低压断路器(开关电器)

赵小雨 — Tue, 22 Nov 2022 21:04:38 +0000

低压断路器(曾称自动开关)是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以接通和分断短路电流的开关电器。低压断路器在电路中除起控制作用外，还具有一定的保护功能，如过负荷、短路、欠压和漏电保护等。低压断路器的分类方式很多，按使用类别分，有选择型（保护装置参数可调）和非选择型（保护装置参数不可调）,按灭弧介质分，有空气式和真空式（目前国产多为空气式）。低压断路器容量范围很大，最小为4A，而最大可达5000A。低压断路器广泛应用于低压配电系统各级馈出线，各种机械设备的电源控制和用电终端的控制和保护。

简介

低压断路器：低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，简称断路器。它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，已获得了广泛的应用。

1)断路器附件

2)微型断路器：微型断路器，简称MCB，是建筑电气终端配电装置中使用最广泛的一种终端保护电器

3)塑壳断路器：塑壳断路器能够自动切断电流在电流超过跳脱设定后。塑壳指的是用塑料绝缘体来作为装置的外壳，用来隔离导体之间以及接地金属部分。塑壳断路器通常含有热磁跳脱单元，而大型号的塑壳断路器会配备固态跳脱传感器。

4)框架断路器

5)智能型万能断路器

组成结构

触头

与断路器主电路分、合机构机械上连动的触头，主要用于断路器分、合状态的显示，接在断路器的控制电路中通过断路器的分合，对其相关电器实施控制或联锁。例如向信号灯、继电器等输出信号。万能式断路器有六对触头(三常开、三常闭)，DW45有八对触头(四常开、四常闭)。塑壳断路器壳架等级额定电流100A为单断点转换触头，225A及以上为桥式触头结构，约定发热电流为3A；壳架等级额定电流400A及以上可装两常开、两常闭，约定发热电流为6A。操作性能次数与断路器的操作性能总次数相同。

用于断路器事故的报警触头，且此触头只有当断路器脱扣分断后才动作，主要用于断路器的负载出现过载短路或欠电压等故障时而自由脱扣，报警触头从原来的常开位置转换成闭合位置，接通辅助线路中的指示灯或电铃、蜂鸣器等，显示或提醒断路器的故障脱扣状态。由于断路器发生因负载故障而自由脱扣的机率不太多，因而报警触头的寿命是断路器寿命的1/10。报警触头的工作电流一般不会超过1A。

脱扣器

是一种用电压源激励的脱扣器，它的电压可与主电路电压无关。分励脱扣器是一种远距离操纵分闸的附件。当电源电压等于额定控制电源电压的70%-110%之间的任一电压时，就能可靠分断断路器。分励脱扣器是短时工作制，线圈通电时间一般不能超过1S，否则线会被烧毁。塑壳断路器为防止线圈烧毁，在分励脱扣线圈串联一个微动开关，当分励脱扣器通过衔铁吸合，微动开关从常闭状态转换成常开，由于分励脱扣器电源的控制线路被切断，即使人为地按住按钮，分励线圈始终不再通电就避免了线圈烧损情况的产生。当断路器再扣合闸后，微动开关重新处于常闭位置。但万能式DW45产品在出厂时要由用户在使用时在分励脱扣器线圈之前串联一组常开触头。

欠电压脱扣器是在它的端电压降至某一规定范围时，使断路器有延时或无延时断开的一种脱扣器，当电源电压下降(甚至缓慢下降)到额定工作电压的70%至35%范围内，欠电压脱扣器应运作，欠电压脱扣器在电源电压等于脱扣器额定工作电压的35%时，欠电压脱扣器应能防止断路器闭全；电源电压等于或大于85%欠电压脱扣器的额定工作电压时，在热态条件下，应能保证断路器可靠闭合。因此，当受保护电路中电源电压发生一定的电压降时，能自动断开断路器切断电源，使该断路器以下的负载电器或电气设备免受欠电压的损坏。使用时，欠电压脱扣器线圈接在断路器电源侧，欠电压脱扣器通电后，断路器才能合闸，否则断路器合不上闸。

电动操作机构

是用于远距离自动分闸和合闸断路器的一种附件，电动操作机构有电动机操作机构和电磁铁操作机构两种，电动机操作机构为塑壳式断路器壳架等级额定电流400A及以上断路器和万能式断路器，电磁铁操作机构适用于塑壳断路器壳架等级额定电流225A及以下断路器，无论是电磁铁或电动机，它们的吸合和转动方向都是相同，仅由电动操作机构内部的凸轮的位置来达到合、分，断路器在用电动机构操作时，在额定控制电压的85%-110%之间的任一电压下，应能保证断路器可靠闭合。

释能电磁铁

这种释能电磁铁适用于万能式断路器有电动机预储能机构(由电动储能机构使它的操作弹簧机构储能)。当用户按下按钮，电磁铁线圈激励后，电磁铁闭合使储能弹簧释放，断路器合闸。

转动操作手柄

适用于塑壳断路器，在断路器的盖上装转动操作手柄的机构，手柄的转轴装在它的机构配合孔内，转轴的另一头穿过抽屉柜的门孔，旋转手柄的把手装在成套装置的门上面所露出的转轴头，把手的圆形或方形座用螺钉固定的门上，这样的安装能使操作者在门外通过手柄的把手顺时针或逆时针转动，来确保断路器的合闸或分闸。同时转动手柄能保证断路器处于合闸时，柜门不能开启；只有转动手柄处于分闸或再扣，开关板的门才能打开。在紧急情况下，断路器处于"合闸"而需要打开门板时，可按动转动手柄座边上的红色释放按钮。

加长手柄

是一种外部加长手柄，直接装于断路器的手柄上，一般用于600A及以上的大容量断路器上，进行手动分合闸操作。

手柄闭锁装置

是在手柄框上装设卡件，手柄上打孔然后用挂锁锁起来。主要用于断路器处于合闸工作状态时，不容许其他人分闸而引起停电事故，或断路器负载侧电路需要维修或不允许通电时，以防被人误将断路器合闸，从而保护维修人员的安全或用电设备的可靠使用。

接线方式

断路器的接线方式有板前、板后、插入式、抽屉式，用户如无特殊要求，均按板前供货，板前接线是常见的接线方式。

(1)板后接线方式：板后接线最大特点是可以在更换或维修断路器，不必重新接线，只须将前级电源断开。由于该结构特殊，产品出厂时已按设计要求配置了专用安装板和安装螺钉及接线螺钉，需要特别注意的是由于大容量断路器接触的可靠性将直接影响断路器的正常使用，因此安装时必须引起重视，严格按制造厂要求进行安装。

(2)插入式接线：在成套装置的安装板上，先安装一个断路器的安装座，安装座上6个插头，断路器的连接板上有6个插座。安装座的面上有连接板或安装座后有螺栓，安装座预先接上电源线和负载线。使用时，将断路器直接插进安装座。如果断路器坏了，只要拔出坏的，换上一只好的即可。它的更换时间比板前，板后接线要短，且方便。由于插、拔需要一定的人力。因此目前我国的插入式产品，其壳架电流限制在最大为400A。从而节省了维修和更换时间。插入式断路器在安装时应检查断路器的插头是否压紧，并应将断路器安全紧固，以减少接触电阻，提高可靠性。

(3)抽屉式接线：断路器的进出抽屉是由摇杆顺时针或逆时针转动的，在主回路和二次回路中均采用了插入式结构，省略了固定式所必须的隔离器，做到一机二用，提高了使用的经济性，同时给操作与维护带来了很大的方便，增加了安全性、可靠性。特别是抽屉座的主回路触刀座，可与NT型熔断路器触刀座通用，这样在应急状态下可直接插入熔断器供电。

结束语

由于分励脱扣器、欠电压脱扣器，电动操作机构和闭锁电磁铁具有不同的电压等级和交流、直流不同的电源，用户在订货时加以说明，同时用户在选用时不可能用单一的附件，如需两台断路器电气联锁(当一台合闸时，另一台必须分闸)则可选用辅助触头和分励脱扣器或电动操作机构，在进行板前和板后接线时一定要把螺钉紧固，以免烧坏断路器。

其他事项

交流断路器可以派生为直流电路的保护，但必须注意三点改变：

过载和短路保护

①过载长延时保护。采用热动式(双金属元件)作过载长延时保护时，其动作源为I2R，交流的电流有效值与直流的平均值相等，因此不需要任何改制即可使用。但对大电流规格，采取电流互感器的二次侧电流加热者，则因互感器无法使用于直流电路而不能使用。

如果过载长延时脱扣器是采用全电磁式(液压式，即油杯式)，则延时脱扣特性要变化，最小动作电流要变大110%—140%，因此，交流全电磁式脱扣器不能用于直流电路(如要用则要重新设计)。

②短路保护。热动—电磁型交流断路器的短路保护是采用磁铁系统的，它用于经滤波后的整流电路（直流)，需将原交流的整定电流值乘上一个1．3的系数。全电磁型的短路保护与热动电磁型相同。

断路器的附件

如分励脱扣器、欠电压脱扣器、电动操作机构等；分励、欠电压均为电压线圈，只要电压值一致，则用于交流系统的，不需作任何改变，就可用于直流系统。辅助、报警触头，交直流通用。电动操作机构，用于直流时要重新设计。

其他注意事项

由于直流电流不像交流有过零点的特性，直流的短路电流(甚至倍数不大的故障电流)的开断；电弧的熄灭都有困难，因此接线应采用二极或三极串联的办法，增加断口，使各断口承担一部分电弧能量。

除传统的热磁脱扣器外，电子脱扣器也得到了广泛应用。电子脱扣器的一个重要优点在于在环境温度变化的情况下，仍能稳定地工作。

注意：漏电保护器必须要求有极高的灵敏性，所以一定要选用大牌子的才安全，比如西门子的就不错，因为它们对线路的检测非常精密、灵敏，在0.1秒甚至更短的时间内就可以检测到异常，并在电流强度和时间尚未达到伤害程度前，就立即跳闸，切断电源主回路，充分保证了人身安全。而如果使用质量不过关的杂牌子，或老旧不堪的，哪怕只晚了1秒甚至0.5秒，但是对人体的伤害也是致命的。生命安全，必须警惕！

事故原因分析

技术原因分析

（一）操动失灵

操动失灵表现为断路器拖动或误动。由于高压断路器最基本、最重要的功能是正确动作并迅速切除电网故障。若断路器发生拖动或误动，将对电网构成严重威胁，主要是：①扩大事故影响范围，可能使本来只有一个回路故障扩大为整个母线，甚至全所、全厂停电；②如果延长了故障切除时间，将要影响系统的运行稳定和加重被控制设备的损坏程度；③造成非全相运行。其结果往往导致电网保护不正常动作和产生振荡现象，容易扩大为系统事故或大面积停电事故。导致操动失灵的主要原因有：

（1）操动机构缺陷；

（2）断路器本体机械缺陷；

（3）操作（控制）电源缺陷。

（二）绝缘事故

断路器绝缘事故，可分为内绝缘事故与外绝缘事故。内绝缘事故造成的危害，通常比外绝缘更大。

1、内绝缘事故

内绝缘事故主要有套管和电流互感器事故，其原因主要是进水受潮；其次是油质劣化和油量不足。

2、外绝缘事故

外绝缘事故主要是由于污闪和雷击引起断路器闪络、爆炸事故。污闪的原因主要是瓷瓶泄漏距离校小，不适于污秽地区使用；其次是断路器渗油、漏油，使其瓷裙上容易积聚污秽而引起闪络。

（三）开断、关合性能事故

开断、关合任务是对断路器最严酷的考验。绝大多数开断、关合事故的主要原因是由于断路器有明显的机械缺陷，其次是缺油或油质不符要求。也有是由于断路器断流能力不足。但前者较多，因为有相当数量的事故发生于分、合小容量，甚至是分、合负荷电流。

（四）导电性能不良事故

现场事故统计资料分析表明，导电性能不良故障主要是由机械缺陷引起的。其中有：①接触不良。包括接触面不清洁，接触大小及接触压力不足；②脱落、卡阻。如铜钨触头脱落等；③接触处螺钉松动；④软连接折断等。

工作原因分析

（一）制造质量不良

制造质量不良主要包括设计性能、零件加工和装配不良三个方面。

1、设计性能不良

断路器在运行中发生的事故，有相当部分是产品原设计性能不良。国产液压机构与弹簧机构在运行中暴露的操动失灵问题较多就是一个最好的例子。据了解，这些液压机构和弹簧机构，多数问题是在大量投入运行后才逐步暴露的。如一些户外产品进水的问题，就是说明设计缺陷的最好例子。因为有些户外产品在研制时并未进行过防雨性试验，因而在恶劣的气候条件下暴露了进水的问题。

2、零件质量不良

零件质量不良，是造成断路器运行事故的一个重要原因。据现场统计，造成出厂产品不合格的因素、零件质量不良占较大比例。在运行中，因绝缘筒螺丝脱落、灭弧片击穿、弹簧失效、密封圈缺陷等原因引起的事故虽皆有发生，但比较集中的几个方面：（1）瓷瓶强度不够。（2）铸件不合格。（3）套管绝缘劣化快。（4）密封圈质量差。（5）二次元件性能差。

3、装配质量差

装配质量差，是导致制造质量差的原因之一。主要有：（1）错装、漏装。（2）螺纹未拧紧、开口销未打开。（3）内部严重不清洁。

（二）使用不当

产品能否正常运行，除了产品本身性能外，还取决于用户的使用水平。运行中使用不当的主要表现有如下两个方面：

1、安装、调整不当

安装、调整是否正确，是影响产品能否正常运行的基本因素之一。有不少运行事故，是由于产品未严格按制造厂规定装配、调整，就投入运行。一般有三种情况：（1）辅助开关调整不当。（2）螺丝未拧紧，开口销未打开。（3）密封圈放置不当。

2．运行维护不当及误操作

运行维护不当，是造成运行事故的又一个重要原因。常见的有三方面：（1）油断路器缺油。（2）绝缘不良。（3）机械维护不良。

发展趋势

2011年我国行业市场规模达到360亿元，低压断路器的市场容量与电力事业的发展紧密相连。

2011年，全国新增发电装机容量9041万千瓦，连续6年超过9000万千瓦。其中，新增水电1225万千瓦、火电5886万千瓦（其中，单机容量30万千瓦及以上燃煤机组5202万千瓦，分别占新投产燃煤机组和火电机组容量的95.3%和88.4%）、核电175万千瓦、并网风电1585万千瓦、并网太阳能发电169万千瓦，并网太阳能发电进入大规模投产阶段。年底全国发电装机容量达到10.56亿千瓦，其中水电2.31亿千瓦（包括抽水蓄能1836万千瓦），火电7.65亿千瓦，核电1257万千瓦，并网风电4505万千瓦，太阳能发电214万千瓦，全国电力供应能力进一步增强。

2011年底，全国水电、核电、并网风电、并网太阳能发电等非化石能源发电装机容量达到2.9亿千瓦，占全部发电装机的比重达到27.5%，比上年提高0.9个百分点。全国发电装机容量增速比发电量增速低2.5个百分点，而火电设备容量增速比火电发电量增速低6.2个百分点，说明火电装机增长相对缓慢，火电等常规能源机组保障电力平衡的压力加大。发电装机向西部转移的趋势较为明显，年底西部、东北、中部、东部地区装机容量分别增长14.5%、7.8%、7.3%和6.4%，东部和中部装机增速分别低于相应用电量增速3.2和4.8个百分点，在电网跨区资源配置能力不强的情况下，东部电力供需更加紧张。

2012-2016年，国家十二五期间新增装机将超过5亿千瓦，“‘十二五’末，我国水电年发电量将达到9000亿千瓦时，折合标准煤3亿吨，风电年发电量将达到1900亿千瓦时，折标准煤6000万吨。此外，太阳能(包括发电和热水器等)总利用量也将折合5000万吨标准煤。我国每年将新增发电量660亿~770亿千瓦时。

统计资料显示，2011年我国低压断路器行业市场规模为400亿元。未来几年随着我国新增发电量的不断增长以及下游其他行业的快速发展，国内市场对低压断路器产品的需求仍将保持增长态势，因此我国低压断路器行业市场规模也将快速增长，预计到2016年我国低压断路器行业市场规模将接近800亿元。

国外各大知名公司从二十世纪末到二十一世纪初，陆续推出新型ACB和MCCB，并不断完善和扩展，无论在主要技术性能、产品结构、新技术应用等方面都有重大突破和创新。其中以德国西门子最为突出，其可通信的低压电器，已可组成十分庞大的工业制系统，电力配电监控系统和楼宇自动化系统；三菱公司开发的MDU系列断路器，可直接实现电力能源监控网络系统、设备监控网络系统等。

低压电器广泛使用于国民经济的各个行业，与全社会固定投资情况联系密切。21实际初是我国低压电器行业的快速发展期，我国低压电器行业增长率保持在10%-15%。低压电器行业的市场容量与电力、工业、房地产、电信行业的发展紧密相连，加上低压电器的需求结构调整和国际市场的潜在需求，为低压电器行业的未来发展提供了广阔空间。

“十二五”期间，随着智能电网建设的推进以及低压电器生产技术的不断发展，以智能化、模块化、可通信为主要特征的新一代低压电器将成为市场主流产品。第一代产品将于2010年退出市场，第二代产品将成为低端产品，第三代产品和部分第二代产品将成为中端产品。2011年至2015年，智能电网将在输电、变电、配电、通信等七大方面进入全面建设阶段，在智能电网建设方面的投资总额将接近2万亿元。2011年初，国务院决定实施新一轮农村电网改造升级工程。新一轮的农村电网改造工程将给低压电器行业带来重要的发展机遇期。从各项经济政策和机构分析预测来看，未来几年内电力系统基础建设将继续保持较大投资规模，因此低压电器行业也将处于平稳发展阶段，但国内、国际市场竞争趋于激烈。

随着智能电网在国内外引起的研究热点，低压电器的“智能化”和“可通信”最终将向智能电网方向发展，形成智能电网的低压用户端产业。智能电网的目标是实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全，智能电网的低压用户端同样具有可靠、安全、经济、高效等特点，要打造智能电网离不开作为电网基础的低压配电系统与低压电器元件的智能化和可通信，其起到控制与保护作用的核心器件包括万能式断路器、塑壳断路器等，这些器件的智能化和可通信自然成了低压电器产业发展的趋势。

鉴于国际知名公司在我国扩张速度的加快，及对华策略的调整、新一轮资产重组和资源整合等，将对我国低压电器行业的产业结构调整和未来发展产生不容低估的影响。随着智能电网的兴起，我国低压断路器公司生产的高档、中高档低压电器将朝智能电网的方向靠拢，将逐步形成智能电网的低压端产业，成为低压电器产业新的增长点。

低压断路器