低压配电电器

低压配电电器

一、刀开关和组合开关

（一）刀开关

常用的刀开关主要有胶盖刀开关和铁壳开关。

1.胶盖刀开关的用途

胶盖刀开关又称为开启式负荷开关，一般简称为刀开关，它是一种结构简单，价格低廉，安装、维修方便，使用最普遍的低压开关，它主要有以下两个方面的用途。

（1）用于电压为220V或380V、电流在60A以下的交流低压电路，以及不频繁接通和分断的电路作为控制开关。

（2）用于将电路与电源隔离，作为线路或设备的电源总闸（如对照明、电热负载及小功率电动机等电路的控制）。

胶盖刀开关不能及时切断故障电流，只能承受故障电流引起的电流热效应。熔断器式胶盖刀开关留有安装熔丝的位置，其短路分断能力由安装的熔断器的分断能力决定。此时，胶盖刀开关就具有一定的短路保护作用。

2.胶盖刀开关的结构

胶盖刀开关由瓷座、胶木盖、静触头、动触头、接熔丝的接点和进/出线座等组成，其结构如图12-7所示。

3.刀开关的安装

（1）刀开关应垂直安装在开关板或条架上，使静触头位于上方，不得倒装，即"手柄向上为合闸，向下为断闸"。否则，在分断状态下，若出现刀开关松动脱落，会造成误接通，引起安全事故。只有在刀开关不作切断电流用时，才可以水平安装。

（2）刀开关接线时，电源进线应接在刀座上端（即静触头接线柱），负载引线接在下方

（即负荷侧接线柱），熔断器接在负荷侧。否则，在更换熔丝时会发生触电事故。

（3）接线时螺钉应拧紧，保证接线柱与电线良好的电接触，否则使用时会引起过热，影响正常运行。

（4）开关距地面的高度为1.3～1.5m.在有行人通过的地方，应加装防护罩。同时，刀开关在接线、拆线和更换熔丝时，应首先断电。

（5）应根据额定电流和额定电压选择合适的刀开关。

4.铁壳开关

铁壳开关又称为封闭式负荷开关，其灭弧性能、操作性能、通断能力和安全防护性能都优于胶盖刀开关，适用于不频繁的接通和分断负载电路，并能作为线路末端的短路保护，也可用来控制15kW 以下交流电动机的不频繁直接启动及停止。

铁壳开关主要由刀开关、熔断器、操作机构和外壳等构成。铁壳开关具有以下特点。

（1）采用了储能分合闸方式、提高了开关的通断能力，延长了使用寿命。

（2）设置了联锁装置（即外壳门机械闭锁）.开关在合闸状态时，箱盖外壳门不能打开;在箱盖打开时，开关无法接通，以确保操作安全。

（二）组合开关

组合开关（又称转换开关）实质上也是一种刀开关，只不过一般刀开关的操作手柄是在垂直于其安装面的平面内向上或向下转动的，而组合开关的操作手柄则是在平行于其安装面的平面内向左或向右转动。组合开关因可实现多组触头组合而得名，实际上是一种转换开关。

组合开关一般用于电气设备中，作为非频繁接通和分断电路、换接电源和负载、测量三相电压以及控制小容量异步电动机的正反转和Y-△启动等用。常用的组合开关主要是HZ5系列、HZ10系列、HZ12系列、HZ15系列、3LB系列等产品。

1.组合开关的结构

组合开关的外形和结构如图12-8所示，它主要由接线柱、绝缘杆、手柄、转轴、弹簧、凸轮、绝缘垫板、动触头、静触头等部件组成。手柄每转过一定角度，就带动与转轴固定的动触头分别与对应的静触头接通和断开。组合开关转轴上装有扭簧储能机构，可使开关迅速接通与断开，其通断速度与手柄旋转速度无关。组合开关的操作机构分无限位和有限位两种。触头盒的下方有一块供安装用的钢质底板。

2.组合开关选择

组合开关是一种体积小、接线方式多、使用非常方便的开关电器。选择组合开关时应注意以下三点。

（1）组合开关应根据用电设备的电压等级、容量和所需触头数进行选用。组合开关用于一般照明、电热电路时，其额定电流应等于或大于被控制电路中各负载电流的总和;组合开关用于控制电动机时，其额定电流一般取电动机额定电流的1.5～2.5倍。

（2）组合开关接线方式很多，应根据需要正确选择相应规格的产品。

（3）组合开关本身是不带过载保护和短路保护的，如果需要这类保护，应另设相应的保护电器。

二、断路器

断路器曾称自动开关，是指能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常电路条件（例如短路）下接通、承载一定时间和分断电流的一种机械开关电器，可按规定条件对配电电路、电动机或其他用电设备实行通断操作并起保护作用，即当电路内出现过载、短路或欠电压等情况时能自动分断电路的开关电器。

通俗地讲，断路器是一种可以自动切断故障线路的保护开关，它既可用来接通和分断正常的负载电流、电动机的工作电流和过载电流，也可用来接通和分断短路电流，在正常情况下还可以用于不频繁接通和断开电路以及控制电动机的启动和停止。

断路器动作值可调整，兼具过载和保护两种功能，安装方便、分断能力强，特别是在分断故障电流后，一般不需要更换零部件，因此应用非常广泛。断路器的外形如图12-9所示。

1.断路器的分类

断路器的种类繁多，可按使用类别、结构形式、操作方式、极数、安装方式、灭弧介质、用途等多种方式进行分类。

（1）按使用类别。可分为非选择型（A类）和选择型（B类）两类。其中，A类断路器在短路情况下不明确用作串联在负载侧的另一短路保护装置的选择性保护，无人为的短延时，因而没有额定短时耐受电流要求;B类断路器在短路情况下，明确用作串联在负载侧的另一短路保护装置的选择性保护，即有人为的短延时（可调节），其延时时间不小于0.05s，因而有额定短时耐受电流要求。

（2）按结构形式。分为万能式（曾称框架式）和塑料外壳式（曾称装置式）。

（3）按操作方式。分为人力操作（手动）和无人力操作（电动、储能）。

（4）按极数。分为单极、两极、三极和四极式。

（5）按安装方式。分为固定式、插入式和抽屉式等。

（6）按灭弧介质。分为空气式和真空式，目前国产断路器空气式较多。

（7）按采用的灭弧技术。分为零点灭弧式和限流式两类。其中，零点灭弧式可使被触头拉开的电弧在交流电流自然过零时熄灭;限流式可把峰值预期短路电流限制为一个较小的截断电流。

（8）按用途。分为配电用、电动机保护用、家用和类似场所用、剩余电流（漏电）保护用、特殊用途用等。

2.断路器的结构

断路器的种类虽然很多，但它的基本结构基本相同。断路器的结构主要由触头系统、灭弧装置、各种脱扣器和操作机构等部分组成。

（1）断路器的触头系统。触头系统是断路器的执行元件，它一般由动触头、静触头和连接导线等组成，主要用于接通和分断电路。当线路或设备发生过载或短路故障时，触头被自动打开，动、静触头间产生的电弧被拉长，然后进人灭弧室灭弧。因此，制造触头的材料必须具有良好的导电性、耐电弧性、耐熔焊性和耐磨性。

（2）断路器的灭弧装置。断路器灭弧装置的主要作用是熄灭触头在切断电路时所产生的电弧。

（3）脱扣器。脱扣器是指开关电器中能接受电路非正常情况的电量信号或操作指令，以机械动作或触发电路的方法使脱扣机构动作的部件。或者说与开关电器机械连接的，用以释放锁扣件并使开关电器断开或闭合的装置。

断路器脱扣器是断路器的感测元件，也是断路器的保护装置，当接到操作人员的指令或继电保护信号后，可通过传递元件使断路器跳闸而切断电路。常用的脱扣器有过电流脱扣器、欠电压脱扣器、分励脱扣器、半导体脱扣器等。

（4）操作机构。操作机构是指用来直接或间接使开关电器触头动作的机构。断路器的操作机构是实现断路器的闭合与断开动作的执行机构，它一般由传动机构和自由脱扣机构两部分组成。

3.断路器的工作原理

断路器的种类很多，结构比较复杂，但其工作原理基本相同，其工作原理如图12-10所示。

断路器的三个触头串联在三相主电路中，电磁脱扣器的线圈及热脱扣器的热元件也与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈与主电路并联。

当断路器闭合后.三个主触头由锁键钩住钩子，克服弹簧的拉力，保持团合状态。而当电磁脱扣器吸合、热脱扣器的双金属片受热弯曲或欠电压脱扣器释放这三者中的任何一个动作发生，就可将杠杆顶起。使钩子和锁键脱开，于是主触头分断电路。

当电路正常工作时，电磁脱扣器的线圈产生的电酸力不能将衔铁吸合，而当电路发生短路，出现很大过电流时，线圈产生的电做力增大，足以将衔铁吸合，使主触头断开，切断主电路;若电路发生过载，但又达不到电酸脱扣器动作的电流时，流过热脱扣器的发热元件的过载电流，会使双金属片受热弯曲，顶起杠杆，导致触头分开，断开电路，起到过载保护作用;若电源电压下降较多或失去电压，欠电压脱扣器的电磁力减小、使衔铁释放，同样导致触头断开而切断电路，从而起到欠电压或失电压保护作用。

4.断路器的选用

目前，断路器被广泛用于低压电网中，作过载、短路保护。如果选用不当，可能会发生误动作或不动作，失去保护作用，甚至产生安全隐患。因此，应根据具体使用条件、与相邻电器的配合以及断路器的结构特点等因素，选择最合适的断路器类型。

（1）类型的选择。应根据电路的额定电流、保护要求和断路器的结构特点来选择断路器的类型，例如，对于额定电流600A以下，短路电流不大的场合，一般选用塑料外壳式断路器;若额定电流比较大，则应选用万能式断路器;若短路电流相当大，则应选用限流断路器;在有漏电保护要求时，还应选用漏电保护式断路器。

需要说明的是∶近年来，塑料外壳式断路器的额定电流等级在不断提高，现已出现了不少大容最塑料外壳式断路器;而对于万能式断路器，则由于新技术、新材料的应用，体积、重量也在不断减小。从目前情况来看，如果选用时注重选择性，应选用万能式断路器;而如果注重体积小、要求价格便宜，则应选用塑料外壳式断路器。

（2）电气参数的确定。断路器的结构选定后，接着需选择断路器的电气参数。电气参数的确定，除断路器的额定电压、额定电流和通断能力外。一个重要的问题就是怎样选择断路器过电流脱扣器的整定电流和保护特性以及配合等，以便达到比较理想的协调动作选用的一般原则（指选用任何断路器都必须遵守的原则）如下。

①断路器的额定工作电压≥线路额定电压。

②断路器的额定电流≥线路计算负载电流。

③ 断路器的额定短路通断能力≥线路中可能出现的最大短路电流（一般按有效值计算）。

④线路末端单相对地短路电流≥1.25倍断路器瞬时（或短延时）脱扣器整定电流。

⑤断路器脱扣器的额定电流≥线路计算电流。

⑥断路器欠电压脱扣器额定电压=线路额定电压。

并非所有断路器都需要带欠电压脱扣器，是否需要，应根据使用要求而定。在某些供电质量较差的系统，选用带欠电压保护的断路器反而会因电压波动而经常造成不希望的断电。在这种场合，若必须带欠电压脱扣器，则应考虑有适当的延时。

⑦断路器分励脱扣器的额定电压=控制电源电压。

⑧电动传动机构的额定工作电压=控制电源电压。

⑨断路器的类型应符合安装条件、保护功能及操作方式的要求。

⑩ 一般情况下，保护变压器及配电线路可选用万能式断路器，保护电动机可选塑料外壳式断路器。

⑪校核断路器的接线方向，如果断路器技术文件或端子上表明只能上进线，则安装时不可采用下进线，母线开关一定要选用可下进线的断路器。

需要注意的是，选用时除一般选用原则外，还应考虑断路器的用途。配电用断路器和电动机保护用断路器以及照明、生活用导线保护断路器，应根据使用特点予以选用。

5.几种常见的断路器

（1）万能式断路器。万能式断路器曾称为框架式断路器，这种断路器一般都有一个钢制的框架（小容量的也可用塑料底板加金属支架构成），所有零部件均安装在这个框架内，主要零部件都是裸露的，导电部分需先进行绝缘，再安装在底座上，而且部件大多可以拆卸，便于装配和调整。这种断路器容量较大，其额定电流一般为630～5000A，可装设多种脱扣器，辅助触头的数量很多，不同的脱扣器组合可以构成不同的保护特性。因此，这种断路器可设计成选择型或非选择型配电电器，也可进行具有反时限动作特性的电动机保护，另外，它还可通过辅助触头实现远距离遥控和智能化控制。一般情况下，容量较小（600A 以下）的万能式断路器多用于保护线路和电源设备的过载、欠电压和短路的保护;容量较大（1000A以上）的万能式断路器多用于变压器出线总开关、大容量馈线开关及大型电动机控制。

（2）限流断路器。限流断路器是分断时间短得足以使短路电流达到其峰值前分断的一种断路器。这种断路器按限流原理可分为以下四种类型。

①由限流熔断器与普通断路器组合而成的限流断路器。

②由自复熔断器与普通断路器组合而成的限流断路器。其原理是利用自复熔断器中金属钠在通过短路电流时发热产生的高阻、高压和高温等离子气体来限制短路电流的增大，而且限流作用极强，可明显提高小容量断路器的断开能力。

③由限流线与普通断路器组合而成的限流断路器。限流线是种铁基合金，其电阻系数很大，可以限制线路中短路电流的增大。

④电动斥力式断路器，也是目前应用最普遍的一种限流断路器。它利用短路电流通过触头回路时产生的电动力使触头快速分开，能在短路电流尚未达到峰值前就把故障电路切断。

三、熔断器

熔断器是一种起保护作用的电器，它串联在被保护的电路中，当线路或电气设备的电流超过规定值足够长的时间后，其自身产生的热量能够熔断一个或几个特殊设计的和相应的部件，断开其所接入的电路并分断电源，从而起到保护作用。熔断器包括组成完整电器的所有部件。熔断器结构简单、使用方便、价格低廉，广泛应用于低压配电系统和控制电路中，主要作为短路保护元件，也常作为单台电气设备的过载保护元件。

1.熔断器的分类

（1）按结构形式分类。按结构形式可分为半封闭插入式熔断器、无填料密闭管式熔断器、有填料封闭管式熔断器、快速熔断器和自复熔断器五类。

（2）按使用对象分类。按使用对象，熔断器可分为专职人员使用和非熟练人员使用两大类。其中，专职人员使用的熔断器是指仅专职人员可以接近并仅因由专职人员更换的熔断器。由于使用这种熔断器的人员操作技能一般较高，因此，对熔断器的防护等级没有要求，多采用开启式结构，如触刀式熔断器、螺栓连接熔断器和圆筒形帽熔断器等;非熟练人员使用的熔断器是指非熟练人员可以接近并能由非熟练人员更换的熔断器，这种应当有防直接触及带电部分的保护，一般多用于家庭，而且由于使用人员一般缺乏电工知识和操作经验，安全要求较高，其结构多采用封闭或半封闭式，如螺旋式熔断器、圆管式熔断器和插入式熔断器等。

专职人员使用的熔断器按用途又可分为一般工业用熔断器、半导体器件保护用熔断器（又称快速熔断器）和自复式熔断器等。快速熔断器分断速度较快，主要用作电力半导体变流装置内部短路保护;自复熔断器是一种新型限流元件（限流器），本身不能分断电路，它常与断路器串联使用，可提高断路器的分断能力，因这种熔断器在故障电流切除后可自动恢复到初始状态，又可继续使用，故称自复熔断器。

（3）按工作类型分类。熔断器按工作类型（或称分断范围）可分为g和a两大类。

①g类熔断器。又称为全范围分断熔断器，它能够在不低于其额定电流的情况下长期工作，并可在规定条件下分断从最小熔化电流到其额定分断电流之间的任何电流。

②a类熔断器。又称为部分范围分断熔断器，也可在不低于其额定电流的情况下长期工作，但在规定条件下只能分断从4倍额定电流到其额定分断电流之间的任何电流。

（4）按使用类别分类。熔断器按使用类别分为C和M两类。其中，G 类熔断器为一般用途熔断器，常用于保护包括电缆在内的各种负载;M类熔断器为电动机电路用熔断器，主要用于对电动机负载进行保护。

对于具体的熔断器，按后两种分类又可以有不同的组合，如常用的gG系列和aM系列等。其中，gG系列熔断器主要用于对电路的过载和短路保护，而aM系列熔断器主要用于对电动机的短路保护。

2.熔断器的结构

熔断器的基本结构主要由熔体、安装熔体的熔管（或盖、座）、触头和绝缘底板等组成。其中，熔体（熔断体）是指当电流大于规定值并超过规定时间后融化的熔断体部件，它是熔断器的核心部件，它既是感测元件又是执行元件，一般用金属材料制成，熔体材料具有相对熔点低、特性稳定、易于熔断等特点;熔管是熔断器的外壳，主要作用是便于安装熔体且当熔体熔断时有利于电弧熄灭。

3.熔断器的工作原理

熔断器实际上是一种利用热效应原理工作的保护电器，它通常串联在被保护的电路中，并应接在电源相线输入端。当电路为正常负载电流时，熔体的温度较低;而当电路中发生短路或过载故障时，通过熔体的电流随之增大，熔体开始发热。当电流达到或超过某一定值时，熔体温度将升高到熔点，便自行熔断，分断故障电路，从而达到保护电路和电气设备、防止故障扩大的目的。熔体的保护作用是一次性的，一旦熔断即失去作用，应在故障排除后更换新的相同规格的熔体。

4.熔断器的选用

（1）应根据使用条件确定熔断器的类型。

（2）选择熔断器的规格时，应首先选定熔体的规格，然后再根据熔体去选择熔断器的规格。

（3）熔断器的保护特性应与被保护对象的过载特性有良好的配合。

（4）在配电系统中，各级熔断器应相互匹配，一般上一级熔体的额定电流要比下一级熔体的额定电流大2~3倍。

（5）对于保护电动机的熔断器，应注意电动机启动电流的影响。熔断器一般只作为电动机的短路保护，过载保护应采用热继电器。

（6）熔断器的额定电流应不小于熔体的额定电流;额定分断能力应大于电路中可能出现的最大短路电流。

5.儿种常见的熔断器

（1）插入式熔断器。插入式熔断器又称瓷插式熔断器，指熔断体靠导电插件插入底座的熔断器。它具有结构简单、价格低廉、更换熔体方便等优点，被广泛用于照明电路和小容量电动机，作短路保护。

常用的插入式熔断器主要是RC1A系列产品，它由瓷盖、瓷座、动触头、静触头和熔丝等组成。其中，瓷盖和瓷座由电工陶瓷制成，电源线和负载线分别接在瓷座两端的静触头上，瓷座中间有一空腔，它与瓷盖的凸起部分构成灭弧室。插入式熔断器的接触形式为面接触，由于这种熔断器只有在瓷盖拔出后才能更换熔丝，而且对于额定电流为60A及以上的熔断器，在灭弧室中还垫有帮助灭弧的编织石棉，所以比较安全。

（2）螺旋式熔断器。螺旋式熔断器是指带熔断体的载熔件靠螺纹旋入底座而固定于底座的熔断器，它实质上是一种有填料封闭管式熔断器，具有断流能力大、体积小、熔丝熔断后能显示、更换熔丝方便、安全可靠等特点，广泛用于低压配电设备、机械设备的电气控制系统中的配电箱、控制箱及振动较大的场合，作为过载及短路保护元件。

螺旋式熔断器的外形和结构如图12-11所示，主要由瓷帽、熔管、瓷套、上接线端、下接线端和底座等组成。这种熔断器的熔管由电工陶瓷制成，熔管内装有熔体（丝或片）和石英砂填料，石英砂具有导热性好、绝缘性能强、热容量大、能大量吸收电弧能量等特点，所以它对灭弧非常有利，可以提高熔断器的分断能力。熔断器的熔管上盖中还有一熔断指示器（上有色点），当熔体熔断时，指示器跳出，显示熔断器熔断（通过瓷帽可观察到）。底座装有上下两个接线触头，分别与底座螺纹壳、底座触头相连。当熔断器熔断后，只需旋开瓷帽，取下已熔断的熔管，换上新熔管即可。其缺点是熔体无法更换，只能更换整个熔管，成本相对较高。

（3）快速熔断器。快速熔断器又称为半导体器件保护用熔断器，是指在规定的条件下，能快速切断故障电流，主要用于保护半导体器件过载及短路的有填料熔断器。应当注意的是 ∶快速熔断器的熔体一般不能用普通熔体代替。这是由于普通熔体不具备快速熔断的特性，不能有效保护半导体元件。

四、低压电气设备安全工作的基本要求

为了保证对用电场所的正常供电，对配电屏上的仪表和电器应经常进行检查和维护，并做好记录，以便随时分析运行及用电情况，及时发现问题和消除隐患。

对运行中的低压配电屏，通常应检查以下内容∶

（1）配电屏及屏上的电气元件的名称、标志、编号等是否清楚、正确，盘上所有的操作把手、按钮和按键等的位置与现场实际情况是否相符，固定是否牢靠，操作是否灵活。

（2）配电屏上表示"合"、"分"等信号灯和其他信号指示是否正确。

（3）隔离开关、断路器、熔断器和互感器等的触点是否牢靠，有无过热、变色现象。

（4）二次回路导线的绝缘是否破损、老化。

（5）配电屏上标有操作模拟板时，模拟板与现场电气设备的运行状态是否对应。.

（6）仪表或表盘玻璃是否松动，仪表指示是否正确。

（7）配电室内的照明灯具是否完好，照度是否明亮均匀，观察仪表时有无眩光。。

（8）巡视检查中发现的问题应及时处理，并记录。

五、低压带电作业要求

低压带电工作应设专人监护，使用有绝缘柄的工具，工作时站在干燥的绝缘物上，戴绝缘手套和安全帽，穿长袖衣，严禁使用锉刀、金属尺和带有金属物的毛刷、毛掸等工具。

在高低压同杆架设的低压带电线路上工作时，应先检查与高压线的距离，采取防止误碰高压带电设备的措施。

在低压带电导线未采用绝缘措施前，工作人员不得穿越。在带电的低压配电装置上工作时，要保证人体和大地之间、人体与周围接地金属之间、人体与其它导体或零件之间有良好的绝缘或相应的安全距离。应采取防止相同短路和单相连接地的隔离措施。上杆前先分清相、中性线，选好工作位置。断开导线时，应先断开相线，后断开中性零线。搭接导线时，顺序应相反。因低压相间距离很小检修中要注意防止人体同时接触两根线头。