低壓電器技術(shù)精講有聲課件第2章

低壓電器技術(shù)精講第二章低壓配電主電路中的低壓電器低壓電器技術(shù)精講第二章12.1節(jié)介紹了低壓電器的分類2.2~2.4節(jié)講解了熔斷器、隔離開關(guān)和ATSE開關(guān)2.5節(jié)講解了低壓斷路器和漏電開關(guān)2.6節(jié)講解了交流接觸器和熱繼電器組合2.7節(jié)講解了軟啟動器2.8節(jié)介紹了與低壓開關(guān)電器有關(guān)的型式試驗第二章．低壓配電主電路中的低壓電器2.1.用于主電路的低壓電器分類2.2.熔斷器2.3.隔離開關(guān)和開關(guān)熔斷器組合2.3.1.隔離開關(guān)及其組合電器概述2.3.2.開關(guān)和熔斷器的組合及選用2.4.雙電源互投開關(guān)ATSE2.4.1.ATSE開關(guān)概述2.4.2.ATSE開關(guān)產(chǎn)品2.5.低壓斷路器2.5.1.概述2.5.2.斷路器的主要技術(shù)術(shù)語和參數(shù)設(shè)置方法2.5.3.框架斷路器ACB的實用技術(shù)數(shù)據(jù)2.5.4.塑殼斷路器MCCB的實用技術(shù)數(shù)據(jù)2.5.5.微型斷路器MCB的實用數(shù)據(jù)2.5.6.漏電斷路器概述2.6.交流接觸器和熱繼電器概述2.6.1.交流接觸器2.6.2.熱繼電器2.7.軟起動器2.8.若干種低壓開關(guān)電器的型式試驗2.8.1.斷路器短路接通和分斷能力型式試驗2.8.2.斷路器短時耐受電流的型式試驗2.8.3.接觸器過載耐受能力試驗的型式試驗2.8.4.接觸器與短路保護低壓電器間的協(xié)調(diào)配合型式試驗2.1節(jié)介紹了低壓電器的分類2.2~2.4節(jié)講解了熔斷器、隔2用于主電路的低壓電器——低壓電器分類2.按工作方式和操作方式分類

分為自動電器和手動電器3.按工作條件和使用環(huán)境分類

一般用途電器、高原型電器、船用電器、礦用電器和化工電器。4.按工作在主電路和輔助電路分類

主電路是指傳遞和控制電能的回路。工作在主電路上的電器就是主回路電器，又叫做一次回路電器。

輔助回路是指執(zhí)行控制、信號的采集、放大和傳遞、調(diào)節(jié)和測量的回路。工作在輔助回路的電器就是輔助回路電器，又叫做二次回路電器。1.按用途和控制對象分類用于主電路的低壓電器——低壓電器分類2.按工作方式和操作方式3用于主電路的低壓電器——低壓電器分類

圖2-1中，斷路器和熔斷器是主動式元件，而接觸器和熱繼電器，還有電流互感器、主母線及一次接線端子及電纜等等都是被動式元件或者部件。

在主電路中，主動式元件和被動式元件共同配合完成各種電能輸送控制的操作。當主動式元件在切除短路電流時，它與被動式元件之間存在動作協(xié)調(diào)配合關(guān)系。

圖2-1：短路電流路徑與主動元件和被動元件用于主電路的低壓電器——低壓電器分類圖2-14用于主電路的低壓電器——熔斷器的結(jié)構(gòu)

熔斷器是主動元件，用作線路保護。

熔斷器的分斷能力高，可靠性也高，它維護方便，價格相對低廉，在低壓配電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。

圖2-2：熔斷器用于主電路的低壓電器——熔斷器的結(jié)構(gòu)熔斷器是主動元件5用于主電路的低壓電器——熔斷器的工作原理式2-1

圖2-4：熔芯結(jié)構(gòu)t1、t2和t3合并為熔體的熔化時間ta，ta與t4之和稱為熔斷時間tb

最小熔化系數(shù)KRT是熔斷器保護小倍數(shù)線路過載的靈敏度指標，KRT的值一般在1.2到1.4倍之間取值圖2-3：熔斷器熔芯的熔斷過程用于主電路的低壓電器——熔斷器的工作原理式2-16用于主電路的低壓電器——熔斷器的工作原理

圖2-5：熔斷器的特性曲線

圖2-5的左圖可見在電流最大值時熔斷時間迅速地減小到毫秒數(shù)量級，所以熔斷器具有良好的短路保護和分斷能力。

圖2-5的右圖中Id是熔斷器分斷過程中達到的最大電流瞬時值，也就是熔斷器的截斷電流，Ip是沖擊短路電流峰值。

從圖中可見短路電流I未達到Ip時就熔斷，其中熔斷器的熔體在t1時間段中熔化，在t2時間段中進行滅弧。

直線I2t被稱為等熱值直線，在這條直線上的任何一點熔體都會熔化。用于主電路的低壓電器——熔斷器的工作原理圖27用于主電路的低壓電器——熔斷器的工作原理

圖2-6：gG熔斷器的時間電流特性

圖2-7：熔斷器截斷電流和限流特性用于主電路的低壓電器——熔斷器的工作原理圖28用于主電路的低壓電器——熔斷器的選用

熔斷器的選用一般原則是：1）按合適的電壓等級和配電系統(tǒng)中能出現(xiàn)的最大短路電流來選用熔斷器。2）gG、gM和aM熔斷體的選用gG熔斷體屬于一般用途的可實現(xiàn)全范圍分斷的熔斷體，它兼有過電流保護功能，主要用于線路保護；gM熔斷體可實現(xiàn)全范圍保護電動機，既可用于對電動機電路的過載保護，也可用于對電動機回路的短路保護。gM熔斷體還可以保護照明回路；aM熔斷體只能在部分范圍分斷的保護電動機，所以用在電動機主電路時需要配套熱繼電器。3）當熔斷器是按上下級安裝時，需要考慮選擇性配合關(guān)系。G類熔斷體的過電流選擇比有1.6:1和2:1兩種。一般地，專職人員使用的帶刀口的熔斷體過電流選擇比為1.6:1，而帶螺栓連接的熔斷體和圓筒形熔斷體其過電流選擇比為2:1。

例如，上級熔斷體為400A，若選擇過電流選擇比為1.6:1時下級熔斷體的額定電流不得大于400/1.6=250A；若選擇過電流選擇比為2:1時，下級熔斷體的額定電流不得大于200A。用于主電路的低壓電器——熔斷器的選用熔斷器的選用一般原則是9用于主電路的低壓電器——熔斷器的選用應(yīng)用在變壓器進線回路的熔斷器用于主電路的低壓電器——熔斷器的選用應(yīng)用在變壓器進線回路的熔10用于主電路的低壓電器——熔斷器的選用應(yīng)用在電動機回路的熔斷器用于主電路的低壓電器——熔斷器的選用應(yīng)用在電動機回路的熔斷器11用于主電路的低壓電器——隔離開關(guān)隔離開關(guān)是被動元件，在電路中用作電氣隔離

圖2-9：各種隔離開關(guān)和熔斷器開關(guān)圖2-10：與隔離開關(guān)有關(guān)的圖符

當隔離開關(guān)與熔斷器組合在一起時，它們的組合體就不再屬于被動元件，而是主動元件，具有了線路保護的能力。

其中熔斷器式隔離開關(guān)又叫做負荷開關(guān)。用于主電路的低壓電器——隔離開關(guān)隔離開關(guān)是被動元件，在電路中12用于主電路的低壓電器——隔離開關(guān)圖2-11：若干款A(yù)BB的隔離開關(guān)外形

隔離開關(guān)的選用原則

隔離開關(guān)（刀開關(guān)）的主要參數(shù)包括額定絕緣電壓、額定工作電壓、額定工作電流、額定通斷能力、額定短時耐受電流、額定短路合閘容量、使用類別、操作次數(shù)和安裝尺寸及操作性能等等。1）隔離開關(guān)的額定絕緣電壓和額定工作電壓不得低于低壓配電網(wǎng)電壓。隔離開關(guān)的額定工作電流不小于線路的計算電流。2）當要求有通斷能力時，要選用具備相應(yīng)額定通斷能力的隔離器。如果需要承受短路電流的沖擊，則應(yīng)當選用具備相應(yīng)短路接通能力的隔離開關(guān)，并選用合適的熔斷器規(guī)格。3）隔離開關(guān)的極數(shù)和操作方式由現(xiàn)場需求決定用于主電路的低壓電器——隔離開關(guān)圖2-11：若干款A(yù)BB的隔13用于主電路的低壓電器——選用隔離開關(guān)：OETL隔離開關(guān)參數(shù)分析用于主電路的低壓電器——選用隔離開關(guān)：OETL隔離開關(guān)參數(shù)分14用于主電路的低壓電器——開關(guān)熔斷器和熔斷器開關(guān)圖2-12：開關(guān)熔斷器和熔斷器開關(guān)（負荷開關(guān)）圖2-13：開關(guān)熔斷器（包括熔斷器開關(guān)）的轉(zhuǎn)移電流

當發(fā)生三相短路時，由于三相電流之間存在相位差，必然會出現(xiàn)某相（假定是A相）熔體先熔斷。如果隔離開關(guān)－熔斷器組合產(chǎn)品能實現(xiàn)熔體熔斷后自動關(guān)聯(lián)開關(guān)跳閘，且B相和C相的熔斷體并未熔斷，則開關(guān)的B相和C相觸頭將承擔(dān)分斷短路電流的任務(wù)，此時的B相和C相的電流被稱為轉(zhuǎn)移電流。

由于低壓隔離開關(guān)－熔斷器組合的熄弧能力差，不具備分斷轉(zhuǎn)移電流的能力，故只能采取將熔斷體熔斷信號發(fā)送給控制系統(tǒng)去執(zhí)行相應(yīng)的操作，不允許開關(guān)自動分閘。用于主電路的低壓電器——開關(guān)熔斷器和熔斷器開關(guān)圖2-12：開15用于主電路的低壓電器——選用隔離開關(guān)：選用原則用于主電路的低壓電器——選用隔離開關(guān)：選用原則16用于主電路的低壓電器——雙投開關(guān)——ATSE開關(guān)圖2-15：ATSE的中性線重疊問題

在ATSE切換的過程中，若N1線先脫離，隨后相線才相繼脫離，則負載側(cè)N線會出現(xiàn)中性點偏離損壞電力設(shè)備。

為此，ATSE在實施分斷操作時讓相線的分斷操作超前于N線；而ATSE在實施閉合操作時，讓相線的閉合操作滯后于N線，兩者的時間差不小于20毫秒。這就是中性線重疊問題。

按照國標GB/T14048.11-2008規(guī)定，ATSE本體可分為PC級或CB級兩個級別。PC級的ATSE是統(tǒng)一的裝置，它能夠接通、承載電流、但不能用于分斷短路電流；CB級的ATSE則由兩套互投的斷路器構(gòu)成。因為斷路器配備了過電流脫扣器，所以CB級的ATSE能夠接通電流并用于分斷短路電流。用于主電路的低壓電器——雙投開關(guān)——ATSE開關(guān)圖2-15：17用于主電路的低壓電器——斷路器——斷路器的分類

斷路器能夠接通、承載和分斷正常運行電路中的電流，也能在非正常運行的電路中（過載、短路）按規(guī)定的條件接通、承載一定時間和分斷電流的開關(guān)電器。

低壓斷路器在制造和使用方面遵循的國家標準是GB/T14048.2，而家庭使用的斷路器標準是IEC60898。

低壓斷路器，從結(jié)構(gòu)類型可分為3種型式：

第一種是空氣絕緣框架斷路器，國際上通用名是Aircircuitbreaker，簡稱為ACB斷路器；

第二種是塑殼斷路器，國際上通用名是Mouldedcasecircuitbreaker，簡稱為MCCB斷路器；

第三種是微型斷路器，國際上通用名是Microcircuitbreaker，簡稱為MCB斷路器。家居配電使用的斷路器屬于MCB，并且常常被稱為空氣開關(guān)。

低壓斷路器還可分為配電型斷路器和電動機保護型斷路器，還有專用于照明回路的斷路器，以及漏電斷路器等等。用于主電路的低壓電器——斷路器——斷路器的分類18用于主電路的低壓電器——斷路器——斷路器的三種不同類型圖2-24：框架斷路器ACB圖2-33：微型斷路器MCB圖2-25：塑殼斷路器MCCB三種不同類型的斷路器用于主電路的低壓電器——斷路器——斷路器的三種不同類型圖2-19用于主電路的低壓電器——熱磁式和電子式斷路器脫扣器原理圖圖2-20：熱磁式斷路器脫扣器的工作原理圖圖2-21：電子式斷路器脫扣器的工作原理圖用于主電路的低壓電器——熱磁式和電子式斷路器脫扣器原理圖圖220用于主電路的低壓電器——斷路器電子式脫扣器的原理流程圖圖2-22：斷路器電子式脫扣器的原理流程圖用于主電路的低壓電器——斷路器電子式脫扣器的原理流程圖圖2-21用于主電路的低壓電器——斷路器的技術(shù)術(shù)語和參數(shù)2.5.2節(jié)：斷路器的主要技術(shù)術(shù)語和參數(shù)1.額定絕緣電壓Ui、額定工作電壓Ue和額定沖擊耐受電壓Uimp2.斷路器的工頻耐壓3.額定電流Ie和額定持續(xù)電流Iu4.斷路器殼架（或框架）等級電流6.斷路器溫升7.過載保護L參數(shù)

在斷路器特性曲線圖2-27中的“L”區(qū)域被稱為過載長延時保護L參數(shù)整定曲線。8.可調(diào)延時短路保護S參數(shù)

在斷路器特性曲線圖2-27的“S”區(qū)域被稱為短路短延時電流保護S參數(shù)整定曲線。9.瞬時短路保護I參數(shù)

在斷路器特性曲線圖2-27中的“I”區(qū)域被稱為短路電流瞬時保護I參數(shù)曲線。10.接地故障G保護參數(shù)

特性曲線圖2-27的右圖中“G”區(qū)域的曲線被稱為接地故障反時限參數(shù)整定，有時被簡稱為G參數(shù)整定。圖2-27：斷路器的時間-電流特性曲線用于主電路的低壓電器——斷路器的技術(shù)術(shù)語和參數(shù)2.5.2節(jié)：22用于主電路的低壓電器——斷路器的技術(shù)術(shù)語和參數(shù)13.極限短路分斷能力Icu14.運行短路分斷能力Ics15.額定短路分斷能力ICU和額定運行短路分斷能力ICS之間的關(guān)系16.額定短時耐受電流Icw18.額定短路接通能力Icm理解斷路器電流參數(shù)之間關(guān)系的重要不等式用于主電路的低壓電器——斷路器的技術(shù)術(shù)語和參數(shù)13.極限短路23用于主電路的低壓電器——斷路器的技術(shù)術(shù)語和參數(shù)25.斷路器的過載保護L參數(shù)設(shè)定方法

配電型斷路器保護的對象就是饋電電纜。饋電電纜允許過載的倍數(shù)及容忍過載的時間見表2-18。

按照GB/T14048.2，對于熱磁式脫扣器的斷路器，其過載保護參數(shù)I1的可調(diào)范圍是0.7～1.05In；對于電子式脫扣器的斷路器，其過載保護參數(shù)I1的可調(diào)范圍是0.4～1.05In。用于主電路的低壓電器——斷路器的技術(shù)術(shù)語和參數(shù)25.斷路器的24用于主電路的低壓電器——斷路器的技術(shù)術(shù)語和參數(shù)26.斷路器的可延時短路保護S參數(shù)的設(shè)定方法

兩只斷路器上下級聯(lián)用于線路保護，處于級聯(lián)上端的斷路器需要采用可調(diào)延時的短路保護，可調(diào)延時的短路保護電流整定范圍是1～10倍In。

若斷路器的負載中不但有饋電回路，同時也有電動機回路，則需要用到斷路器的短延時S短路保護。計算短延時S參數(shù)保護見式2-7。

用于主電路的低壓電器——斷路器的技術(shù)術(shù)語和參數(shù)26.斷路器的25用于主電路的低壓電器——斷路器的技術(shù)術(shù)語和參數(shù)27.斷路器的短路瞬時保護I參數(shù)的設(shè)定方法當線路中發(fā)生了較大的短路時，我們期望斷路器能盡快地切斷短路電路，于是可利用斷路器短路瞬時脫扣來實現(xiàn)這一目的。MCCB塑殼斷路器的瞬時脫扣整定值范圍是1.5～12倍In，ACB框架斷路器的瞬時脫扣整定值范圍是1.5～15倍In。如果斷路器的負載中同時存在饋電和電動機回路，計算瞬時脫扣整定值見式2-8。

用于主電路的低壓電器——斷路器的技術(shù)術(shù)語和參數(shù)27.斷路器的26用于主電路的低壓電器——斷路器的技術(shù)術(shù)語和參數(shù)28.斷路器的圖符和符號

圖2-40中，右上角為斷路器的標準圖符。

中間的固定式三極斷路器圖符中，添加了輔助觸頭和熱磁脫扣器符號，還有手動操作機構(gòu)和電動操作機構(gòu)的圖符。

下方的抽出式三極斷路器圖符中，添加了操作手柄的五個位置，以及一次回路和二次回路的接插件符號。用于主電路的低壓電器——斷路器的技術(shù)術(shù)語和參數(shù)28.斷27用于主電路的低壓電器——斷路器的技術(shù)術(shù)語和參數(shù)2

表2-19：若干款框架斷路器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)用于主電路的低壓電器——斷路器的技術(shù)術(shù)語和參數(shù)2表2-28用于主電路的低壓電器——帶電子脫扣器的框架斷路器安秒特性及曲線圖2-41：PR121/P的L-S-I曲線之1圖2-40：Emax開關(guān)的PR121/P脫扣器保護功能及參數(shù)設(shè)置用于主電路的低壓電器——帶電子脫扣器的框架斷路器安秒特性及曲29用于主電路的低壓電器——電動機安秒特性與電動機型斷路器的安秒特性I1——L功能脫扣電流（長延時過載保護）I3——I功能脫扣電流（瞬時短路保護）I5——R功能脫扣電流（堵轉(zhuǎn)保護）t5——R功能脫扣時間（堵轉(zhuǎn)保護脫扣時間）I6——U功能脫扣電流（缺相或相不平衡保護）t6——U功能脫扣時間（缺相或相不平衡保護脫扣時間）Ie——電動機額定工作電流Ia——電動機起動電流Ip——電動機起動電流瞬時峰值ta——電動機起動時間tp——電動機起動階段瞬態(tài)時間m——電動機起動典型曲線C——帶電子脫扣器的電動機保護斷路器的脫扣曲線Class——帶電子脫扣器的電動機保護，可關(guān)閉L——L功能（過載長延時保護），不可關(guān)閉R——R功能（堵轉(zhuǎn)保護功能），可關(guān)閉I——I功能（瞬時短路保護），不可關(guān)閉U——缺相或相不平衡保護，可關(guān)閉圖2-46：異步電動機運行特性曲線用于主電路的低壓電器——電動機安秒特性與電動機型斷路器的安秒30用于主電路的低壓電器——電動機型斷路器的過載保護等級電動機保護型斷路器的過載保護等級用于主電路的低壓電器——電動機型斷路器的過載保護等級電動機保31用于主電路的低壓電器——選擇型和電動機型塑殼斷路器的安秒特性曲線圖2-43：Tmax斷路器T4N250的脫扣器特性曲線圖2-45：電動機型斷路器的保護特性曲線用于主電路的低壓電器——選擇型和電動機型塑殼斷路器的安秒特性32用于主電路的低壓電器——微型斷路器MCB的脫扣分類

微型斷路器的脫扣特性包括B特性、C特性、D特性和K特性等等，見圖2-49。（1）B型脫扣特性B型脫扣特性的脫扣電流為3In～5In，是標準特性。一般用于住宅建筑和專用建筑的插座回路。（2）C型脫扣特性C型脫扣特性的脫扣電流為5In～10In，優(yōu)先用于接通大電流的電器設(shè)備，例如照明燈和電動機。（3）D型脫扣特性D型脫扣特性的脫扣電流為10In～20In，適用于產(chǎn)生沖擊的電器設(shè)備，例如變壓器、電磁閥和電容器等等。（4）K型脫扣特性K型脫扣特性的脫扣電流為10In～14In，適用于電動機負載。式中的In為額定電流。圖2-49：MCB的B、C、D、和K特性用于主電路的低壓電器——微型斷路器MCB的脫扣分類33用于主電路的低壓電器——剩余電流的測量方法

剩余電流包括兩類不同類型的漏電電流，一類是因為電器設(shè)備絕緣破壞而產(chǎn)生的漏電電流，又稱為設(shè)備漏電電流；另一類是人體發(fā)生直接電擊時從人體上流過的漏電電流。前者對低壓電網(wǎng)的消防和設(shè)備保護有重要意義，而后者則對人體保護有重要意義。

人體電擊傷害的臨界電流值是30mA，所以防止人體被電擊的剩余電流動作保護器——漏電開關(guān)，它的動作值就是30mA。圖2-53：剩余電流的測量方法用于主電路的低壓電器——剩余電流的測量方法剩34用于主電路的低壓電器——漏電開關(guān)RCD與接地系統(tǒng)的關(guān)系圖2-55：接地系統(tǒng)和RCD的關(guān)系用于主電路的低壓電器——漏電開關(guān)RCD與接地系統(tǒng)的關(guān)系圖2-35用于主電路的低壓電器——交流接觸器圖2-58：接觸器模式圖

在AC－2、AC－3下工作的交流接觸器應(yīng)當能滿足8倍過電流的沖擊，而在AC-4下工作的交流接觸器應(yīng)當滿足10倍過電流的沖擊.630A及以下的接觸器承載時間是10秒，630A以上的接觸器承載時間會略微縮短。用于主電路的低壓電器——交流接觸器圖2-58：接觸器模式圖36用于主電路的低壓電器——熱繼電器圖2-60：熱繼電器過載反時限動作特性曲線1 ——三相鼠籠異步電動機容許的過載反時限動作特性曲線2 ——熱繼電器的冷態(tài)過載反時限動作特性曲線3 ——熱繼電器的熱態(tài)過載反時限動作特性曲線4 ——熱繼電器的斷相保護特性曲線

熱繼電器有雙金屬片式和熱敏電阻式，有的規(guī)格還帶有斷相保護功能。

雙金屬片熱繼電器由雙金屬片、熱元件、復(fù)位按鈕、觸點系統(tǒng)、調(diào)節(jié)旋鈕、復(fù)位和溫度補償?shù)葮?gòu)成。

當電動機正常運行時，熱元件產(chǎn)生的熱雖然能使主雙金屬片彎曲，但是彎曲產(chǎn)生的推動力不足以使熱繼電器的觸點動作。當電動機過載時，雙金屬片的彎曲位移加大，推動導(dǎo)板使常閉觸點斷開，使得交流接觸器分閘切斷電動機的工作電源，由此保護了電動機。

脫扣級別為10A的熱繼電器用于輕載電動機，脫扣級別為10的熱繼電器用于一般的電動機，脫扣級別為20和30的熱繼電器可用于重載起動的電動機。用于主電路的低壓電器——熱繼電器圖2-60：熱繼電器過載反時37用于主電路的低壓電器——型式試驗

低壓電器產(chǎn)品的試驗分成型式試驗、常規(guī)試驗、特殊試驗和抽樣試驗。

型式試驗式新產(chǎn)品研制單位或者新產(chǎn)品的試制和投產(chǎn)單位必須進行的試驗。除非產(chǎn)品標準另有規(guī)定，通常型式試驗只需進行一次。

另外，當產(chǎn)品在設(shè)計上更改或者制造工藝、使用原材料及零部件結(jié)構(gòu)的更改有可能會影響到電器的工作性能時，也必須重新進行有關(guān)項目的型式試驗。

主要型式試驗的項目有：1）電器的溫升試驗；2）電器的介電性能試驗；3）接通與分斷能力試驗；4）過載電