短路电流时铁磁电流互感器磁通饱和效应。

　　断路器的电压采集装置的作用是采集三相电流信息，用以实现欠电压和过电压保护。

　　断路器的工作电源来自速保护电流互感器获取的能量。采用速保护电流互感器的目的是避免当断路器的一次回路中流过较大的电流时对电源系统产生破坏性冲击。

　　图3中，电流，电压等模拟量通过模拟量采集电子开关输入到CPU中，CPU对模拟量采集电子开关发出选通控制实现高速循环输入各种模拟量；断路器的各种开关量则从开关量采集电子开关输入CPU。CPU的输出包括：LED显示器显示测控信息和模拟量信息，键盘操作及编码电路用于实现人机对话，驱动出口继电器则用于执行各种脱扣操作，而RS485驱动电路则用于与上位系统交换信息。