断路器的种类与选择

摘要：任何忽视电路保护设计的电气或电子产品都埋藏了故障隐患。保护您的昂贵设备归根结底就是要对包括控制开关、电线和电源在内的整个电气系统加以保护，以避免短路和电流过大情况的发生，目前的断路器主要有热断路器、磁断路器和通地漏泄断路器等几种。在选择断路器时，设计师不仅需要考虑以下的电路特性，还应当考虑包括断路器的安装位置以及外壳尺寸方面的限制条件。

　　关键词：断路器 种类

　　选择确定针对某项具体应用的合适电路保护器件并不困难，但确实需要费一番思考。如果电气和电子设备在设计中采用了规格制定得偏松的电路保护器件，则设备将极易因功率冲击而遭到损坏并导致起火的灾难性后果，反之，如果采用规格制定得偏严的电路保护器件，将会引起令人生厌的频繁跳闸现象。

　　目前的断路器主要有热断路器、磁断路器和通地漏泄断路器等几种。在选择断路器时，设计师不仅需要考虑以下的电路特性，还应当考虑包括断路器的安装位置以及外壳尺寸方面的限制条件：

　　● 施加的额定交流或直流电压

　　● 单相、多相和极点数目

　　● 适用的国家电气标准和安全管理机构标准

　　● 短路分断能力

　　热断路器

　　热断路器采用一个与电路串联的双金属片。电流在过载期间产生的热量会使双金属片变形，从而使断路器跳闸。与保险丝相比，热保护器有一个显著的优点，就是在跳闸后能够重新复位。它们还可以用作被保护设备的电源接通/关断开关。

　　随着温度的升高，热断路器的跳闸速度加快，并常常会在较低的电流电平下发生跳闸。当断路器和系统暴露于同一热源时，这一特性往往很有用处。

　　在这种情况下，保护电路能够跟踪设备在更高的温度下对于增强配线保护的需求。如果一个热断路器安装在与被保护设备分离的环境下，则变化的环境温度所造成的影响可以由一个补偿型热双金属片进行校正。例如，位于飞机座舱外面的断路器是温度补偿型的，这样其跳闸特性不会随飞行中常见的温度波动而发生变化。

　　此外，由于热断路器内部固有的闩锁机理，使其对冲击和振动极不敏感。目前，有些高性能的电路保护器件提供了专门针对极大冲击和振动环境的断路器。

　　需要进行热电路保护的应用包括家用电器、交通、船舶、配电盘、医疗设备、视听设备、电源和运动器械等。

　　磁断路器

　　磁断路器为大多数设计问题提供了精度和可靠性较高的成本效益型解决方案。

　　磁断路器的过流检测机理是只对被保护电路里的电流变化做出响应，由于其电流感应螺线管受环境温度变化的影响不大，因此磁断路器具有温度稳定性，不会像热断路器那样明显地受到环境温度变化的影响。

　　磁断路器没有预热阶段，因此不会减缓断路器对过载的响应速度，从过载结束到其复位之前没有冷却期。

　　可以从四个独立的方面对磁断路器的特性进行有针对性的调整：断路器所需的电路；跳闸点（以安培计）；延迟时间（以秒计）和浪涌处理能力。对这些因素所做的调整对断路器短路分断能力的影响极小。

　　一般而言，目前有三种跳闸时间延迟曲线各不相同的磁断路器可供选择：慢速、中速和快速。当对级联电路和判别电路中的断路器进行匹配时，这些可供选择的曲线为设计师提供了很高的设计灵活性。

　　此外，对于常常需要承受巨大涌入电流的设备，还可以选择具备特殊涌入结构的磁断路器。但是，当设备位置不稳定时，由于磁断路器的跳闸次数会因螺线管的运动受重力的影响而发生变化，此时热断路器或许是一个比较好的选择。

　　磁断路器的应用领域涵盖了很多市场，比如电信、船舶、电器、工业自动化和控制以及医疗设备。

　　通地漏泄保护器

　　通地漏泄保护器（如Carling公司的SmartGuard系列）的工作方式与磁断路器相同，能够提供用户定制的过载和短路保护级。此外，它们采用创新电子技术进行检测并避免通地漏泄。

　　除了少量漏泄外，返回电源的电流与从电源流出的电流数值相等。如果经过通地漏泄保护器后，电源流出和返回的电流值之差超过了漏泄灵敏度的设定值，则保护器将跳闸，且LED指示灯点亮，向操作人员发出提示，从而具备了“智能化”的特点。

　　LED指示灯清楚地显示了由于通地漏泄所导致的跳闸。这种保护有助于避免严重的设备损坏和火灾。其应用包括电阻和阻抗加热系统、电信、剧场照明、船舶控制台、办公设备、医疗设备、工业自动化和控制以及UPS系统。

　　需要考虑的一些次要因素

　　在选择断路器时，我们不仅要关注断路器的延迟曲线等主要指标，还应重视它的很多次要功能，这些常容易被忽略的性能不仅能为一个良好的设计锦上添花，而且还能帮助工程师们为其应用设计精密的保护电路。

　　目前市面上有许多配备了各种可选功能的断路器，这些功能对于电路保护设计很有帮助。下面列出的是一些较为常见的功能。

　　辅助接点（辅助开关）：它们是与主接点电隔离的接点，适用于报警和程序开关。辅助接点可用于向操作人员或控制系统告警，发出警报，或在重要应用中接通备用电源。

　　传动：传动器类型的选择不仅是出于美观的考虑。具有开关速度是通/断开关两倍的传动摇杆开关的断路器能够节约成本和电路板空间。推挽式传动器在遇到突发事件时最为稳定。

　　分流端子：传统断路器被认为是“串联跳闸”的，这是因为接点、电流感应元件和负载都是串联的。分流端子从主电路分出支路，这样可将次级负载接入。如果初级负载发生了短路或过载，断路器将跳闸并切断两个负载的电源。

　　与辅助接点不同，分流端子是接到位于开关接点和电流感应元件之间的断路器载流通路的，这意味着第二个负载不受过载或短路保护。可以采用一个独立的断路器来保护次级电路，否则该电路只可用于具有内置保护电路的设备。

　　复式控制（遥控跳闸或继电器跳闸）：复式控制断路器将两个彼此电隔离的感应元件组合起来以实现多项功能。例如，复式控制断路器可利用遥控传动器或感应器来进行传统的过流保护以及电路断接。遥控跳闸是复式控制的一个例子，通常被称为“继电器跳闸”。

　　低压跳闸：这是断路器中一个独立的电压敏感元件，如果电压降到预定值以下，它将使主接点开路。具有低电压跳闸的开关断路器被广泛用于有线连接电器的通/断控制。安全管理部门要求这些电器在发生掉电时必须切断电源，以避免电源恢复时电器突然重新启动的危险。

　　自动跳闸：一个自动跳闸的断路器在故障期间不会一直保持闭合—因为开关装置不会因强行保持传动器接通而失效。在一个完全自动跳闸的设计中，当传动器被保持在“接通”位置时，主接点在发生故障之后将始终保持开路。一些被称为“循环自动跳闸”的断路器在故障期间不能强行保持接通状态，但如果传动器一直处在“接通”的位置，则它们将周期性地接通和断开。如果断路器安装在容易够得着的地方（即未封闭），则应采用自动跳闸断路器。

　　自动复位：对于断路器不易够着的应用来说，在冷却期后自动复位的断路器是一个良好的选择。此时若指定使用可自动再起动的设备，则发生危险的可能性很大。