斷路器又叫空氣開關，是一種很基本的低壓電器，斷路器具有過載、短路和欠電壓保護功能，能保護線路和電源的能力。它可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電動機等實行保護，當它們發生嚴重的過載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當于熔斷器式開關與過欠熱繼電器等的組合。而且在分斷故障電流后一般不需要變更零部件，一獲得了廣泛的應用。

詳細介紹

斷路器又叫空氣開關，是一種很基本的低壓電器，斷路器具有過載、短路和欠電壓保護功能，能保護線路和電源的能力。它可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電動機等實行保護，當它們發生嚴重的過載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當于熔斷器式開關與過欠熱繼電器等的組合。而且在分斷故障電流后一般不需要變更零部件，一獲得了廣泛的應用。

目錄

• 斷路器基本參數特性
• 斷路器的常用基本相關符號其合義
• 斷路器工作原理
• 如何選用斷路器

• 斷路器基本參數特性

  • Ue：額定電壓          （690V）

    Ui：額定絕緣電壓     （1000V）

    Uimp：額定沖擊耐受電壓（8KV）

    斷路器是配電系統中主要的保護電器之一，也是功能zui完善的保護電器，其主要作用是作為短路、過載、接地故障、失壓以及欠電壓保護。根據不同需要，斷路器可配備不同的繼電器或脫扣器。脫扣器是斷路器總體的一個組成部分，而繼電器，則通過與斷路器操作機構相連的欠電壓脫扣器、分勵脫器來控制斷路器。低壓斷路器一般由脫扣器來完成其保護功能。

    標明低壓斷路器電流特性的參數很多，容易混淆不清。在設計文件中，常常在標明斷路器的電流值時，不說明電流值的意義，給定貨造成混亂。要完整準確的選擇斷路器，清楚地標定斷路器的各個電流參數是必要的。

    1 斷路器的額定電流參數

    國標《低壓開關設備和控制設備 低壓斷路器》gbl4048.2-94（等效采用iec947-2）對斷路器的額定電流使用兩個概念，斷路器的額定電流1n和斷路器殼架等級額定電流1nm，并給出如下定義：

    --斷路器的額定電流1n，是指脫扣器能*通過的電流，也就是脫扣器額定電流。對帶可調式脫扣器的斷路器則為脫扣器可*通過的zui大電流。

    --斷路器殼架等級額定電流lnm，用基本幾何尺寸相同和結構相似的框架或塑料外殼中所裝的zui大脫扣器額定電流表示。

    國標gbl4048.2-94中對斷路器額定電流的定義與我們通常所說的概念有些不同。當我們提及“斷路器額定電流”這一概念時，通常是指“斷路器殼架等級額定電流”而不是“脫扣器額定電流”。例如當我們選擇一只dz20y-100／3300-80a型斷路器時，通常我們簡單地說其額定電流為 100a，脫扣器的額定電流為80a。多數低壓斷路器供應商所提供的產品資料中，也一般不提“斷路器殼架等級額定電流”這一復雜的說法，而只給出“斷路器額定電流”這一參數，其實就是“斷路器額定電流”作為“斷路器殼架等級額定電流”的一種簡稱，似乎較為合適。也許標準中對額定電流的定義與平時使用的不*是導致混亂的原因之一。

    “斷路器殼架等級額定電流”是標明斷路器的框架通流能力的參數，主要由主觸頭的通流能力決定，它也決定了所能安裝的脫扣器的zui大額定電流值。在選擇斷路器時，此參數是*的。

    2 過電流脫扣器的電流參數

    斷路器的脫扣器型式有過電流脫扣器、欠電壓脫扣器、分勵脫扣器等。過電流脫扣器還可分為過載脫扣器和短路（電磁）脫扣器，并有長延時、短延時、瞬時之分。過電流脫扣器zui為常用。

    過電流脫扣器其動作電流整定值可以是固定的或是可調的，調節時通常利用旋鈕或是調節杠桿。電磁式過流脫扣器既可以是固定的，也可以是可調的，而電子式過流脫扣器通常總是可調的。

    過電流脫扣器按安裝方式又可分為固定安裝式或模塊化安裝式。固定安裝式脫扣器和斷路器殼體加工為一體，一旦出廠，其脫扣器額定電流不可調節，如dz20型；而模塊化安裝式脫扣作為斷路器的一個安裝模塊，可隨時調換，靈活性很強，如merlingerin公司的ns型。

    標明過電流脫扣器的電流有以下幾個參數：

    --脫扣器額定電流1n，指脫扣器能*通過的zui大電流。

    --長延時過載脫扣器動作電流整定值ir，固定式脫扣器其1r=in，可調式脫扣器其ir為脫扣器額定電流1n的倍數，如1r=0.4～1×1n。

    --短延時電磁脫扣器動作電流整定值im，為過載脫扣器動作電流整定值ir的倍數，倍數固定或可調，如im=2～10×ir。對不可調式可在其中選擇一適當的整定值。

    --瞬時電磁脫扣器動作電流額定值im′，為脫扣器額定電流in的倍數，倍數固定或可調，如im′=1.5～11×in。對不可調式可在其中選擇一適當的整定值。

    3 斷路器的短路特性電流參數

    3.1 額定短路分斷能力icn

    斷路器的額定短路分斷能力icn應采用icu、ics表示，在具體產品標準中確定。

    3.2 額定極限短路分斷能力icu

    額定極限短路分斷能力icu是斷路器規定的試驗電壓及其它規定條件下的極限短路分斷電流之值，它可以用預期短路電流表示。要按規定的試驗程序o-t-co動作之后，不考慮斷路器繼續承載它的額定電流。

    o-表示分斷操作；

    co-表示接通操作后緊接著分斷操作；

    t-表示兩個相繼操作之間的時間間隔，一般不小于3min。

    3.3 額定運行短路分斷能力ics

    額定運行短路分斷能力ics是指斷路器在規定的試驗電壓及其它規定條件下的一種比額定極限短路分斷電流小的分斷電流值，ics是icu的一個百分數。在按規定的試驗程序o-t-co-t-co動作之后，斷路器應有繼續承載它的額定電流的能力。

    對于額定短路分斷能力大于1500a的小型斷路器，國標《家用及類似場所用斷路器》gbl0963（等效采用iecb98）規定應進行額定極限短路分斷能力icu和額定運行短路分斷能力ics試驗。當icu≤6000a時，icu=ics，故只需作ics試驗。所以標明短路分斷能力為4500a、 6000a的小型斷路器，其icu=ics=icn，故一般只提及其額定短路分斷能力icn值。

    3.4 額定短時耐受電流icw

    額定短時耐受電流icw是指斷路器在規定的試驗條件下短時間承受的電流值。對于交流，此電流值是預期短路電流的周期分量有效值，與額定短時耐受電流有關的時間至少為0.05s。

    4 標定斷路器的電流參數

    斷路器的短路電流參數icu、ics、icw在選定斷路器時需考慮，斷路器型號和殼架等級額定電流inm選定后就已確定，故不需另外標明；而斷路器的額定電流參數和所選脫扣器的電流參數需根據實際情況標明清楚。

    4.1 小型斷路器mcb（miniature circuitbreaker）

    對于將塑殼和過電流脫扣器加工為一體的小型斷路器mcb而言，如merlingerin公司的c45n系列、abb公司的s230系列、奇勝公司的e4cb系列、國產dzxl9系列等，一般產品資料中只提供“斷路器額定電流”一個值，此參數具有斷路器殼架等級額定電流inm、脫扣器額定電流in、長延時過載脫器動作電流整定值ir三重含義，也即inm=in=ir，而瞬時電磁脫扣器動作電流額定值im′一般為固定值。因此在選擇小型斷路器時，只需給出一個電流值即可，不會產生歧義。

    4.2mccb（mouldedcasecircult-breaker）

    塑殼式斷路器產品種類繁多，標定其電流比較復雜。如國產dz20系列、abb公司的sacemodul系列、merlingerin公司的compactns系列均為常用的塑殼式斷路器。

    當斷路器配裝固定式的過流脫扣器時，脫扣器額定電流in和長延時過載脫扣器動作電流整定值ir相同，即in=ir，如dz20系列、tc系列、h 系列斷路器屬此種情況。此時需要標定兩個電流值，斷路器殼架等級額定電流inm、脫扣器額定電流in（或長延時過載脫扣器動作電流整定值ir）。瞬時脫扣器動作電流整定值im′為固定值，一般不需標明。

    當斷路器配裝可調模塊式的過流脫扣器時，脫扣器的各個電流均需明確標定，首先標明斷路器殼架等級額定電流inm，然后標明所選擇的脫扣器型號和脫扣器的各個電流整定值。如當選擇merlingerin公司的compactns系列斷路器時，需給出如下完整參數。

    nsl00h型，imm=100a，配str22se-40a型電子脫扣器，in=40a，ir=0.8in（32a），im=5ir

    （160a），im′≤11in（固定值）。

    4.3 框架式斷路器acb（aircircuitbreaker）

    框架式斷路器功能完善，多配裝可調模塊式過流脫扣器，如較me、dwl5、dl5型、merlingerin公司的masterpact系列、abb公司的asce－megamax－f系列等。標注電流參數時，首先標明斷路器殼架等級額定電流inm，然后標明選擇脫扣器和脫扣器的各個電流整定值。

• 斷路器的常用基本相關符號其合義

  • 斷路器的常用基本相關符號其合義及相互之間的關系

    Inm——斷路器殼架等級電流 A ，它所指的含義是本斷路器內所能安裝的zui大開關及脫扣器電流值。

    In——斷路器的額定電流 A ，它所指的含義是該斷路器內選用的額定熱動型脫扣器電流值，在不可調固定式熱脫扣器中In=Ir1。

    Ir1——斷路器的長延時整定電流 A ，它所指的含義是該斷路器的過載保護脫扣器所整定的電流值。

    Ir2——斷路器的短延時整定電流 A ，它所指的含義是該斷路器的短延時脫扣器整定的電流，它的數值在電子可調式脫扣器中為 2～12Irl 左右可調。

    Ir3——斷路器的瞬時整定電流 A ，它所指的含義是該斷路器瞬時脫扣器整定的電流，它的數值在不可調固定式脫扣器中，配電型為5Irl、10Irl兩種，電動機保護型為12Ir1，在電子可調式中，為 4～16Irl 左右可調。

    Ir4——斷路器的單相接地整定電流 A ，它所指的含義是該斷路器保護的線路或設備發生單相接地故障時，接地保護脫扣器整定的電流值，它的數值為0.2～0.6Irl 左右可調。

    Ire——斷路器的漏電動作電流 A ，它所指的含義是該斷路器保護的線路或設備發生不正常泄漏電流時，漏電保護脫扣器整定的電流值。它的數值為0.03/0.1/0.3/0.5A幾種。

    Ir0——斷路器預報警動作電流 A ，它所指的含義是該斷路器負載電流超出預先設定的電流時，預報警裝置發出報警指示信號，它的數值為 0.5～lIr1 左右可調。

    Ir2——短延時脫扣器的脫扣時間整定值 s ，可調時間為0.05～0.45s。

• 斷路器工作原理

  • 在現代人的生活中，斷路器是一種舉足輕重的電路裝置，而且是家用電路中zui重要的安全機制之一。一旦房屋配線中的電流流量過大，這種簡單的電路裝置就會切斷電源，直至故障被排除。如果沒有斷路器（或其替代品——保險絲），家庭用電就會非常不方便，原因在于，僅僅是線路問題和設備故障就可能會造成火災和其他事故。

    在本文中，我們會介紹斷路器和保險絲如何監控電流，以及它們在電流水平過高時如何切斷電源。我們不難發現，對于可能造成人員傷亡的事故來說，使用斷路器不失為一種zui簡單的解決方案。

    電學基礎知識

    欲了解斷路器，不妨先了解一下家用電路的工作原理。

    電氣屬性主要由三個參量來界定：電壓 電流 電阻

    電壓是推動電荷移動的“壓力”。電流是電荷之“流”——即電荷流過導體的速率，可在任一定點測量。導體對電流具有一定程度的阻礙作用，稱為電阻，阻值的大小由導體的材料和尺寸所決定。

    電壓、電流和電阻這三者是相互關聯的——改變其中一個另兩個也會發生改變。電流等于電壓除以電阻（一般記作I=v/r）。我們可以直觀地想到：如果增大驅動電荷的電壓或是降低電阻，電流就會增大。如果降低電壓或增大電阻，電流就會減小。

    所有這些又是如何來到您家中的呢？

    配電網把電流從發電廠輸送到您的家中。在家用電路內，電荷會在大電路中流動，大電路又由很多小電路組成。電路的一端是火線，與發電廠相連。另一端稱為零線，與地面相連。由于火線與高電位相連，而零線則連往零電位（地面），電路兩端就產生了電壓——只要電路閉合，電荷就會流動。這樣的電流稱為交變電流，因為它能迅速地改變方向。斷路器設計

    基本型

    zui簡單的電路保護裝置是保險絲。保險絲只是一根很細的導線，加上一個保護套之后接入電路。電路閉合后，所有電流必須流經保險絲——保險絲處的電流與同一電路上其他各點的電流相同。設計這種保險絲，是為了讓它在溫度達到某一水平時能夠熔斷。燒毀保險絲可以造成開路，從而防止過量電流破壞房屋配線。

     

    保險絲的問題是，它只能發揮一次作用。每當保險絲被燒斷后，就必須換一個新的。斷路器能起到與保險絲相同的作用，卻可以反復使用。 只要電流達到危險水平，它就能立刻造成開路 。

    電路中的火線與開關兩端相連。當開關置于接通狀態時，電流從底部終端流出，依次流經電磁體、移動接觸器、靜態接觸器，zui終從頂部終端流出。

    電流能磁化電磁體（請查閱電磁體工作原理一文，了解具體原因）。電磁體產生的磁力隨電流的增強而增強，如果電流降低，磁力也會減弱。當電流躍升到危險水平時，電磁體會產生足夠大的磁力，以拉動一根與開關聯動裝置相連的金屬桿。這會使移動接觸器傾斜并離開靜態接觸器，繼而切斷電路。電流也就中斷了。

    點擊斷路器，觀看打開開關的情形。

    雙金屬條設計依據的是相同的原理，區別在于這里無需給電磁體能量，而是讓金屬條在高電流下自行彎曲，繼而啟動聯動裝置。還有些斷路器靠填充易爆物來移置開關。當電流超過某一水平時，就會點燃易爆材料，繼而驅動活塞打開開關。

    增強型

    更*的斷路器摒棄了簡單的電氣設備，轉而使用電子器件（半導體設備）來監測電流水平。這些元件的精度要高得多，而且能更為迅速地切斷電路，但價格也要貴得多。因此，多數家庭仍使用傳統電氣斷路器。

    接地故障斷路器（GFCI）是一種新型斷路器。這種斷路器，不僅能預防房屋配線損毀，而其能保護人免遭電擊。GFCI 會不斷監測電路中零線和火線上的電流。一切正常時，兩條線上的電流應當*相同。一旦火線直接接地（例如有人不慎觸碰火線），火線上的電流會突然猛增，而零線則不會。GFCI 在檢測到這種情況后會立即切斷電路，以防止觸電傷亡事故。由于 GFCI 無需等到電流上升到危險水平就能采取行動，因而其反應速度要比傳統斷路器快得多。

    房屋內的所有線路都應匯聚到*斷路器儀表板（或保險盒儀表板），儀表板通常位于地下室，或在一個壁櫥內。典型的*儀表板大約有十二個斷路開關，它們連接著家庭電路中不同的支路。應當有一條支路能將客廳所有的電源插座匯集起來，還應有一條支路專門負責一樓的照明工作。大型的家用電器一般都使用電路，例如*空調系統或電冰箱。

    配電網以恒定的電壓輸電（在美國是120或240伏），但每個家庭的電阻卻是不同的（因而電流也不盡相同）。盡管燈泡及其他電器種類各異，但它們都帶有某個數值的電阻，也稱為負載。正因為有了電阻的存在，電器才能工作。例如，燈泡里面的燈絲對電流有很強的阻礙作用。電荷為了克服電阻，就會發熱并使燈絲的溫度升高，導致燈泡發光。

    在家用電路中，火線和零線絕不能直接相連。電路中的電荷總是要流經電器，而電器起到了電阻的作用。這樣，電器對電流的阻礙作用就限定了電路中電荷的流量（電壓和電阻恒定時，電流也是恒定的）。設計家用電器時，應考慮如何將電流維持在比較低的水平，以確保用電安全。如果某一時刻電路中的電流過大，就會導致家用電器和房屋配線的溫度升高，如達到危險水平，就有可能導致火災。

    這樣可以確保電力系在絕大多數時間里，都能平穩地運行。但有些時候，出于某種原因，火線可能會與零線（或其他接地導體）直接相連。例如，一部電風扇的電動機可能會因溫度過高而熔化，并將火線與零線熔在一起。再者，也許有人會往墻里釘釘子，不巧的是，他釘中了一根電線。當火線直接接地時，電路中形成了一個zui小阻抗，因而在電壓的推動下，會有大量的電流流過導線。如果這一過程持續下去，導線就會因溫度過高而起火。斷路器的職責是在電流高于安全水平時切斷電路。

• 如何選用斷路器

  • 1．按線路預期短路電流的計算來選擇斷路器的分斷能力精確的線路預期短路電流的計算是一項極其繁瑣的工作。因此便有一些誤差不很大而工程上可以被接受的簡捷計算方法：

    （1）對于10/0.4KV電壓等級的變壓器，可以考慮高壓側的短路容量為無窮大（10KV側的短路容量一般為200～400MVA甚至更大，因此按無窮大來考慮，其誤差不足10[%]）。

    （2）GB50054-95《低壓配電設計規范》的2.1.2條規定：“當短路點附近所接電動機的額定電流之和超過短路電流的1[%]時，應計入電動機反饋電流的影響”，若短路電流為30KA，取其1[%]，應是300A，電動機的總功率約在150KW，且是同時啟動使用時此時計入的反饋電流應是6.5∑In。

    （3）變壓器的阻抗電壓UK表示變壓器副邊短接（路），當副邊達到其額定電流時，原邊電壓為其額定電壓的百分值。因此當原邊電壓為額定電壓時，副邊電流就是它的預期短路電流。

    （4）變壓器的副邊額定電流Ite=Ste/1.732U式中Ste為變壓器的容量（KVA），Ue為副邊額定電壓（空載電壓），在10/0.4KV時Ue=0.4KV因此簡單計算變壓器的副邊額定電流應是變壓器容量x1.44～1.50。

    （5）按（3）對Uk的定義，副邊的短路電流（三相短路）為I（3）對Uk的定義，副邊的短路電流（三相短路）為I（3）=Ite/Uk，此值為交流有效值。

    （6）在相同的變壓器容量下，若是兩相之間短路，則I（2）=1.732I（3）/2=0.866I（3）

    （7）以上計算均是變壓器出線端短路時的電流值，這是zui嚴重的短路事故。如果短路點離變壓器有一定的距離，則需考慮線路阻抗，因此短路電流將減小。例如SL7系列變壓器（配導線為三芯鋁線電纜），容量為200KVA，變壓器出線端短路時，三相短路電流I（3）為7210A。短路點離變壓器的距離為100m時，短路電流I（3）降為4740A；當變壓器容量為100KVA時其出線端的短路電流為3616A。離變壓器的距離為100m處短路時，短路電流為2440A。遠離100m時短路電流分別為0m的65.74[%]和67.47[%]。所以，用戶在設計時，應計算安裝處（線路）的額定電流和該處可能出現的zui大短路電流。并按以下原則選擇斷路器：斷路器的額定電流In≥線路的額定電流IL斷路器的額定短路分斷能力≥線路的預期短路電流因此，在選擇斷路器上，不必把余量放得過大，以免造成浪費。

    斷路器的制造廠所確定的Ics值，凡符合上述標準規定的Icu百分值都是有效的、合格的產品。*式（框架式）斷路器，絕大部分（不是所有規格）都具有過載長延時、短路短延時和短路瞬動的三段保護功能，能實現選擇性保護，因此大多數主干線（包括變壓器的出線端）都采用它作主（保護）開關，而塑殼式斷路器一般不具備短路短延時功能（僅有過載長延時和短路瞬動二段保護），不能作選擇性保護，它們只能使用于支路。由于使用（適用）的情況不同，IEC92《船舶電氣》建議：具有三段保護的*式斷路器，偏重于它的運行短路分斷能力值，而大量使用于分支線塑殼斷路器確保它有足夠的極限短路能力值。我們對此的理解是：主干線切除故障電流后更換斷路器要慎重，主干線停電要影響一大片用戶，所以發生短路故障時要求兩個CO，而且要求繼續承載一段時間的額定電流，而在支路，經過極限短路電流的分斷和再次的合、分后，已完成其使命，它不再承載額定電流，可以更換新的（停電的影響較小）。

    但是，無論是*式或塑殼式斷路器，都有必須具備Icu和Ics這兩面三刀個重要的技術指標。只有Ics值在兩類斷路器上表現略有不同，塑殼式的zui小允許Ics可以是25[%]Icu，*式zui小允許Ics是50[%]的Ics=Icu的斷路器是很少的，即使*式也少有Ics=100[%][國外有一種采用旋轉雙分斷（點）技術的塑殼式斷路器，它的限流性能*，分斷能力的裕度很大，可做到Ics=Icu，但價格很高。我國的DW45智能型*式斷路器的Ics為62.5[%]～65[%]Icu，上，ABB公司的F系列，施耐德的M系列也不過是70[%]左右，而塑殼式斷路器，國內各種新型號，Ics大抵在50[%]～75[%]Icu之間。

    斷路器的電氣間隙與爬電距離確定電器產品的電氣間隙，必須依據低壓系統的絕緣配合，而絕緣配合則是建立在瞬時過電壓被限制在規定的沖擊耐受電壓，而系統中的電器或設備產生的瞬時過電壓也必須低于電源系統規定的沖擊電壓。因此：

    （1）電器的額定絕緣電壓應≥電源系統的額定電壓

    （2）電器的額定沖擊耐受電壓應≥電源系統的額定沖擊耐受電壓

    （3）電器產生的瞬態過電壓應≤電源系統的額定沖擊耐受電壓。

    四極斷路器的應用關于四極斷路器的應用，目前國內還沒能對國家標準或規程之類作硬性的使用要求的規定，雖然地區性四極電器（斷路器）的設計規范已經出臺，但安裝與不安裝四極電器的爭論還在進行中，某些地區的使用近年來出現一窩蜂的趨勢，各斷路器制造廠也紛紛設計，制造各種型號的四極斷路器投放市場。筆者同意一種意見，就是用或不用應以是否能確保供電的可靠性、安全性為準，因此大體上是：

    （1）TN-C系統。TN-C系統中，N線與保護線PE合二為一（PEN線），考慮安全，任何時候不允許斷開PEN線，因此禁用四極斷路器；

    （2）TT系統、TN-C-S系統和TN-S系統可使用四極斷路器，以便在維修時保障檢修者的安全，但是TN-C-S和TN-S系統，斷路器的N極只能接N線，而不能接PEN或PE線；

    （3）裝設雙電源切換的場所，由于系統中所有的中性線（N線）是通聯的，為了確保被切換的電源開關（斷路器）的檢修安全，必須采用四極斷路器；

    （4）進入住宅的單相總開關，宜選用帶N極的二極斷路器（檢修時作隔離器之用）

    （5）用于380/220V系統的剩余電流保護器（漏電斷路器），中性線必須穿越保護器的零序電流互感器（鐵心），防止無中性線的穿過，使220V的負載有泄漏電流而誤動作，此時應選用四極或帶中性線的二極剩余電流保護器。