各位,注意看标题啊,是浅谈,我不骗你,真的是浅谈;如果碰巧有同行业的大神看到这边文章也请不要给我嫌弃的小眼神,毕竟太牛x的我也写不出来……
大家都知道,我们每天的生活和电息息相关,电无处不在,它给我们的生活带来了极大的方便,试想下,假设没有电,我们熟悉的生活会变成什么样?
想到这里,是不是感觉自己要崩溃了,是不是觉得生活将变得毫无意义。还好,还好,不用担心,只是假设,啦啦啦~
如果在生产和生活中不注意安全用电,也会带来灾害。例如,触电可造成人身伤亡,设备漏电可能酿成火灾、爆炸,高频用电设备可产生电磁污染等。
说到断路器,大多数非电气行业人可能不知道是什么,对此毫无概念,记得楼主刚开始工作时,很大同学、朋友问我们公司主要生产什么,当我提到断路器时,很多人一脸懵X,当然这也不能怪他们,毕竟隔行如隔山。其实断路器我们每家每户都有,只是大多时候它只是在默默的守护我们的用电安全,大家毫无注意到它的存在。
本文将简单介绍小型断路器的作用和其工作原理,目的是帮助非电气行业的人员了解断路器到底是个什么东西,到底这个东西有何作用。
3.微型断路器:符号为MCB——Micro Circuit Breaker,又叫小型断路器,其额定电流一般从1A到63A,额定电流最小,但却是家用断路器的主力军,最为常见。
小型断路器是最常见的,你住的酒店,你逛的商场,都有它的身影,相信很多人是和它见过面的,只是不认识它,下面我放了一张配电箱图。看到这里,无聊到发慌的你可以找找你家入户的墙角,每个房子可能位置不同,但毫不夸张的说基本每家都可以找到。
那么断路器到底有什么作用呢,简单说就是保护我们的用电安全,防止触电事故。下面我们来看下专业的定义,按照国标GB10963.1-2005《家用及类似场所用过电流保护断路器》3.1.4,它对断路器有如下定义:
我们看到定义中不但提到“正常电路”也提到“异常电路”,很明显简单理解就是断路器能在无故障也能在一定故障条件下工作,保护用电线路。而断路器的保护作用主要就是指“故障条件下”的工作情况,这里提到的“故障条件”具体是指电路出现过载或短路,当电路中出现过载或短路时,断路器就是用来切断电流的设备,相当于水龙头,它控制的水流,而断路器控制的是电流。
断路器保护作用的实现主要利用:过载和断路时线路中的电流比正常无故障工作时的电流要大。知道这一点很重要,是断路器保护功能实现的基础。
我们看到上图是目前常见小型断路器的内部结构,因为本文需要照顾到大多数非专业人员,只是用来普及知识,所以机构方面不做深究,为了帮助大家理解,这里大家只要知道断路器怎么才能脱扣(分闸)即可, 简述如下:
如上图,产品右上角那一旮沓几个零件共同组成断路器的机构,零件a和零件b分别可绕轴O2和O1旋转。当推动手柄合闸时,零件a和零件b闭锁,断路器合闸,动静触头闭合;当断路器机构中零件b围绕O1逆时针转动时,就会造成机构解锁,从而产品分闸,动静触头分离。所以,大家只要知道,要想断路器脱扣,机构中零件b围绕O1逆时针转动即可。很明显,有两个零件是为了b转动而生的,没错,你没看错,分别是磁脱扣中的顶杆和热脱扣拉杆。(啊,哪个是热脱扣拉杆?不要怀疑,就是那个不起眼的小铁丝,不知道谁起的这么高大上的名字,哈哈)从图中可知,要使b围绕O1逆时针转动只要顶杆向右运动或者热脱扣拉杆向右运动即可,这就是传说中的被牵着鼻走。
1.过载保护:当线路中发生过载满足脱扣条件时,双金向右弯曲会带动热脱扣连杆向右运动,连杆拉着机构中的零件b围绕O1逆时针转动,机构解锁产品分闸。
2.短路保护:当线路中断路故障满足脱扣条件时,电磁脱扣机构中的顶杆向右运动,同样会碰到机构中的零件b,使其转动,机构解锁产品分闸。
好,看到这里,你可能还要问:双金为什么会向右弯曲啊,顶杆为什么会向右运动啊?不要着急哈,心急吃不了热豆腐。耐心听我一一道来~
下图是断路器闭合状态下正常工作时的电流所流经的各部件的情况,我们看到,断路器闭合工作时,磁脱扣、热脱扣机构中的线圈和双金被串联在线路中,电流流过线圈和双金。
由上文我们知道,要想了解过载保护,我们只要知道双金能弯曲的原理即可,谈到这里,不得不细讲下这个神奇的东西——双金,可以说过载保护,就是双金一“人”撑起来的,下面简述双金的工作原理:
热双金属是由两种或两种以上不同膨胀系数的金属或合金沿整个接触面牢固复合在一起组成的,具有随温度变化而发生形状变化的复合功能材料,下图是热双金属的示意图:
在热双金属的组元合金中,膨胀系数较高的一层组元合金一般称为主动层,膨胀系数较低的一层组元合金称为被动层。为了便于理解,大家可以把双金当做一段有电阻的导体,而此段导体有两层,当电流流过双金时,会发热,由于主动层和被动层膨胀系数不同,所以相同热量下,两层的弯曲程度不一样,从而表现的现象就向上图描述一样,受热后会向一侧弯曲。另外,为了满足功能需要,在主动层和被动层之间加入不同厚度的中间层作为导流层,可以获得热敏感性能基本相同,而电阻率不同的一系列电阻型热双金属。伸个懒腰,总算是把这么有灵性的东西的原理讲清楚了,乐~
同样,由上文,要想了解短路功能实现的原理,只要知道顶杆为何会向右运动,这里主要是靠电磁脱扣机构,如图,电磁脱扣机构主要由线圈、铁芯、弹簧、顶杆组成:
电路正常工作时,由于电流小,正常工作电流产生的吸力不足以克服弹簧的反作用力,因此线路能正常工作。当线路发生短路时,瞬间电流会很大,很高的电流流过感应线圈而产生强大磁场,磁场对铁芯有力的作用,由于短路电流与正常工作的电流相比几十倍或更大,线圈匝数没变,但电流增加几倍甚至几十倍,因此磁力也增加了几倍以至几十倍,使得铁芯克服弹簧的反作用力带动顶杆向右运动,顶杆碰到脱扣机构,产品分闸。
总之,无论线路发生过载还是短路,线路中的电流都会比正常情况下要大,当外电路发生过载时,电流增大,一方面会造成双金发热,双金向右上方弯曲,弯曲到一定程度时,会碰到热脱扣连杆,然后热脱扣连杆带动锁扣转动,使锁扣和跳扣分离,造成断开电路的目的;
短路时,电流瞬间增大的同时,线圈上的电流变化很大,进而产生增大的磁场,根据楞次定律,线圈里面的铁芯会阻碍磁场的增大,又因为由于壳体的阻挡,使得铁芯只能向右运动,带动锁扣使其和跳扣分离,同样达到断开电路保护线路目的。
了解一个产品如同了解一个人,首先要看外观,毕竟我们都是“外貌控”,以DELIXI某款小型产品为例,我们看下其外观移印的内容如下,同样国标GB10963.1上对标志也做了要求,具体如下:
其他都很好理解,这里简单解释下‘C20’:先说后面的数字‘20’,数字代表的就是断路器的额度工作电流,这里的C是断路器的脱扣类型,指的是瞬时脱扣类型,如果大家留意的话,还会碰到B/D型的,瞬时保护就是短路保护,这里的B/C/D简单理解断路器短路保护的三个等级,下图是GB10963.1-2005中对瞬时脱扣的规定:
以图中的C20为例:代表的意思是线路发生短路故障时,当短路电流达到额定电流20A的5~10倍时,即短路电流在100-200A范围时断路器应该脱扣不过,为了保证合格率和安全起见,一般工厂都会通过调整弹簧力值适当缩小范围,保证短路时在7~8倍短路电流使断路器脱扣,其他类型的含义以此类推。
单极:也叫1P,只能断开一根相线,适用于控制一相“火线P,一根接相线,一根接零线P,三根接“火线V电压线P,三根接“火线”,一根接零线,适用于三相四线P断路器拼装在一起,注意:这里的拼装在一起,并不是简单的组合,除了手柄处连接在一起,极与极之间还有拼装轴连接,目的就是保证一相线路有故障,另一极也会脱扣,3P、4P同理。
另外我们还会经常碰到1P+N的产品,简单理解,P代表极数,N代表零线P产品中每一极都是有保护功能的,而1P+N产品中,只有P极有保护功能,N极无保护功能。
由于本文主要是帮助非电气行业了解断路器的相关知识,所以很多地方没有深究,甚至像一些不同规格断路器的基本区别,例如:不同规格的断路器磁脱扣机构中的线圈、弹簧以及双金的牌号、双金的焊接位置的差别及原因等等这些都没有详细介绍,只是简单一笔带过,很多刚接触断路器的同事,特别是小型短路器,相信很多人都会认为就几十个零件,觉得断路器没什么技术含量,的确,和汽车或者其他高端制造业比起来,断路器的技术含量相对来说的确要羞愧的多,但是当你仔细研究、了解一段时间之后,其中还是有很多值得你钻研推究的地方,相信无论哪个行业,如果你要学的精,都不简单,都是需要付出很多时间和精力的。
如果有对断路器感兴趣的或者有其他问题,欢迎大家在评论区留言,相互交流,共同进步; 由于时间仓促,如发现本文有误的地方,欢迎大家指正——我肯定是不会改的~ ~最后感谢大家能够花费宝贵的时间阅读完这篇文章,希望你有所收获。