2.4.4 塑料外壳式低压断路器

2.4.4.1 结构原理

塑料外壳式低压断路器（简称塑壳式低压断路器）属于二级配电电器。塑壳式低压断路器的基本工作原理与图2-14相同，其特征是可由各种附件组合成不同功能的断路器，基本结构如图2-23所示。

由图2-23可见，塑壳式低压断路器的基本结构是由绝缘封闭外壳（有的产品是透明外壳）、操作机构、触头和灭弧系统、热磁脱扣器、附件5个基本部分组成。内部附件模块式安装，基本部件包括自由脱扣器、热磁脱扣器、主触头、试验按钮、灭弧栅和操作机构。根据需要可选配不同附件以满足不同功能要求。各种附件及代号见表2-12。热磁脱扣器的结构和动作原理示意图如图2-24所示。

2.4.4.2 触头和灭弧系统

触头和灭弧系统是执行电路通断的主要部件。触头（静触头和动触头）用于电路接通或分断。主触头是由操作机构和自由脱扣器操纵其通断的，可手动操作，也可通过分励脱扣器远距离操作。在正常情况下，主触头可接通、分断工作电流，当出现故障时，能快速切断高达数十倍额定电流的故障电流，从而保护电路及电器设备。常用的触头型式有桥式触头和插入式触头。桥式触头多为面接触或线接触，在触头上焊有银基合金（如银钨合金）镶块。大容量低压断路器每相除主触头外，还有副触头和弧触头。触头动作顺序是，断路器闭合时，弧触头先闭合，然后副触头闭合，最后才是主触头闭合；断路器分断时则相反，主触头承载负荷电流，副触头的作用是保护主触头，弧触头用来承担切断电流时的电弧烧灼，电弧只在弧触头上形成，从而保证了主触头不被电弧损伤而长期稳定地工作。低压断路器的灭弧系统采用灭弧栅片灭弧，可熄灭分断电路时触头间产生的电弧。灭弧系统包括强力弹簧机构和灭弧室，强力弹簧机构使触头快速分开，在触头上方设有灭弧室。

无飞弧塑壳式低压断路器的动、静触头及连接板设计成平行状，利用短路电流尚未达到最大值前的电动斥力使动、静触头分开，限制电弧电流的增大。此外，采用在静触头周边设置能在电弧灼热下放出气体的芳香族绝缘物，以吸收电弧能、冷却电弧，使弧柱缩小，并减弱电弧向后喷射，同时采用具有电弧气体消游离的灭弧装置，使其飞弧距离做到零。

2.4.4.3 脱扣器

1.自由脱扣机构和操作机构

由图2-24可见，自由脱扣机构是一套连杆机构，当主触头闭合后，自由脱扣机构将主触头锁在合闸位置上。如果电路中发生故障，自由脱扣机构就在相关热磁脱扣器的操动下动作，使脱钩脱开。

2.电磁脱扣器

电磁脱扣器的线圈和热脱扣器（双金属片）与主电路串联。电磁脱扣器有瞬时、定时限和反时限之分，定时限和反时限还有短延时和长延时的区别。电磁脱扣器可以是固定式的，也可以是可调式的。电子式短路保护脱扣器是可调的。当电路发生短路或严重过载时，电磁脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，从而带动主触头断开主电路，动作特性具有瞬动特性或定时限特性。

低压断路器的电磁脱扣器分为瞬时脱扣器和复式脱扣器两种，复式脱扣器是瞬时脱扣器和热脱扣器的组合。一般断路器都有短路锁扣功能，用来防止因短路故障而动作了的断路器在短路故障未排除时发生再合闸。在短路条件下，电磁脱扣器动作分断断路器，锁扣机构也动作使断路器的动作机构保持在分断位置，在未将断路器手柄扳到分断位置使工作机构复位以前，断路器拒绝复位合闸。

3.热脱扣器

当电路过载时，热脱扣器（过载脱扣器）的热元件发热，使双金属片向上弯曲，推动自由脱扣机构动作，动作特性具有时间-电流特性。

热脱扣器在给定电流范围内是可调的，调节方式一般为旋钮式或螺杆式。热脱扣器的动作特性和整定电流对应，一般用整定电流的倍数来表示。当为长延时电子式过载脱扣器时，其动作时间也可按6倍整定电流确定。当低压断路器由于过载而断开后，一般应等待2～3min才能重新合闸，以使热脱扣器恢复原位，这也是低压断路器不能连续频繁地进行通断操作的原因之一。

4.欠电压脱扣器

欠电压脱扣器用作线路及电源设备的欠电压保护。欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电源电压下降到额定电压U_e的70%～35%时，欠电压脱扣器的衔铁释放，也使自由脱扣机构动作，使断路器脱扣。当电源电压低于欠电压脱扣器额定电压的35%时，欠电压脱扣器能保证断路器不合闸；当电源电压高于欠电压脱扣器额定电压的85%时，欠电压脱扣器能保证断路器正常工作。

欠电压脱扣器也有瞬时和延时两种。带延时的欠电压脱扣器用来防止电网中因短时电压降低造成脱扣器误动作而使断路器不适当地跳闸。这种延时时间一般为1s、3s和5s三档，由电容器单元实现。欠电压脱扣器的外形如图2-25a所示。

5.分励脱扣器

分励脱扣器用作远距离控制断路器断开之用。分励脱扣器的外形如图2-25b所示。通常分励脱扣器用于应急状态下对断路器进行远距离分闸操作和作为漏电继电器等保护电器的执行元件。目前较多使用在配电柜开门断电保护电路中。分励脱扣器在正常工作时，其线圈是断电的，当需要远距离控制时，按下起动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触头断开。分励脱扣器的工作电压范围为70%～110%U_N，有些产品可达50%～110%U_N。还有一种作电网保护用的特殊分励脱扣器，其工作电压范围为10%～110%U_N，它由一个普通脱扣器和一个电容器延时单元组成。电容器容量保证延时单元能储备足够的能量，使这种脱扣器在电源出现故障后仍能动作。电容器充足电以后，在无电源条件下约可维持4～5min。大功率低压断路器可配电动操作机构对断路器进行远距离操作分、合闸。

欠电压脱扣器和分励脱扣器的参数主要是额定电压、额定电流和额定频率，有时有延时指标，除延时外，其他参数都是固定的。

2.4.4.4 操作机构与附件

1.电动操作机构

电动操作机构用作断路器的自动控制和远距离的闭合和断开之用。当断路器因故障而自由脱扣时，应先进行一次分闸操作使断路器再扣，然后便可进行合闸操作。如采用断路器的报警开关或辅助开关的动合触头，在断路器脱扣时，由报警开关或辅助开关立即将电动操作机构的分闸操作电路接通，电动操作机构就会立即进行分闸操作，使断路器实现再扣，以确保远距离对断路器进行“合”“分”闸操作。电动操作机构有电动操作和电磁操作两种。电动操作由电动机驱动，一般适用于400A及以上大容量断路器的操作；电磁操作由电磁铁驱动，适用于100A、225A等小容量断路器。

2.旋转操作手柄

旋转操作手柄用于在开关柜门外操作断路器及断路器处于闭合状态时与柜门机械联锁之用。旋转操作手柄有旋钮型和枪型等多种形式，并有手柄闭锁装置。旋钮型手柄直接安装在断路器上，其手柄露在配电柜面板或抽屉外；枪型手柄的操作机构安装在断路器上，手柄的面板安装在配电柜门上，手柄轴长度可调。旋转操作手柄能按同一方向指示断路器的分合状态。手柄闭锁装置是一种能使断路器操作手柄可靠地处于打开或闭合位置（即分闸或合闸锁定），而在机械上并不影响断路器自由脱扣的保护装置。当断路器负载侧电路需要维修或不允许通电时，可用手柄闭锁装置将断路器锁定在分闸状态，以防被人误将断路器合闸，从而保证维修人员安全或用电设备的可靠使用。当断路器合闸通电时，利用合闸锁定也可防止误操作，而引起停电事故。有的旋转操作手柄可外加挂锁锁定，以防误操作。图2-26是旋转手柄操作机构的外形及安装示意图。

3.辅助触头和报警触头附件

辅助触头用于对断路器相关的控制回路和信号回路作自动控制之用。辅助触头和报警触头的外形如图2-25c所示。其中，上图是辅助触头，下图是报警触头。报警触头用于对断路器保护对象的过载、短路及欠电压事故断开报警之用，在断路器故障脱扣时及时向其他相关电器实施控制或联锁，如向断路器外的报警装置、信号灯、继电器和逻辑电路等输出信号。辅助触头是在断路器分、合闸时显示断路器的接通状态和断开状态，但无法区别断路器是否是故障脱扣，因此辅助触头主要用于断路器的分合状态的显示，通过断路器的分合对其他相关电器实施控制或联锁，如向信号灯、继电器和逻辑电路等输出信号。