用于过流保护的交流和直流断路器

断路器是一种过流保护装置 (OCPD)，旨在保护电气设备和个人免受过流情况的影响。与大多数保险丝不同，断路器可以重置，这使其成为过流保护的流行选择。断路器使用电磁体和/或双金属开关来检测过流情况。

断路器的类型和特点

通过将跳闸杆手柄移至完全关闭位置，然后将手柄返回至开启位置，可以重置断路器。在尝试重置断路器之前，个人必须确保过载源已清除。断路器根据其内部跳闸机制分为三种类型：

磁的

热的

热磁

无论断路器使用哪种内部机构，大多数断路器的外观都相同，但断路器熔断器除外。断路器熔断器是一种旋入式 OCPD，具有断路器的操作特性。

断路器熔断器的优点是熔断器在过载后可以复位。断路器有多种电流强度可供选择，但单极住宅断路器的额定电压通常为 110 V，双极住宅断路器的额定电压通常为 220 V。

要接触服务面板中的断路器连接，必须拆下面板盖。

磁的

磁式断路器是一种 OCPD，通过使用微型电磁铁来打开和关闭触点。基本思想如下所示。

过流保护用交直流断路器 图2

图 2.电磁螺线管是利用电磁力进行工作的一个示例。

正如您所看到的，铁柱塞被封闭的线圈包围，并且铁柱塞上连接有一组触点。当电流通过线圈时，连接到铁芯上的触点被拉向线圈。这样，我们就可以打开或关闭电磁阀触点。请注意，该图显示了常开和常闭触点。

如图 3 所示，可以通过增加施加的电流和每单位长度的匝数以及在线圈中插入铁芯来增强产生的磁场。

图 3. 可以通过增加电流量、增加线圈匝数以及在线圈中插入铁芯来增强电磁体的强度。

电磁断路器中的螺线管根据断路器的电流限制打开电路。

当通过线圈的电流超过断路器的额定值时，磁吸引力变得足够强以激活脱扣杆手柄并断开电路。参见图 4。

图 4. 在磁断路器中，电流通过线圈会导致连接到铁芯的触点被拉向线圈。 电磁断路器中的螺线管根据电流水平打开和关闭触点。

图 4. 在磁断路器中，电流通过线圈会导致连接到铁芯的触点被拉向线圈。电磁断路器中的螺线管根据电流水平打开和关闭触点。

一旦过载被消除，跳闸杆手柄就可以重置到原始位置，重新激活电路。

热的

热断路器使用连接到闩锁机构的双金属片。双金属片由两种不同的金属制成，加热时膨胀率不同。双金属片受热时会弯曲并打开触点。参见图5。双金属片可能被电路电流直接加热，也可能被电路电流增加引起的温度升高间接加热。

图 5。热断路器使用连接到闩锁机构的双金属片，在发生短路或过载时断开电路。

热磁断路器包括用于短路保护的磁脱扣功能和用于过载保护的热脱扣功能。

热磁断路器也称为反时限断路器。正如另一个名称反时限所示，过载越高，断路器打开所需的时间越短。

当发生过载情况时，过量电流会产生热量，双金属热敏元件会感测到热量。短时间后，根据断路器的额定值和过载量，断路器将跳闸，断开电压源与负载的连接。如果发生短路，电磁传感器立即响应故障电流并断开电路。

直流断路器

直流断路器是一种 OCPD，可保护直流操作的电气设备，并包含额外的灭弧措施。

对于大多数房主来说，直流断路器是一项相对较新的技术，因为房屋中使用的大多数设备都与交流和交流断路器配合使用。一般家用交流断路器的额定中断电流超过 6 kA。一些制造商生产双额定交流/直流断路器，电压范围为 48 VDC 至 125 VDC。直流断路器与 24 VDC 至 48 VDC 可编程逻辑控制器 (PLC) 以及风力发电应用一起使用。

尽管交流和直流断路器在形式和功能上看起来相似，但它们的内部操作却截然不同。过载期间，交流和直流断路器的内部触点分离以保护电路。然而，当触点彼此拉开时，电流会跨越所产生的气隙，从而形成电弧。接触电弧是打开和关闭断路器时发生的电弧。参见图 7。随着电弧继续跨越气隙，电流将继续流过电路。这些电弧必须迅速熄灭。

交流和直流断路器设计熄灭电弧的方式非常不同，这就是交流和直流断路器不可互换的原因。只有标记为直流额定的断路器才能用于直流应用。

切勿在直流电路中使用交流额定断路器。交流断路器的设计目的不是为了解决与直流相关的电弧问题。直流断路器包括额外的灭弧措施，可在打开和关闭时消散电弧并延长设备使用寿命。

直流消弧

直流电弧被认为是难熄灭的，因为连续的直流电源会导致电流持续流动，并且在比同等电压的交流电源更宽的间隙中具有极高的稳定性，通常以峰值和 RMS 等指标来显示。

为了减少直流电路中的电弧，开关机构必须使触点快速分离，并有足够的气隙，以便在断开时尽快熄灭电弧。当直流触点闭合时，触点必须尽快移动到一起，以防止在打开触点时遇到一些相同的问题。如果断路器是直流额定的，制造商将在断路器上注明。

值得一提的是，当直流电路的端子发生短路时，电流从工作电流增加到短路电流，具体取决于短路回路的电阻和电感。

某些类型的断路器具有交流/直流额定值，可用于任一类型的应用。该信息将在制造商的标签上注明。

交流电弧抑制

当触点组打开时，交流电弧会自行熄灭。当交流电源的线路频率为 60 Hz 时，其极性每秒会反转 120 次。这种交替允许电弧的持续时间不超过半个周期。

交流电流每秒达到零 60 次。参见图 8。当 AC 达到零时，没有电流流动，因此电弧熄灭。

作为 OCPD 的断路器

断路器是一种具有机械机构的过电流保护装置，当发生短路或过载时能自动断开电路。断路器使用两种工作原理来保护电路：热原理和磁原理。

热断路器由加热元件和机械闭锁机构组成。加热元件通常是双金属片，电流流过时会发热。

电磁断路器使用电磁体来检测过流情况。大多数磁断路器都包含热元件和磁元件。磁性组件保护电路免受高过载电流或短路电流的影响，而热组件则保护电路免受不足以激活磁性组件的恒定过载电流的影响。

直流断路器用于保护使用直流电 (DC) 运行的电气设备，并包含额外的灭弧措施。直流断路器是一项相对较新的技术，用于电动汽车充电站、光伏、电池存储系统以及工业直流配电网络。