3.1 基本结构与工作原理
3.1.1 断路器型号及含义
柱上断路器的型号较多，柱上国产断路器一般按此规则命名，合资或外资企业的产品目前大多不遵守此规则。柱上断路器符号及含义如图3-1所示。
图3-1 柱上断路器符号及含义
真空系列断路器主要有ZW8系列、ZW32系列、ZW20系列等，由于设计序号是由每个厂家自行制定，所有具体型号不尽相同，但结构及性能等基本相同。ZW8系列如图3-2所示，ZW32系列如图3-3所示，ZW20系列如图3-4所示。
根据电流互感器装设位置的不同可分为内置式和外置式两种，根据是否装设隔离开关又分为两种如图3-5~图3-8所示。以国内最常用的ZW32-12型户外柱上真空断路器为例，参考配置图片如图3-9所示。
图3-2 ZW8系列断路器
图3-3 ZW32系列断路器
图3-4 ZW20系列断路器
图3-5 TA内置、固封一体式、无隔离断路器
图3-6 TA内置、固封一体式、有隔离断路器
图3-7 TA外置、固封一体式、无隔离断路器
图3-8 TA外置、固封一体式、有隔离断路器
图3-9 ZW32-12型户外柱上真空断路器
3.1.2 真空系列结构及特点
真空断路器主要由固封极柱、操作机构、外壳及电流互感器等组成。断路器整体采用三相支柱式布局，结构紧凑，体积小巧，重量轻，断路器整体重量一般不大于80kg，方便进行柱上安装。
真空断路器固封极柱采用户外环氧树脂整体浇注的绝缘结构，将真空灭弧室、主导电回路等结合成一个集成固封极柱，使真空灭弧室与绝缘结构一体化，大大提高了其绝缘性能，从而保护了真空灭弧室的外表面不受周围环境污染，提高了绝缘性能和防污秽、耐酸雨、防凝露的能力，并提高了耐臭氧、抗紫外线、抗老化能力，同时大大提高了机械强度。
操作机构主要采用弹簧机构或永磁结构，其中，弹簧机构又分为电动和手动两种。
断路器壳体一般采用高性能的不锈钢材料制成，并采用全密封结构，有效提高了防潮、防凝露性能，可用于严寒或潮湿地区。
断路器可外带三相联动的隔离开关，在隔离开关分闸状态下有明显可见断口，并具备与断路器本体之间的防误联锁装置，只有在隔离刀完全合闸或完全分闸时才可操作断路器。可连装避雷器支柱绝缘子，实现多元件集成化，维护方便。
断路器的分、合闸操作可采用手动、电动及远方操作，可与控制器配套实现配电自动化，也可与重合器控制器配合组成重合器。
3.1.3 SF6系列结构及特点
SF6系列户外柱上断路器为一种全新的柱上开关产品，20世纪90年代在我国高压电网中开始取得大量应用，但在低压配网中应用较少。该类型产品大多从国外引起而来，由于采用SF6作为灭弧室绝缘介质，因此对壳体密封性提出了较高的要求。又因为中低压开关结构的特殊性，加上气密性产品的生产制造成本较高，因此国内生产厂家极少，应用并不广泛。
SF6断路器主要由SF6灭弧室、操作机构、箱体、电流互感器、电压互感器等组成。正常工作室，箱体内部充入一定压力的SF6气体，开关本体外一般不再装设隔离开关。
首先，较真空断路器相比，SF6断路器具有更加丰富和优异的功能。机构箱体的防护等级可达IP67以上，体积小巧，内部可装设多种计量、测量及保护元件，比如装设三相电流互感器、三相或六相电压互感器、零序电流互感器及零序电压互感器，配合控制器，用以构成各种各样的保护。当装设零序电流互感器及零序电压互感器时，可构成方向性接地保护，能准确地判断故障区间，缩小停电范围。配备方向性接地保护的断路器常被称为分界开关，但该类保护在真空产品上几乎没有应用，这是SF6断路器的一大亮点。OFG12-ERA-A型智能分界开关如图3-10所示。
其次，SF6断路器的检测元件全部内置，体积小，且元件内置时，不需要像真空断路器外置检测元件一样，还要对检测元件单独提供绝缘及爬距，这对减小整个产品体积起到了很大作用。这是SF6断路器的另一亮点。
3.1.4 典型配置
根据构成保护功能的不同，可装设不同的检测元件，如（零序）电流互感器、（零序）电压互感器等。
根据操作方式的不同，可分为电动操作和手动操作两种，其中，手动操作型产品较电动型少了一个机构箱体。
图3-10 OFG12-ERA-A型智能分界开关
3.1.5 断路器电流互感器电流比的调整
1.ZW32系列电流互感器电流比调整
电流比的调整在一侧的接线盒内，接线盒可向上推开，接线盒的背面有详细的说明如图3-11所示。
图3-11 ZW32系列接线盒
2.ZW8系列电流互感器电流比的调整
（1）将隔离打到“分”位，如图3-12所示。
（2）拆掉两边的六颗螺钉，如图3-13所示。
图3-12 将隔离打到“分”位
图3-13 拆掉两边的六颗螺钉
（3）用螺丝刀锹机构盖后侧，抬起一条封，如图3-14所示。
（4）斜向前推机构盖，然后抬起取下，如图3-15所示。
图3-14 锹机构盖后侧
图3-15 取下机构盖
（5）接线状态如图3-16所示。
（6）调整电流比：移动FDK-2和FDK-5到需要的端子上，如图3-17所示。
图3-16 接线状态
图3-17 调整电流比
（7）短接：将最大的电流线与地线短接接地，如图3-18所示。
（8）机构盖装回注意事项：将指针拨到“分”位，推上边到位，摇指针是否卡入导槽，如没有，重装一次，安装螺丝，如图3-19所示。
图3-18 短接
图3-19 机构盖注意事项
3.智能型断路器电流比的调整（以一台CPT-31P重合闸控制器为例）
控制器配置：液晶屏，蓄电池，就地遥控，远程GPRS通信等，如图3-20所示。
图3-20 控制器配置
智能型控制器电流比调整相对于手动断路器调整要方便许多。
（1）调整电流比时不需要停电。
图3-21 控制器面板
（2）打开控制器面板如图3-21所示，断路器状态数据清晰可见。按下“设置”按键，显示屏显示参数设置，根据需要一一设置。
例如一台ZW32-12F/630的断路器配上该控制器，互感器电流比抽头有200/5、400/5、600/5三个，初始电流比设置是600/5，一次电流设定在600A。如需线路电流跳闸设置在458（任意值）。
电流互感器不需要动任意接线，打开控制器面板，按一下“设置”按键，如图3-22所示，相间电流比：120（即600/5）不用动，按键“上”“下”，选择要调节的项目，向下快速翻页可以再按一次“设置”键，定值设置“过流I段”：600A（原始设置），按“左”“右”键进行参数调整，按“左”键调小到458A，其他项不需要调整的话，按“确认”键，此次一次电流设定结束。如图3-23所示。控制器上所有电流显示均为一次值，方便操作人员操作。
图3-22 按下“设置”键，开始调整电流比
图3-23 电流比调整结束，按下“确认”键
3.1.6 断路器工作原理
1.作用
断路器的主要作用有两部分：①正常运行时，断路器与隔离开关、互感器、一次母线、变压器等其他元件一起，构成联通回路，为线路中各种负荷供给电能；②当系统中发生过负荷、失电压、欠电压或短路等异常现象时，由系统中的检测元件（电流互感器或电压互感器等）检测到异常数据，并发送给控制器，控制器将实时采集数据与整定值比较，发现实时数据超出整定值的范围时，给继电器发出跳闸信号，继电器驱动断路器中的储能电机，电机带动操作机构，操作机构通过联动传动装置，将断路器断口内的动、静触头拉开，将线路中的电流切断，避免因系统遭受异常电流或电压等因素造成设备损坏及人身安全。
2.真空断路器灭弧原理
真空断路器采用真空灭弧室，以真空作为灭弧和绝缘介质，具有优异的熄弧和绝缘能力。当动、静触头在操作机构作用下带电分闸时，在触头间将会产生真空电弧，同时，由于触头的特殊结构，在触头的间隙中也会产生适当的纵向磁场，促使真空电弧保持为扩散型，并使电弧均匀地分布在触头表面燃烧，维持低的电弧电压，在电流自然过零时，残留的离子、电子和金属蒸气在微秒数量级的时间内就可复合或凝聚在触头表面和罩上，灭弧室断口的介质绝缘强度很快被恢复，电弧从而被熄灭达到分断的目的。由于采用纵向磁场控制真空电弧，所以真空断路器具有强劲而稳定的开断电流能力。
3.SF6断路器灭弧原理
SF6断路器主要采用喷吹式灭弧或旋弧式灭弧两种方式。
喷吹式灭弧属于外力灭弧方式，灭弧室由气缸和活塞部分组成，通过喷嘴喷出的压缩SF6气体来喷吹电弧，从而熄灭电弧。该灭弧方式较为复杂，所需操作功大，且动作可靠性低。
旋弧式灭弧属于自力灭弧方式，通过主回路电流产生磁场来熄灭电弧，消弧力可根据电流的大小来增减，结构简单，操作功较小，且在开断小电流的时候，无开合电涌产生。
3.1.7 操作机构结构及原理
1.真空断路器用操作机构
（1）结构及分类。真空断路器的操作机构主要有电磁操作机构、弹簧操作机构及永磁操作机构三种类型。
电磁操作机构由一个电磁线圈和铁心，加上分闸弹簧和必要的机械锁扣系统组成，结构简单、零件数少、工作可靠、制造成本低。同时螺管电磁铁的出力特性容易满足真空断路器合闸反力特性的要求。其缺点是合闸线圈消耗的功率太大，因而要求配用昂贵的蓄电池，加上电磁操作机构的结构笨重，动作时间较长。电磁操作机构出现最早，但目前用量趋于减少。
弹簧操作机构由弹簧储存分合闸所需的所有能量，并通过凸轮机构和四连杆机构推动真空灭弧室触头动作。其分合闸速度不受电源电压波动的影响，相当稳定，通过调整弹簧的压力能够获得满足要求的分合闸速度。其缺点是机械零件多（160多个），零件的材质、加工精度和装配精度都直接影响机构的可靠性。弹簧操作机构的出力特性，基本上就是储能弹簧的释能下降特性，为改善匹配，设计中采用四连杆机构和凸轮机构来进行特性改变。目前弹簧操作机构技术已经成熟，因此用量较大。
永磁操作机构是一种全新的操作机构，它利用永磁保持、电子控制、电容器储能。其优势是结构简单、零件数目少，工作时的主要运动部件只有一个，无须机械脱扣、锁扣装置。永磁机构分为两种类型：单稳态永磁机构和双稳态永磁机构。永磁机构尚需经受考验，需解决好电容器的寿命问题、永久磁铁的保持力问题及电子器件的可靠性等问题。目前其用量还不大。
（2）动作原理。由于弹簧操作机构在国内用量最大，下面以其为例，简述其动作原理。
1）合闸及重合闸过程：储能时拉动储能手柄或电机转动，使储能轴旋转并带动挂簧拐臂转动，合闸弹簧被逐渐拉长，使机构储能，当弹簧过中后由合闸掣子保持，使机构处于准备合闸状态。进行合闸操作时，拉动合闸拉环或给合闸线圈施加电压，使合闸半轴逆时针旋转，解除储能保持，合闸弹簧释放能量，促使凸轮旋转并带动输出拐臂和三相主轴，同时分闸弹簧被储能。合闸将完成时，分闸掣子扣住半轴，使断路器处于合闸状态。机构在合闸状态下，当再次操作储能系统时，合闸弹簧又一次被拉长，弹簧过中后仍由合闸掣子保持储能状态。机构在合闸已储能状态下，即处于重合闸准备状态，可实现“分─0.3s─合分”一次重合闸操作。
2）分闸及过电流脱扣过程：断路器合闸后，拉动手动分闸拉环或给分闸线圈施加电压，使分闸半轴逆时针旋转，分闸掣子解扣，断路器分闸。同样，当过电流线圈通过的电流达到5A时，过电流脱扣器动作，使分闸掣子解扣，断路器分闸。
2.SF6断路器用操作机构
SF6柱上断路器用操作机构几乎全为弹簧机构，可电动或手动操作，其结构和原理与真空柱上断路器基本相同，这里不做赘述。