断路器的工作原理

这张图显示了断路器的基本部件和设计。HowStuffWorks

的配电电网将发电厂的电力输送到你家。在你的房子里，电荷在一个由许多小电路组成的大电路中运动。电路的一端热丝，通往发电厂。另一端，叫做中性线,导致地面．因为热导线连接一个高能量源，中性导线连接一个电中性源(地球)，电路中有一个电压——当电路关闭时，电荷就会移动。据说电流是交流电因为它会迅速改变方向。(见配电网是如何工作的为更多的信息。)

配电网以一致的电压(在美国是120伏和240伏)提供电力，但在一个家庭中电阻(因此电流)是不同的。所有不同的灯泡而电器提供一定的电阻，也称电阻负载．这个电阻使设备工作。例如，一个灯泡里面有一根灯丝，它能很好地抵抗流动电荷。电荷必须努力工作才能移动，从而加热灯丝，使其发光。

在建筑布线中，热线和零线决不直接接触。通过电路的电荷总是通过一个装置，这个装置起电阻的作用。通过这种方法，电器中的电阻限制了流经电路的电荷量(在电压和电阻不变的情况下，电流也必须是恒定的)。为了安全起见，电器的设计是使电流保持在相对较低的水平。在某个特定时间，如果有太多的电荷流过电路，就会将电器的电线和建筑物的电线加热到不安全的水平，从而可能引发火灾。

这使得电力系统在大多数时候都能平稳运行。但偶尔，会有东西将热线直接连接到中性线或其他指向地面的东西。例如，风扇电动机可能会过热并熔化，将热和中性的电线熔合在一起。或者有人会把钉子钉进墙里他不小心刺穿了其中一根电线。当热线直接接地时，电路中的电阻很小，因此电压推动大量电荷通过热线。如果这种情况持续下去，电线可能会过热并引起火灾。

断路器的工作是在电流超过安全水平时切断电路。在下面的小节中，我们将了解它是如何做到这一点的。

最简单的电路保护装置是保险丝．保险丝只是一根细线，封装在外壳里，插入电路。当一个电路闭合时，所有的电荷都流过熔断丝——熔断丝经历的电流与电路中任何其他点的电流相同。保险丝被设计成分解当电流上升到一定的温度时，如果电流上升得太高，就会烧毁电线。在过量电流损坏建筑物的线路之前，破坏保险丝就会断开电路。

保险丝的问题是只能用一次。每次你把保险丝烧断，就得换一个新的。断路器的功能与保险丝相同——当电流上升到不安全的水平时，它就会断开电路——但你可以反复使用它。

基本的断路器由一个简单的开关，连接到双金属条或电磁铁．下图展示了一个典型的电磁铁设计。

电路中的热线连接到开关的两端。当开关翻转到开的位置时，电流可以从底部的端子流过电磁铁，向上流到动触点，穿过动触点，流出到上端的端子。

电磁化电磁铁(见电磁铁的工作原理找出原因)。电流增加会增强电磁铁的磁力，电流减少则会降低磁性。当电流跳到不安全的水平时，电磁铁足够强大，可以拉下连接到开关连杆的金属杆。整个连杆移动，移动触点从静止触点倾斜，断开电路。停电了。

一个双金属片设计原理是一样的，只不过大电流不是激发电磁铁，而是弯曲细条来移动连杆。一些断路器使用爆炸性的指控按下开关。当电流上升到一定水平时，它点燃爆炸性物质，驱动活塞打开开关。

更多的先进的断路器使用电子组件(半导体来监测电流水平，而不是简单的电子设备。这些元件要精确得多，而且它们能更快地关闭电路，但它们也贵得多。由于这个原因，大多数房屋仍然使用传统的断路器。

其中一种可以直接安装在插座上，尤其是在浴室水槽附近的插座是接地故障断路器,或GFCI．这些复杂的断路器它们的设计初衷是保护人们免受电击，而不是防止建筑物的电线受损。GFCI持续监测电路中性线和热线中的电流。当一切正常工作时，两根电线中的电流应该完全相同。一旦热线直接连接到地面(例如，如果有人意外地接触到热线)，电流水平在热线，而不是在中性线。一旦发生这种情况，GFCI就会切断电路，防止触电。由于不需要等待电流上升到不安全水平，GFCI的反应速度要比传统的断路器快得多。

房子里所有的电线都要通过中央断路器面板(或保险丝盒面板)，通常在地下室或壁橱里。一个典型的中央面板包括大约12个断路器开关，通向屋内的各种电路。这个盒子用两个子类型的断路器，称为单极和双极。单极断路器可以承受120伏的电流，可以处理大多数家用设备。双极断路器的特点是两个开关熔合成一个，可携带240伏特电流，为烤箱和干衣机等要求更高的设备提供专用插座。一个电路可能包括客厅里所有的插座，另一个电路可能包括楼下所有的照明。较大的电器，如中央电器空调系统或冰箱它们通常都在自己的电路上。

另一种被引入家庭的类型叫做电弧故障断续器或AFCI。这些断路器可以通过电子手段监测家庭电网的电弧故障，老式断路器可能不会出现这种故障，但仍然会导致电线过热，在某些情况下还会引发火灾。afci正在与典型的中央断路器一起安装，以提供广泛的保护。

有关断路器和其他电气系统的更多信息，请查看下面的链接。

最初出版:2002年5月9日