断路器

断路器（circuit breaker，CB）又称空气开关、保险掣、无熔线断路器（NFB），是用于保护电路免受过电流损害的电气安全装置。

断路器的基本功能是手动启断（阖上和断开）回路或自动切断故障回路，以保护设备（回路中的电器）和防止火灾风险，广泛使用于工业生产和日常生活中。

高压用断路器最常见为真空断路器和气体断路器：35kV及以下电力系统中，多采用真空断路器；35kV以上电力系统则多采用气体断路器（SF6断路器）。

低压用断路器最常见为无熔线断路器，欧美依电流通过等级又分为塑壳断路器（MCCB）和微型断路器（MCB）。较大型容量之低压断路器亦使用空气断路器（air circuit breaker，ACB）。

## 结构

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当用手向上扳起把手，会执行启动电流（circuit-close），当电路过载或短路时即自动跳脱，将事故原因排除之后，重新下扳再往上扳，否则无法达成再次闭路动作。

与普通电源开关不同点为增设弹簧与消弧装置。弹簧作用为于启断（OPEN）或闭合（CLOSE）之操作过程中，预储弹簧力量至临界点后，瞬间弹离而快速接通或跳开接点，故其操作速度不受手操作速度之影响。消弧装置为消除操作上内部接点所产生之火花之消弧室，任何接点打开负载电流均会产生电弧（即火花）。因电弧本身是极高温之空气柱游离所变成的导电体，它是应用安培右手定则，在消弧室之铁片间构成一强磁场，再利用佛来明右手定则，将电弧之空气导体快速推弯而拉长电弧，使火花更快速地熄灭。

若负载为电动机，正常启动会有突起高额电流，因此应选用1.5倍~2倍额定电流之断路器。

## 种类

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根据国际电工委员会的标准，家用微型断路器（MCB）可由普通人操作，如同照明开关。其他类型的断路器须由受过专业训练的工程人员操作。符合IEC 60898-1的家用MCB不可高于三相440/250V和125A额定电流。

在供电系统中，低压电的上限是1000Vrms交流电和1500V直流电。

### 低压电

- 漏电保护器 (Residual Current Device, RCD)：安装在触电风险较高的设备/地方，包括插座、热水器和浴室
- 微型断路器（Miniature circuit breaker, MCB）：安装在配电箱，额定电流最大125A，是家用/商用断路器的主力
- 塑壳断路器（Molded-case circuit breaker, MCCB）：具有较高的分断能力和额定电流，框架容量通常介乎100A至1600A
- 空气断路器（Air Circuit Breaker, ACB）：又称框架断路器，额定电流最高的低压开关，框架容量介乎630A至6300A

### 高压电

- 空气断路器（Air Circuit Breakers，简称：ACB）
- 油断路器（Oil Circuit Breaker，简称：OCB）
- 磁吹断路器（Magnetic Blow-out circuit Breaker，简称：MBB）
- 气体断路器（Gas Circuit Breaker，简称：GCB）
- 真空断路器（Vacuum Circuit Breakers，简称：VCB）

## 油断路器

以密封的绝缘油作为开断故障的灭弧介质的一种开关设备，有多油断路器和少油断路器两种形式；它较早应用于电力系统中，技术已经十分成熟，价格比较便宜，广泛应用于各个电压等级的电网中，油断路器用来切断和接通电源，并在短路时能迅速可靠地切断电流的一种高压开关设备。

## 磁吹型断路器

利用磁场的作用使电弧熄灭的一种断路器。磁场通常由分断电流本身产生，电弧被磁场吹入灭弧片狭缝内，并使之拉长、冷却，直至最终熄灭。磁吹断路器的触头在空气中闭合和断开。

## 真空型断路器

“真空断路器”因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名；其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。

真空断路器是3～10kV，50Hz三相交流系统中的户内配电装置，可供工矿企业、发电厂、变电站中作为电器设备的保护和控制之用，特别适用于要求无油化、少检修及频繁操作的使用场所，断路器可配置在中置柜、双层柜、固定柜中作为控制和保护高压电气设备用。

## 少油量型断路器

少油量型断路器由于可耐受启断次数较少，相对所需维修频度较高，目前皆已停产。

## 空气断路器

利用预先贮存的压缩空气来当消除电弧介质。压缩空气不仅作为消除电弧和绝缘介质，而且还作为传动的动力。

由于新鲜的压缩空气流除了可以带走弧隙中热量，降低弧隙温度，还能直接带走弧隙中的游离带电质点，补充新鲜气体介质，使去游离大大加强，弧隙介质强度迅速恢复，所以，空气断路器断流容量大，灭弧时间短，而且快速自动重合闸时断流容量不降低。

但是空气断路器也有金属消耗量大，需要装设压缩空气系统等辅助设备和价格较贵等缺点。通常用于110kV及以上的大容量电力系统中。

目前生产的空气断路器多采用常充气式，即无论在合闸或分闸状态，消弧室内部都充满压缩空气，保证了接触头间必要的绝缘强度。这种型式结构简单，空气压力利用好，气耗量少。

### 热动式

热跳脱式一般是运用双金属片的原理。内有两片金属铜片，当电流超过额定值时，两片金属片会因受热而弯曲，进而跳脱接点而断路已达到保护的目的。

### 热动电磁式

使用双金属片遇热弯曲的特性，做过载保护，原理同热动式；另以电磁场吸持的方式做短路保护，如图当线路短路时，因线路瞬时产生大电流，磁场大可迅速吸引可动铁心，以触动跳脱元件，将负载电流切断，达到短路保护的目的。

### 完全电磁式

是以电生磁动的方式同时做过载及短路保护。在过载时，电流线圈产生的磁场尚不足以吸持可动铁片。但却能够克服油管内的弹簧及油的阻尼作用，缓慢吸引油管内的可动铁心，使可动铁心渐渐往电流线圈的中心移动，造成磁路磁阻减少，磁场逐渐加强，直至有足够磁力吸引可动铁片，触动跳脱元件，启断负载电流。至于短路时，因短路电流极大，线圈磁场大。因此不用等油管内的可动铁心移入中心位置，即具有足够的磁力直接吸引可动铁片，触动跳脱元件，启断负载电流。

## 气体断路器

气体断路器是以六氟化硫（SF6）为绝缘介质。由于气体断路器比油断路器体积小，因此成为当代特高压输电系统主要使用之断路器型式。

## 高压电断路器

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## 相关规格

- 额定电压：如AC 345kV、161kV、69kV

以下四种选用断路器的数据在每个断路器上都会标示在其断路器上，若是有标示不全者，那此断路器就为不合法规所规定。

- 极数：以P表示，如三极为3P或TP（triple pole）

单相：SP, SPN, DP

三相：TP, TPN, FP

- 额定电流（Amps trip，以AT表示）：又称跳脱电流，表示使用中的电流超过额定电流，并持续一段时间后会自动断开。(持续时间请参考断路器的特性曲线)
- 框架容量（Amps frame，以AF表示）：表示此开关可承受的额定电流，且框架容量(AF)一定大于等于额定电流(AT)。
- 启断容量（Interrupting capacity，以IC表示）：单位kA，表示当发生故障电流，能够断开断路器的容量。

启断容量又细分为额定极限启断容量Icu (Rated short-circuit breaking capacity)及额定使用启断容量Ics(Rated service short-circuit breaking capacity)

额定极限启断容量Icu：单位kA，表示当发生故障电流，可成功断开且不损坏断路器的最大故障电流。

额定使用启断容量Ics：正常故障电流会小于Icu，但希望能在良好的情况下就断开，确保断路器不损坏而创造的特性。通常用Icu的百分率表示(例如Ics=50%Icu or Ics/Icu=50% )

## 外部链接

- How Circuit Breakers Work .
- L. W. Brittian： Electrical Circuit Breakers
- hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/bregnd.
- coordination between circuit breakers
- Electrical Installation