【導(dǎo)讀】斷路器隨處可見。如果某項(xiàng)技術(shù)、產(chǎn)品或設(shè)備依靠電力運(yùn)行，則很可能至少帶有一個(gè)斷路器，以確保用戶和內(nèi)部組件的安全。
斷路器隨處可見。如果某項(xiàng)技術(shù)、產(chǎn)品或設(shè)備依靠電力運(yùn)行，則很可能至少帶有一個(gè)斷路器，以確保用戶和內(nèi)部組件的安全。
斷路器是在檢測到預(yù)先設(shè)定的過載電流時(shí)自動(dòng)斷開電路以停止電流流動(dòng)的裝置。斷路器本身不會(huì)受到損壞，因此，一旦電流恢復(fù)正常即可復(fù)位。
過載電流的起因有很多，但均對人員和設(shè)備構(gòu)成潛在危險(xiǎn)，例如船舶、車輛、軍事設(shè)施、電信和數(shù)據(jù)通信設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化、家用電器、暖通空調(diào)和可再生能源等電氣裝置都有可能發(fā)生過載電流。
斷路器類型
斷路器應(yīng)用范圍如此廣泛，因此，可以根據(jù)需要量身定制各種設(shè)計(jì)和功能。工程師在選擇斷路器時(shí)，必須考慮其所在行業(yè)要求的機(jī)構(gòu)認(rèn)證、所需的電流和電壓額定值、能預(yù)料到的斷路器電氣輸入類型、所需的中斷容量以及所需的任何時(shí)延或高浪涌保護(hù)。
這些需求共同決定要使用的斷路器總體技術(shù)和具體功能。斷路器主要有三種類型：液壓電磁斷路器、熱斷路器、設(shè)備漏電和接地故障斷路器。
液壓電磁斷路器
液壓電磁斷路器由一個(gè)電流感應(yīng)線圈與一系列觸頭串聯(lián)組成。線圈上纏繞著一根非磁性延時(shí)管。延時(shí)管內(nèi)裝有一個(gè)移動(dòng)鐵芯，用彈簧懸放在一側(cè)。
線圈組構(gòu)成一個(gè)電磁體。當(dāng)觸頭閉合時(shí)，電流流過線圈并產(chǎn)生磁場。根據(jù)右手定則，磁場對延時(shí)管內(nèi)的鐵芯產(chǎn)生作用力，把它拉到線圈中心。電流增大，磁場增強(qiáng)，把鐵芯拉入線圈的作用力增大。
隨著鐵芯更多地進(jìn)入線圈，磁性金屬的體積增大，磁場增強(qiáng)，電磁作用力增大。
在過電流情況下，鐵芯被更大的作用力拉入線圈和磁極。鐵芯完全進(jìn)入線圈后，銜鐵就會(huì)被磁力吸引到磁極。銜鐵移動(dòng)，打開脫扣機(jī)構(gòu)，斷開觸頭，從而斷開電路。
這種斷路器技術(shù)的“液壓”部分是指帶磁芯的非磁性延時(shí)管中的流體。流體的粘度決定了斷路器對跳閘點(diǎn)上電流反應(yīng)的延遲時(shí)間的長短。通常在電流可能有波動(dòng)時(shí)使用，但不會(huì)損壞設(shè)備，或者更常見于需要高浪涌的設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)。不論是任何類型的延遲，短路都會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)過流狀態(tài)，立即產(chǎn)生磁場和瞬時(shí)跳閘。
液壓電磁斷路器的優(yōu)點(diǎn)是對環(huán)境溫度變化很不敏感。電流感應(yīng)線圈不具有溫度敏感性；液壓油的粘度會(huì)隨著溫度變化，因此，隨著溫度的升高或降低，延遲曲線會(huì)略有變化。此外，這些斷路器不需要加熱來達(dá)到所需的延遲曲線。它們還可以在過載情況得到糾正后立即復(fù)位。
這類斷路器通常用于數(shù)據(jù)中心和電信應(yīng)用，可再生能源裝置和電動(dòng)汽車等高壓裝置，以及極端溫度環(huán)境。
熱斷路器
熱斷路器使用與電路串聯(lián)的雙金屬片。隨著電流增大，金屬片的溫度升高，但是一種金屬受溫度變化產(chǎn)生的形變大于另一種金屬。這種不均勻的變形導(dǎo)致整個(gè)金屬片彎曲，斷開電路并使斷路器跳閘。
這種斷路器設(shè)計(jì)簡單，可在跳閘后輕松復(fù)位，還可用作電路的主開關(guān)。
但是，它的主要缺點(diǎn)是易受環(huán)境溫度的影響。當(dāng)周圍環(huán)境溫度高時(shí)，斷路器在電流低于其設(shè)定點(diǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生誤跳閘。同樣，如果環(huán)境溫度過低，則斷路器可能無法在電流臨界值時(shí)發(fā)生跳閘。
這些簡單的斷路器通常作為斷路器總成的一部分，斷路器總成還包括用于對短路情況作出反應(yīng)的電磁式斷路器和用于手動(dòng)接通或斷開電路的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
設(shè)備漏電和接地故障斷路器
設(shè)備漏電和接地故障斷路器綜合了接地故障電路中斷（GFCI）斷路器的功能和液壓電磁斷路器的可調(diào)過電流保護(hù)功能。
GFCI將返回電源的電流（中性）與離開電源的電流（相）進(jìn)行比較。由于相繞組和中性繞組的極性相反，電流相等，在正常工作條件下，會(huì)產(chǎn)生可完全抵消的正負(fù)電動(dòng)勢（EMF）。如有任何電流漏到地面，斷路器電子裝置可檢測到非零合成電動(dòng)勢（EMF），進(jìn)而產(chǎn)生跳閘，停止電流流動(dòng)。
這種電流感應(yīng)方案非常靈敏，這種斷路器可在接地故障未正常觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)斷路器跳閘時(shí)，將設(shè)備置于安全的開路模式。在發(fā)生跳閘時(shí)，電子裝置會(huì)使LED燈亮起，向用戶說明跳閘是由接地漏電而非過流情況引起的，從而快速診斷出跳閘原因，防止嚴(yán)重的設(shè)備損壞并降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。
這類斷路器常用于船舶應(yīng)用中的交流支路接地故障保護(hù)，也可用于便攜式發(fā)電機(jī)和交流主電路。
先進(jìn)的斷路器應(yīng)用
在保護(hù)電路和設(shè)備方面，每種斷路器技術(shù)都有具體針對的應(yīng)用領(lǐng)域。如今，隨著設(shè)備越來越依賴智能電子設(shè)備并連接到物聯(lián)網(wǎng)，斷路器需求越來越大。不斷發(fā)展的新興應(yīng)用依賴斷路器，特別是液壓電磁斷路器，來保護(hù)敏感電子設(shè)備并確保電力安全地流向其應(yīng)用。數(shù)據(jù)中心、太陽能裝置、惡劣環(huán)境和新興技術(shù)只是智能斷路器發(fā)揮作用的幾個(gè)領(lǐng)域。
數(shù)據(jù)中心的電源分配插座
電信和數(shù)據(jù)中心需要將大量設(shè)備安裝到一個(gè)狹小的空間內(nèi)，其中包括向服務(wù)器輸送電力的電源分配插座（PDU）。反過來，PDU需要斷路器來保護(hù)敏感電子設(shè)備免受短路和過流情況的影響。在這些密閉空間內(nèi)，主要擔(dān)心火災(zāi)和過熱風(fēng)險(xiǎn)。
建造數(shù)據(jù)中心的工程師希望尋找正常工作電流為1至30安的緊湊、低矮型單刀或雙刀斷路器。由于這些數(shù)據(jù)中心的用電量很大，PDU的斷路器需要能夠在發(fā)生短路時(shí)中斷高達(dá)10,000安培的電流。
數(shù)據(jù)中心還必須符合北美UL 489標(biāo)準(zhǔn)和歐洲IEC EN60947-2標(biāo)準(zhǔn)等行業(yè)要求，例如UL 489規(guī)定的端子保護(hù)隔板，以及元件間最小間距。
在某些數(shù)據(jù)中心，工程師可借助斷路器節(jié)省空間，該斷路器可用作電流互感器，還可以99％的精度監(jiān)測電流，并遠(yuǎn)程報(bào)告PDU上連接的每個(gè)設(shè)備的用電量。此類互感器還可以最大化電源分配效率并方便負(fù)載調(diào)整。
太陽能裝置
太陽能裝置收集一系列光伏電池產(chǎn)生的電能，并將電能匯集到一個(gè)中心點(diǎn)。匯流箱收集各個(gè)電板上的電流，具有很高的直流電壓和電流。這些匯流箱和緊急切斷開關(guān)中的電路需要斷路器來保護(hù)其免受過電流情況的影響，過電流可能引發(fā)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，損壞價(jià)格昂貴的設(shè)備并在無人值守的設(shè)施中快速蔓延。
在這些陣列中，工程師希望采用液壓電磁斷路器，由于太陽能裝置暴露在自然環(huán)境中，因此要求斷路器在高溫和低溫環(huán)境下都能正常工作。有些斷路器的設(shè)計(jì)工作溫度為-40°C至85°C。
緊湊型斷路器有助于減小電子機(jī)箱的尺寸。斷路器還必須能夠處理1-125安的電流以及600VDC或以上的電壓。
在這么高的工作電流和電壓條件下，若不能適當(dāng)?shù)乜刂齐娏髦袛鄷r(shí)產(chǎn)生的電弧，則會(huì)產(chǎn)生很大的熱量。某些設(shè)計(jì)采用增強(qiáng)磁通量的端子結(jié)構(gòu)。由此產(chǎn)生的強(qiáng)磁場激勵(lì)電弧進(jìn)入斷路器的電弧室。帶有集成加壓管壁的電弧分離板可快速將熱量從電弧傳遞出去，防止過熱并促使全電弧熄滅。
在這些環(huán)境中使用的斷路器必須符合UL489、UL489B和TUV EN60947-2等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
惡劣環(huán)境
必須在海洋環(huán)境、戶外或非公路環(huán)境下工作的設(shè)備需要能夠應(yīng)付惡劣條件的電子設(shè)備。許多軍事應(yīng)用也需要能夠承受惡劣環(huán)境的設(shè)備，確保設(shè)備在任何情況下均可正常工作。無論在任何惡劣環(huán)境下，噴灑水、鹽水、灰塵或濕氣，電子設(shè)備均需要完好密封，以防異物進(jìn)入。
為這些應(yīng)用選擇斷路器的工程師通常會(huì)采用面板和拴扣上均有密封的裝置。這些裝置需充分密封，以達(dá)到IP68的防護(hù)等級。“6”表示該部件完全密封，可防止固體顆粒進(jìn)入，“8”表示它可以浸沒到1.5米的深度持續(xù)30分鐘不會(huì)損壞。若是軍事應(yīng)用，還需要同時(shí)達(dá)到MIL-PRF-39019F標(biāo)準(zhǔn)。
使用商用現(xiàn)貨（COTS）零件制造的軍用斷路器還應(yīng)根據(jù)MIL-PRF-55629和MIL STD 202標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗振動(dòng)和抗沖擊測試。若符合這些標(biāo)準(zhǔn)，則能確保在額定電流下，可以承受10至55Hz振動(dòng)和10 g，55至500 Hz振動(dòng)以及100g，6ms沖擊力時(shí)，偏移0.060英寸。
惡劣環(huán)境還包括-40°C至85°C的大范圍溫度變化以及-55°C到+ 25°C的溫度驟增或者+ 85°C到+ 25°C的溫度驟減等熱沖擊。液壓電磁斷路器對溫度波動(dòng)不敏感，在該領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
由于在許多應(yīng)用中都需要在惡劣環(huán)境下工作，于是斷路器制造商制造了具有多達(dá)三極的堅(jiān)固密封裝置，設(shè)計(jì)可用于處理0.2至30安的電流和各種電壓。
新興產(chǎn)業(yè)
電子世界正在以前所未有的速度發(fā)展。曾經(jīng)充滿未來感的產(chǎn)品，比如油電混合動(dòng)力汽車現(xiàn)在已經(jīng)很常見了，純電動(dòng)汽車和智能建筑組件也是無處不在。雖然這些裝置各有不同，但確實(shí)有一些共性。
電動(dòng)汽車和智能建筑領(lǐng)域的工程師都在尋找結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、維護(hù)成本低的產(chǎn)品。傳輸當(dāng)前使用數(shù)據(jù)和其他反饋的功能在這些應(yīng)用中也很有用。
一些斷路器通過提供帶有端子總線連接器和可選輔助觸頭的DIN導(dǎo)軌安裝裝置來滿足這些需求。這些輔助觸頭可以為指示燈供電，遠(yuǎn)程指示斷路器的狀態(tài)。
這些裝置配有更長使用壽命的滑動(dòng)觸頭，還符合UL 489和UL 1077標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)的cUL、TUV、CSA和CCC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。此類斷路器配置有單極至四極，工作電流為0.1-63安培，工作電壓為80或125V直流電壓或480V或以下交流電壓。
對于更高電流條件下的應(yīng)用，例如為電動(dòng)汽車充電，工程師希望采用最大工作電壓為600 VAC以及工作電流為0.1至100安的斷路器。
選擇合適的斷路器›
市面上的斷路器類型和應(yīng)用類型一樣多。一些斷路器對溫度不敏感，另一些則需要依據(jù)溫度變化來感測過流條件。一些斷路器可安全處理大電流，另一些則需要檢測低電流應(yīng)用中的微小變化。一些斷路器設(shè)計(jì)堅(jiān)固耐用，適用于極端環(huán)境，而另一些斷路器則設(shè)計(jì)簡單，盡可能緊湊。
在為給定應(yīng)用指定斷路器時(shí)，工程師必須考慮除額定電流和電壓以外的許多因素，包括反應(yīng)時(shí)間、復(fù)位時(shí)間和設(shè)計(jì)延遲能力；能夠承受沖擊并防止顆粒和水進(jìn)入的能力；溫度性能；以及形狀系數(shù)。因此，盡管斷路器可能在工程師的設(shè)計(jì)中只是輔助作用，但選擇合適的斷路器并不是一項(xiàng)簡單的工作。
斷路器公司擁有大量的工程師和應(yīng)用專家，可以幫助指導(dǎo)工程師針對具體的應(yīng)用選擇最適合的斷路器。
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