2.4.4 塑料外殼式低壓斷路器

2.4.4.1 結構原理

塑料外殼式低壓斷路器（簡稱塑殼式低壓斷路器）屬于二級配電電器。塑殼式低壓斷路器的基本工作原理與圖2-14相同，其特征是可由各種附件組合成不同功能的斷路器，基本結構如圖2-23所示。

由圖2-23可見，塑殼式低壓斷路器的基本結構是由絕緣封閉外殼（有的產品是透明外殼）、操作機構、觸頭和滅弧系統、熱磁脫扣器、附件5個基本部分組成。內部附件模塊式安裝，基本部件包括自由脫扣器、熱磁脫扣器、主觸頭、試驗按鈕、滅弧柵和操作機構。根據需要可選配不同附件以滿足不同功能要求。各種附件及代號見表2-12。熱磁脫扣器的結構和動作原理示意圖如圖2-24所示。

2.4.4.2 觸頭和滅弧系統

觸頭和滅弧系統是執行電路通斷的主要部件。觸頭（靜觸頭和動觸頭）用于電路接通或分斷。主觸頭是由操作機構和自由脫扣器操縱其通斷的，可手動操作，也可通過分勵脫扣器遠距離操作。在正常情況下，主觸頭可接通、分斷工作電流，當出現故障時，能快速切斷高達數十倍額定電流的故障電流，從而保護電路及電器設備。常用的觸頭型式有橋式觸頭和插入式觸頭。橋式觸頭多為面接觸或線接觸，在觸頭上焊有銀基合金（如銀鎢合金）鑲塊。大容量低壓斷路器每相除主觸頭外，還有副觸頭和弧觸頭。觸頭動作順序是，斷路器閉合時，弧觸頭先閉合，然后副觸頭閉合，最后才是主觸頭閉合；斷路器分斷時則相反，主觸頭承載負荷電流，副觸頭的作用是保護主觸頭，弧觸頭用來承擔切斷電流時的電弧燒灼，電弧只在弧觸頭上形成，從而保證了主觸頭不被電弧損傷而長期穩定地工作。低壓斷路器的滅弧系統采用滅弧柵片滅弧，可熄滅分斷電路時觸頭間產生的電弧。滅弧系統包括強力彈簧機構和滅弧室，強力彈簧機構使觸頭快速分開，在觸頭上方設有滅弧室。

無飛弧塑殼式低壓斷路器的動、靜觸頭及連接板設計成平行狀，利用短路電流尚未達到最大值前的電動斥力使動、靜觸頭分開，限制電弧電流的增大。此外，采用在靜觸頭周邊設置能在電弧灼熱下放出氣體的芳香族絕緣物，以吸收電弧能、冷卻電弧，使弧柱縮小，并減弱電弧向后噴射，同時采用具有電弧氣體消游離的滅弧裝置，使其飛弧距離做到零。

2.4.4.3 脫扣器

1.自由脫扣機構和操作機構

由圖2-24可見，自由脫扣機構是一套連桿機構，當主觸頭閉合后，自由脫扣機構將主觸頭鎖在合閘位置上。如果電路中發生故障，自由脫扣機構就在相關熱磁脫扣器的操動下動作，使脫鉤脫開。

2.電磁脫扣器

電磁脫扣器的線圈和熱脫扣器（雙金屬片）與主電路串聯。電磁脫扣器有瞬時、定時限和反時限之分，定時限和反時限還有短延時和長延時的區別。電磁脫扣器可以是固定式的，也可以是可調式的。電子式短路保護脫扣器是可調的。當電路發生短路或嚴重過載時，電磁脫扣器的銜鐵吸合，使自由脫扣機構動作，從而帶動主觸頭斷開主電路，動作特性具有瞬動特性或定時限特性。

低壓斷路器的電磁脫扣器分為瞬時脫扣器和復式脫扣器兩種，復式脫扣器是瞬時脫扣器和熱脫扣器的組合。一般斷路器都有短路鎖扣功能，用來防止因短路故障而動作了的斷路器在短路故障未排除時發生再合閘。在短路條件下，電磁脫扣器動作分斷斷路器，鎖扣機構也動作使斷路器的動作機構保持在分斷位置，在未將斷路器手柄扳到分斷位置使工作機構復位以前，斷路器拒絕復位合閘。

3.熱脫扣器

當電路過載時，熱脫扣器（過載脫扣器）的熱元件發熱，使雙金屬片向上彎曲，推動自由脫扣機構動作，動作特性具有時間-電流特性。

熱脫扣器在給定電流范圍內是可調的，調節方式一般為旋鈕式或螺桿式。熱脫扣器的動作特性和整定電流對應，一般用整定電流的倍數來表示。當為長延時電子式過載脫扣器時，其動作時間也可按6倍整定電流確定。當低壓斷路器由于過載而斷開后，一般應等待2～3min才能重新合閘，以使熱脫扣器恢復原位，這也是低壓斷路器不能連續頻繁地進行通斷操作的原因之一。

4.欠電壓脫扣器

欠電壓脫扣器用作線路及電源設備的欠電壓保護。欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯。當電源電壓下降到額定電壓U_e的70%～35%時，欠電壓脫扣器的銜鐵釋放，也使自由脫扣機構動作，使斷路器脫扣。當電源電壓低于欠電壓脫扣器額定電壓的35%時，欠電壓脫扣器能保證斷路器不合閘；當電源電壓高于欠電壓脫扣器額定電壓的85%時，欠電壓脫扣器能保證斷路器正常工作。

欠電壓脫扣器也有瞬時和延時兩種。帶延時的欠電壓脫扣器用來防止電網中因短時電壓降低造成脫扣器誤動作而使斷路器不適當地跳閘。這種延時時間一般為1s、3s和5s三檔，由電容器單元實現。欠電壓脫扣器的外形如圖2-25a所示。

5.分勵脫扣器

分勵脫扣器用作遠距離控制斷路器斷開之用。分勵脫扣器的外形如圖2-25b所示。通常分勵脫扣器用于應急狀態下對斷路器進行遠距離分閘操作和作為漏電繼電器等保護電器的執行元件。目前較多使用在配電柜開門斷電保護電路中。分勵脫扣器在正常工作時，其線圈是斷電的，當需要遠距離控制時，按下起動按鈕，使線圈通電，銜鐵帶動自由脫扣機構動作，使主觸頭斷開。分勵脫扣器的工作電壓范圍為70%～110%U_N，有些產品可達50%～110%U_N。還有一種作電網保護用的特殊分勵脫扣器，其工作電壓范圍為10%～110%U_N，它由一個普通脫扣器和一個電容器延時單元組成。電容器容量保證延時單元能儲備足夠的能量，使這種脫扣器在電源出現故障后仍能動作。電容器充足電以后，在無電源條件下約可維持4～5min。大功率低壓斷路器可配電動操作機構對斷路器進行遠距離操作分、合閘。

欠電壓脫扣器和分勵脫扣器的參數主要是額定電壓、額定電流和額定頻率，有時有延時指標，除延時外，其他參數都是固定的。

2.4.4.4 操作機構與附件

1.電動操作機構

電動操作機構用作斷路器的自動控制和遠距離的閉合和斷開之用。當斷路器因故障而自由脫扣時，應先進行一次分閘操作使斷路器再扣，然后便可進行合閘操作。如采用斷路器的報警開關或輔助開關的動合觸頭，在斷路器脫扣時，由報警開關或輔助開關立即將電動操作機構的分閘操作電路接通，電動操作機構就會立即進行分閘操作，使斷路器實現再扣，以確保遠距離對斷路器進行“合”“分”閘操作。電動操作機構有電動操作和電磁操作兩種。電動操作由電動機驅動，一般適用于400A及以上大容量斷路器的操作；電磁操作由電磁鐵驅動，適用于100A、225A等小容量斷路器。

2.旋轉操作手柄

旋轉操作手柄用于在開關柜門外操作斷路器及斷路器處于閉合狀態時與柜門機械聯鎖之用。旋轉操作手柄有旋鈕型和槍型等多種形式，并有手柄閉鎖裝置。旋鈕型手柄直接安裝在斷路器上，其手柄露在配電柜面板或抽屜外；槍型手柄的操作機構安裝在斷路器上，手柄的面板安裝在配電柜門上，手柄軸長度可調。旋轉操作手柄能按同一方向指示斷路器的分合狀態。手柄閉鎖裝置是一種能使斷路器操作手柄可靠地處于打開或閉合位置（即分閘或合閘鎖定），而在機械上并不影響斷路器自由脫扣的保護裝置。當斷路器負載側電路需要維修或不允許通電時，可用手柄閉鎖裝置將斷路器鎖定在分閘狀態，以防被人誤將斷路器合閘，從而保證維修人員安全或用電設備的可靠使用。當斷路器合閘通電時，利用合閘鎖定也可防止誤操作，而引起停電事故。有的旋轉操作手柄可外加掛鎖鎖定，以防誤操作。圖2-26是旋轉手柄操作機構的外形及安裝示意圖。

3.輔助觸頭和報警觸頭附件

輔助觸頭用于對斷路器相關的控制回路和信號回路作自動控制之用。輔助觸頭和報警觸頭的外形如圖2-25c所示。其中，上圖是輔助觸頭，下圖是報警觸頭。報警觸頭用于對斷路器保護對象的過載、短路及欠電壓事故斷開報警之用，在斷路器故障脫扣時及時向其他相關電器實施控制或聯鎖，如向斷路器外的報警裝置、信號燈、繼電器和邏輯電路等輸出信號。輔助觸頭是在斷路器分、合閘時顯示斷路器的接通狀態和斷開狀態，但無法區別斷路器是否是故障脫扣，因此輔助觸頭主要用于斷路器的分合狀態的顯示，通過斷路器的分合對其他相關電器實施控制或聯鎖，如向信號燈、繼電器和邏輯電路等輸出信號。