【導讀】斷路器隨處可見。如果某項技術、產品或設備依靠電力運行，則很可能至少帶有一個斷路器，以確保用戶和內部組件的安全。
斷路器隨處可見。如果某項技術、產品或設備依靠電力運行，則很可能至少帶有一個斷路器，以確保用戶和內部組件的安全。
斷路器是在檢測到預先設定的過載電流時自動斷開電路以停止電流流動的裝置。斷路器本身不會受到損壞，因此，一旦電流恢復正常即可復位。
過載電流的起因有很多，但均對人員和設備構成潛在危險，例如船舶、車輛、軍事設施、電信和數(shù)據(jù)通信設備、工業(yè)自動化、家用電器、暖通空調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
斷路器應用范圍如此廣泛，因此，可以根據(jù)需要量身定制各種設計和功能。工程師在選擇斷路器時，必須考慮其所在行業(yè)要求的機構認證、所需的電流和電壓額定值、能預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延或高浪涌保護。
這些需求共同決定要使用的斷路器總體技術和具體功能。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電流感應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管。延時管內裝有一個移動鐵芯，用彈簧懸放在一側。
線圈組構成一個電磁體。當觸頭閉合時，電流流過線圈并產生磁場。根據(jù)右手定則，磁場對延時管內的鐵芯產生作用力，把它拉到線圈中心。電流增大，磁場增強，把鐵芯拉入線圈的作用力增大。
隨著鐵芯更多地進入線圈，磁性金屬的體積增大，磁場增強，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。鐵芯完全進入線圈后，銜鐵就會被磁力吸引到磁極。銜鐵移動，打開脫扣機構，斷開觸頭，從而斷開電路。
這種斷路器技術的“液壓”部分是指帶磁芯的非磁性延時管中的流體。流體的粘度決定了斷路器對跳閘點上電流反應的延遲時間的長短。通常在電流可能有波動時使用，但不會損壞設備，或者更常見于需要高浪涌的設備，如電動機。不論是任何類型的延遲，短路都會產生瞬時過流狀態(tài)，立即產生磁場和瞬時跳閘。
液壓電磁斷路器的優(yōu)點是對環(huán)境溫度變化很不敏感。電流感應線圈不具有溫度敏感性；液壓油的粘度會隨著溫度變化，因此，隨著溫度的升高或降低，延遲曲線會略有變化。此外，這些斷路器不需要加熱來達到所需的延遲曲線。它們還可以在過載情況得到糾正后立即復位。
這類斷路器通常用于數(shù)據(jù)中心和電信應用，可再生能源裝置和電動汽車等高壓裝置，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生的形變大于另一種金屬。這種不均勻的變形導致整個金屬片彎曲，斷開電路并使斷路器跳閘。
這種斷路器設計簡單，可在跳閘后輕松復位，還可用作電路的主開關。
但是，它的主要缺點是易受環(huán)境溫度的影響。當周圍環(huán)境溫度高時，斷路器在電流低于其設定點時會發(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的電磁式斷路器和用于手動接通或斷開電路的執(zhí)行機構。
設備漏電和接地故障斷路器
設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過電流保護功能。
GFCI將返回電源的電流（中性）與離開電源的電流（相）進行比較。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，會產生可完全抵消的正負電動勢（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勢（EMF），進而產生跳閘，停止電流流動。
這種電流感應方案非常靈敏，這種斷路器可在接地故障未正常觸發(fā)標準斷路器跳閘時，將設備置于安全的開路模式。在發(fā)生跳閘時，電子裝置會使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，防止嚴重的設備損壞并降低火災風險。
這類斷路器常用于船舶應用中的交流支路接地故障保護，也可用于便攜式發(fā)電機和交流主電路。
先進的斷路器應用
在保護電路和設備方面，每種斷路器技術都有具體針對的應用領域。如今，隨著設備越來越依賴智能電子設備并連接到物聯(lián)網(wǎng)，斷路器需求越來越大。不斷發(fā)展的新興應用依賴斷路器，特別是液壓電磁斷路器，來保護敏感電子設備并確保電力安全地流向其應用。數(shù)據(jù)中心、太陽能裝置、惡劣環(huán)境和新興技術只是智能斷路器發(fā)揮作用的幾個領域。
數(shù)據(jù)中心的電源分配插座
電信和數(shù)據(jù)中心需要將大量設備安裝到一個狹小的空間內，其中包括向服務器輸送電力的電源分配插座（PDU）。反過來，PDU需要斷路器來保護敏感電子設備免受短路和過流情況的影響。在這些密閉空間內，主要擔心火災和過熱風險。
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)生短路時中斷高達10,000安培的電流。
數(shù)據(jù)中心還必須符合北美UL 489標準和歐洲IEC EN60947-2標準等行業(yè)要求，例如UL 489規(guī)定的端子保護隔板，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，并遠程報告PDU上連接的每個設備的用電量。此類互感器還可以最大化電源分配效率并方便負載調整。
太陽能裝置
太陽能裝置收集一系列光伏電池產生的電能，并將電能匯集到一個中心點。匯流箱收集各個電板上的電流，具有很高的直流電壓和電流。這些匯流箱和緊急切斷開關中的電路需要斷路器來保護其免受過電流情況的影響，過電流可能引發(fā)火災風險，損壞價格昂貴的設備并在無人值守的設施中快速蔓延。
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。有些斷路器的設計工作溫度為-40°C至85°C。
緊湊型斷路器有助于減小電子機箱的尺寸。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?shù)乜刂齐娏髦袛鄷r產生的電弧，則會產生很大的熱量。某些設計采用增強磁通量的端子結構。由此產生的強磁場激勵電弧進入斷路器的電弧室。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)標準。
惡劣環(huán)境
必須在海洋環(huán)境、戶外或非公路環(huán)境下工作的設備需要能夠應付惡劣條件的電子設備。許多軍事應用也需要能夠承受惡劣環(huán)境的設備，確保設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，電子設備均需要完好密封，以防異物進入。
為這些應用選擇斷路器的工程師通常會采用面板和拴扣上均有密封的裝置。這些裝置需充分密封，以達到IP68的防護等級。“6”表示該部件完全密封，可防止固體顆粒進入，“8”表示它可以浸沒到1.5米的深度持續(xù)30分鐘不會損壞。若是軍事應用，還需要同時達到MIL-PRF-39019F標準。
使用商用現(xiàn)貨（COTS）零件制造的軍用斷路器還應根據(jù)MIL-PRF-55629和MIL STD 202標準進行抗振動和抗沖擊測試。若符合這些標準，則能確保在額定電流下，可以承受10至55Hz振動和10 g，55至500 Hz振動以及100g，6ms沖擊力時，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不敏感，在該領域應用廣泛。
由于在許多應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三極的堅固密封裝置，設計可用于處理0.2至30安的電流和各種電壓。
新興產業(yè)
電子世界正在以前所未有的速度發(fā)展。曾經充滿未來感的產品，比如油電混合動力汽車現(xiàn)在已經很常見了，純電動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，但確實有一些共性。
電動汽車和智能建筑領域的工程師都在尋找結構緊湊、重量輕、維護成本低的產品。傳輸當前使用數(shù)據(jù)和其他反饋的功能在這些應用中也很有用。
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觸頭，還符合UL 489和UL 1077標準以及相關的cUL、TUV、CSA和CCC標準認證。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用，例如為電動汽車充電，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用中的微小變化。一些斷路器設計堅固耐用，適用于極端環(huán)境，而另一些斷路器則設計簡單，盡可能緊湊。
在為給定應用指定斷路器時，工程師必須考慮除額定電流和電壓以外的許多因素，包括反應時間、復位時間和設計延遲能力；能夠承受沖擊并防止顆粒和水進入的能力；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計中只是輔助作用，但選擇合適的斷路器并不是一項簡單的工作。
斷路器公司擁有大量的工程師和應用專家，可以幫助指導工程師針對具體的應用選擇最適合的斷路器。
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