《电工电子学》 课外拓展阅读报告
生活中的电工电子学 --两类常见的电路保护器：
熔断器与断路器
姓 名： 指导教师： 学 号： 6 专业班级：
2012年12月
生活中的电工电子学
--两类常见的电路保护器：熔断器与断路器
摘要： 生活中和电气工业中经常使用两种类型的电路保护器，熔断器与断路器，这两种保护器都能实现短路保护，但是由于原理结构不同，应用范围、优缺点各不相同，给现实中电路保护器的选择带来了难题。本文通过对各种熔断器、断路器的分类分析和综合对比，分析了这两类电路保护器的工作原理、结构、优缺点、应用，给出了现实中电路保护器的选择建议。
1 熔断器的简单工作原理和分类特点
1.1 熔断器的简单工作原理
熔断器也被称为保险丝，英文名为\。定义是：当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电器。[1]它是一种安装在电路中，保证电路安全运行的元件。熔断器其实就是一种短路保护器，广泛用于配电系统和控制系统，主要进行短路保护或严重过载保护。基本工作原理是：当电路上电流过大时，使其中的金属线或片产生高温而熔断，导致开路而中断电流，以保护电路免于受到伤害。旧保险丝熔断后需要人工更换新的保险丝以使电路恢复运行。
具体工作原理如下：熔断器的工作原理是一个简单的I2R与时间的关系。电流越大，熔断或开路时间越短。熔断器的功耗与通过熔断器的电流的平方成正比。当功耗过高时，熔断器熔断。这个特性同样适用于受熔断器保护的线束。如果产生的热量超过散发的热量，熔断器的温度就会增加，当温度升到熔断器的熔丝熔点时熔断器就发生熔断亦即断开电路起到保护作用。
图1 熔断器工作原理示意图
1.2 熔断器的主要分类及特点
常见的熔断器有以下几种：插入式熔断器、螺旋式熔断器、封闭式熔断器、快速熔断器、自复熔断器。接下来我将从材料、结构、电路特性等方面进行分析。
（1）插入式熔断器[2]如图2所示，它常用于380V及以下电压等级的线路末端，作为配电支线或电气设备的短路保护用。
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图2 插入式熔断器
1-动触点 2-熔体 3-瓷插件 4-静触点 5-瓷座
（2）螺旋式熔断器 如图2所示。熔体上的上端盖有一熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器马上弹出，可透过瓷帽上的玻璃孔观察到，它常用于机床电气控制设备中。螺旋式熔断器。分断电流较大，可用于电压等级500V及其以下、电流等级200A以下的电路中，作短路保护。
图3 螺旋式熔断器
1-底座 2-熔体 3-瓷帽
（3）封闭式熔断器 封闭式熔断器分有填料熔断器和无填料熔断器两种，如图3和图4所示。有填料熔断器一般用方形瓷管，内装石英砂及熔体，分断能力强，用于电压等级500V以下、电流等级1KA以下的电路中。无填料密闭式熔断器将熔体装入密闭式圆筒中，分断能力稍小，用于500V以下，600A以下电力网或配电设备中。
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图4 无填料密闭管式熔断器
1-铜圈 2-熔断管 3-管帽 4-插座 5-特殊垫圈 6-熔体 7-熔片
（4）快速熔断器 它主要用于半导体整流元件或整流装置的短路保护。由于半导体元件的过载能力很低。只能在极短时间内承受较大的过载电流，因此要求短路保护具有快速熔断的能力。快速熔断器的结构和有填料封闭式熔断器基本相同，但熔体材料和形状不同，它是以银片冲制的有V形深槽的变截面熔体。
5）自复熔断器 采用金属钠作熔体，在常温下具有高电导率。当电路发生短路故障时，短路电流产生高温使钠迅速汽化，汽态钠呈现高阻态，从而限制了短路电流。当短路电流消失后，温度下降，金属钠恢复原来的良好导电性能。自复熔断器只能限制短路电流，不能真正分断电路。其优点是不必更换熔体，能重复使用。
2 断路器的简单工作原理和分类
断路器（英文名称：circuit-breaker，circuit breaker）是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包括短路条件）下的电流的开关装置。断路器可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。
断路器是电力系统中的关键元件,断路器的任务是关、合负荷电流及开断短路故障电流,保护电网及回路上电器设备免受损坏。[3]目前，已获得了广泛的应用。 2.1 断路器的简单工作原理[4]
断路器一般由触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器、外壳等构成。当短路时，大电流（一般10至12倍）产生的磁场克服反力弹簧，脱扣器拉动操作机构动作，开关瞬时跳闸。当过载时，电流变大，发热量加剧，双金属片变形到一定程度推动机构动作（电流越大，动作时间越短）。现在有电子型的，使用互感器采集各相电流大小，与设定值比较，当电流异常时微处理器发出信号，使电子脱扣器带动操作机构动作.断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。而高压断路器要开断1500V，电流为1500-2000A的电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。故灭弧是高压断路器必须解决的问题。吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。低压断路器也称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。
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图5 低压断路器结构及工作原理
低压断路器具有多种保护功能（过载、短路、欠电压保护等）、动作值可调、断路器分断能力高、操作方便、安全等优点，所以目前被广泛应用。结构和工作原理低压断路器由操作机构、触点、保护装置（各种脱扣器）、灭弧系统等组成。低压断路器的主触点是靠手动操作或电动合闸的。主触点闭合后，自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电路。当电路过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当电路欠电压时，欠电压脱扣器的衔铁释放。也使自由脱扣机构动作。分励脱扣器则作为远距离控制用，在正常工作时，其线圈是断电的，在需要距离控制时，按下起动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触点断开，完成动作。
2.2 断路器的常见分类及特点
断路器有多种分类方式，如果按照结构分，可以分为两种——框架式断路器和塑料外壳式断路器。框架式断路器俗称万能断路器；塑料外壳式断路器俗称“空气开关”。他们具有短路和过载保护，可重复使用。如果按照操作方式分，有电动操作式、储能操作式和手动操作式。按工作电压分，有低压断路器和高压断路器。按使用类别分：有选择型和非选择型等等，不一而足。下面我将只对几种有特色的的断路器进行分析。
(1) 剩余电流动作断路器[5]
漏电断路器主要由检测元件、中间环节、脱扣机构和试验装置等 4 个部分组成。检测元件即零序电流互感器, 被保护的相线和零线同时穿过零序电流互感器的铁芯构成了互感器的一次线圈, 缠绕在铁芯上的绕组构成了二次线圈且二次绕组的输出端和漏电脱扣线圈相连接。漏电脱扣器的衔铁
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