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电气分册

目录

1万能、塑壳和小型断路器比较1

1.1低压断路器1

1.2低压断路器产品实物图3

2消防强切之分励脱扣器5

2.1消防强切的依据及目的5

2.2消防强切的实现元件—分励脱扣器5

2.3消防强切的控制原理5

3电涌保护器8

3.1概述8

3.2电涌保护器的分类8

3.3电涌保护器的试验及参数9

3.4电涌保护器的设置要求10

3.5电涌保护器的安装位置与数量12

4互感器知识13

4.1概述13

4.2电流互感器13

4.3电压互感器17

5低压开关、隔离电器和接触器的选择21

5.1开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器21

5.2接触器和起动器24

附录一建筑物电涌防护配置28

附录二防雷区（LPZ）的划分29

1万能、塑壳和小型断路器比较

1.1低压断路器

1.1.1低压断路器俗称自动开关，是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合,在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包括短路条件）下的电流的开关装置。

常用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。

1.1.2工作原理：

如图1.1.2所示，当线路上出现短路故障时，其过电流脱扣器动作，使开关跳闸。

如果出现过负荷，其串联在一次线路上的电阻发热，使双金属片弯曲，也使开关跳闸。

当线路电压严重下降或失压时，其欠压脱扣器动作，同样使开关跳闸。

如果按下按钮7，使分励脱扣器通电，则可使开关远程控制跳闸。

图1.1.2低压断路器工作原理图

1—主触头2—自由脱扣机构3—过电流脱扣器4—分励脱扣器

5—热脱扣器6—欠压脱扣器7—脱扣按钮

1.2.3低压断路器分类

1.2.3.1按结构型式分：

有万能式和塑料外壳式；

1.2.3.2按用途分：

有配电用、电动机用、照明用和漏电保护等；

1.2.3.3按灭弧介质分：

有空气断路器和真空断路器等；

1.2.3.4按保护性能分：

有选择型和非选择型；

1.2.3.5按极数分：

有单极、二极、三极和四极等；

1.2.3.6按安装方式分：

有插入式、固定式和抽屉式等。

1.2.4万能式和塑料外壳式断路器的比较见表1.2.4。

表1.2.4万能式和塑料外壳式断路器对比表

项目

万能式断路器

塑料外壳式断路器

塑壳断路器

模数化小型断路器

定义

又名框架式断路器。

它是敞开地装设在金属框架上的，而其保护方案和操作方案较多，装设地点灵活，故有“万能式”和“框架式”之名。

塑料外壳式断路器又称装置式断路器，其全部机构和导电部分都装设在一个塑料外壳内，仅在壳盖中央露出操作手柄，供手动操作之用。

塑料外壳式断路器的一种，它具有模数化结构和小型尺寸，故又名微型断路器。

外形尺寸

体积最大、安装复杂

处于两者之间

体积小、安装方便

应用范围

多用于低压配电主干线的主控制开关

多用于支干线路的保护开关，在线路的中间位置

多用于终端负载保护

电流等级

最大电流等级为6300A,一般在200-4000A。

最大电流等级为2500A,一般在63-800A。

最大电流等级为125A,一般在1-63A。

短路分断能力

高，一般为50-150KA

较高，一般为30-100KA

低，一般为15KA以下

过电流保护方式

对过流和短路采用两套装置分别保护，过流保护动作值可人工调整

对过流和短路采用两套装置分别保护，过流保护动作值可人工调整

对过流和短路共用一套装置，电流动作值不可调。

操作方式

变化多，有手柄、杠杆电磁铁和电动机操作

变化少，多为手柄，也有带电动机传动机构

无变化，手柄操作

安装方式

抽屉式和固定式

螺钉固定式

主要是通过导轨安装

接入导线方式

适合母排和大电缆连接

不适合母排连接，可接35mm2以上导线。

接线端头用螺母联接，容易压紧，接触良好

适合接10mm2以下的导线。

接线端头采用较小的压紧端子，且只能用螺丝刀拧紧，不容易压紧，接触不太好

扩展辅助附件

功能完善，可满足不同保护要求及网络化

功能一般，一般配置过电流和瞬时脱扣器

功能简单

适修性

较方便

不便，多数不考虑维修

不便，多数不考虑维修

价格

高

一般

低

1.2低压断路器产品实物图

（a）正泰NA8系列万能式断路（b）正泰DW17D系列万能式断路器

（c）正泰DZ948系列塑壳断路器（d）正泰DZ15系列塑壳断路器

（e）正泰NB7S-63小型断路器（f）正泰DZ47-60小型断路器

图1.2各种型号低压断路器产品

2消防强切之分励脱扣器

2.1消防强切的依据及目的

2.1.1《火灾自动报警设计规范》GBT50116-1998中第6.3.1.8条“消防控制室在确信火灾后，应能切断有关部位的非消防电源”。

2.1.2《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008中第13.4.9.1条“火灾确认后，应在消防控制室自动切除相关区域的非消防电源。

”

2.1.3切除非消防电源的目的有两个：

1、保证火灾情况下消防用电负荷的用电可靠性。

2、避免非消防线路在火灾情况下发生短路、过载引发次生灾害，以及避免消防人员在火灾现场灭火时触电。

2.2消防强切的实现元件—分励脱扣器

2.2.1脱扣器：

断路器的辅助部件，有热脱扣、电子脱扣、电磁脱扣等。

分励脱扣器属于电磁脱扣的一种，通过外加电信号完成断路器受控脱扣的功能。

2.2.2断路器与分励脱扣器可以是一体的，也可以是组合装配的。

2.2.3分励脱扣器本质上就是一个分闸线圈加脱扣器，给分励脱扣线圈加上规定的电压，断路器就脱扣而分闸。

分励脱扣器常用在远距离自动断电的控制上，现在用得最多的就是消防控制室切断非消防电源。

（原理图参照第1节图1.1.2）

2.2.4分励脱扣线圈电压种类有交流和直流，电压大小有各种电压等级。

常有的额定控制电源电压为交流230V/400V或直流24V/220V等，当电源电压值等于控制电源电压的（70%-110%）之间的任一电压时，则在断路器的所有操作条件下分励脱扣器都能使断路器脱扣断开。

2.3消防强切的控制原理

2.3.1为切断非消防电源，需在相关配电箱内断路器上装设分励脱扣器和辅助开关，当发生火灾时，消防控制室发出信号，这个信号一般是一个直流24V的电压信号，通过输出模块、配电箱内分励脱扣器的配合切除非消防负荷，断路器完成脱扣后的信号，可由辅助触点和模块通过总线反馈至消防控制室。

如图2.3.1。

图2.3.1消防强切控制原理图

2.3.2分励脱扣器由输出模块控制，模块的电压和脱扣器电压应相互匹配，如此分励脱扣器额定动作电压不为24V，需再加装一个24V的中间继电器，把24V的消防跳闸信号接至此中间继电器，中间继电器的常开触点串联到断路器的分励脱扣线圈回路中，实现脱扣动作。

如图2.3.2中分励脱扣器额定动作电压为AC220V。

图2.3.2AC220V分励脱扣器消防强切控制接线图

3电涌保护器

3.1概述

3.1.1闪电电流及闪电高频电磁场所形成的闪电电磁脉冲通过接地装置或电气线路导体的传导耦合和空间交变电磁场的感应耦合，在电气及电子设备中产生危险的过电压和过电流，即“浪涌”。

此外，由电力系统内部开关操作以及高压系统故障亦会产生在低压配电系统中产生“电涌”从而对电气及信息设备造成损害。

3.1.2电涌保护器SPD（SurgeProtectiveDevice）是一种用于带电系统中限制瞬态过电压和导引泄放电涌电流的非线性防护器件，用以保护电气或电子系统免遭雷电或操作过电压及涌流的损害。

又称“浪涌保护器”。

3.2电涌保护器的分类

3.2.1按其使用的非线性元件的特性分类

3.2.1.1电压开关型SPD：

当无电涌时，SPD呈高阻状态；而当电涌电压达到一定值时，SPD突然变为低阻值。

因此，这类SPD被称为“短路开关型”。

它具有通流容量大的特点，特别适用于LPZ0A区（防雷分区见后附录二）或LPZ0B区与LPZ1区界面处的雷电浪涌保护。

3.2.1.2限压型SPD：

当无电涌时，SPD呈高阻抗，但随着电涌电压和电流的升高，其阻抗持续下降而呈低阻导通状态。

这类SPD又称“箝压型SPD”，因其箝位电压水平比开关型SPD要低，故常用于LPZ0B区和LPZ1区及以上雷电防护区域内的雷电过电压或操作过电压保护。

3.2.1.3混合型SPD：

这是将电压开关型元件和限压型元件组合在一起的一种SPD，随其所承受的冲击电压特性的不同而分为呈现电压开关型SPD、限压型SPD或同时呈现开关型及限压型两种特性。

3.2.1.4用于通信和信号网络中的SPD除有上述特性要求外，还按其内部是否串接限流元件的要求，分为有、无限流元件的SPD。

3.2.2按在不同系统中的不同使用要求分类

3.2.2.1按用途分为电源系统SPD、信号系统SPD和天馈系统SPD；

3.2.2.2按端口型式和连接方式分为与保护电路并联连接的单端口SPD及与保护电路串联连接的双端口（输入、输出端口）SPD，以及适用于电子系统的多端口SPD等；

3.2.2.3按使用环境分为户内型和户外型等等。

3.3电涌保护器的试验及参数

3.3.1电源SPD的冲击分类试验级别

3.3.1.1Ⅰ级分类试验：

对Ⅰ类SPD进行的用标称放电电流

、1.2/50

冲击电压和10/350

最大冲击电流（

）做的试验。

这是规定用于安装在LPZ0A区与LPZ1区的界面处的雷电流型SPD的试验程序。

3.3.1.2Ⅱ级分类试验：

对Ⅱ类SPD进行用标称放电电流

、1.2/50

冲击电压和8/20

波形最大冲击电流（

）做的试验。

这是规定用于限压型SPD的试验程序。

3.3.1.3Ⅲ级分类试验：

对SPD进行的复合波（发生器产生的开路电压峰值

波形为1.2/50

电压波，短路电流峰值

波形为8/20

电流波且

与

之比为2Ω）所做的试验。

及

的最大值分别为20kV和10kA，大于此值时应进行Ⅱ级试验。

一般用于限压型和混合型SPD的试验程序。

3.3.2SPD主要参数及其定义

3.3.2.1最大持续工作电压

：

允许持续施加于SPD端子间的最大电压有效值，其值等于SPD的额定电压。

不应低于线路中可能出现的最大连续运行电压。

3.3.2.2标称放电电流

（额定放电电流）：

流过SPD的8/20

波形的放电电流峰值（KA）。

一般用于对SPD做Ⅱ级分类试验，也可用于Ⅰ、Ⅱ级分类试验的预处理试验。

3.3.2.3冲击电流

（脉冲电流）：

由电流峰值

和总电荷Q所规定的脉冲电流，一般用于SPD的Ⅰ级分类试验，其波形为10/350

。

3.3.2.4最大放电电流

：

通过SPD的8/20μs电流波的峰值电流。

用于SPD的Ⅱ级分类试验，其值按Ⅱ级动作负载的试验程序确定，

。

3.3.2.5电压保护水平

：

是表征SPD限制接线端子间电压的性能参数，对电压开关型SPD指规定陡度下最大放电电压，对电压限制型SPD指规定电流波形下的最大残压，其值可从优先值列表中选择，该值应大于实测限制电压的最高值，并应与设备的耐压相配合。

3.3.2.6残压

：

冲击放电电流通过电压限制型SPD时，在其端子上所呈现的最大电压峰值，其值与冲击电流的波形和峰值电流有关。

是确定SPD的过电压保护水平的重要参数。

3.3.2.7残流

：

对SPD不带负载，施加最大持续工作电压

时，流过PE接线端子的电流，其值越小则待机功耗越小。

3.4电涌保护器的设置要求

3.4.1在复杂的电气和电子系统中，除在户外线路进入建筑物处（LPZ0A或LPZ0B进入LPZ1区）安装电涌保护器外，在配电和信号线路上应考虑选择和安装协调配合好的电涌保护器保护，下面两种情况除外：

3.4.1.1在两栋定为LPZ1区的独立建筑物用电气线路或信号线路的屏蔽电缆或穿钢管的无屏蔽电缆连接在一起的情况下，当屏蔽层流过的分雷电流在其上所产生的电压降不会对线路和所接设备引起绝缘击穿时（见图3.4.1-1），可省去安装电涌保护器。

图3.4.1-1用屏蔽电缆或穿钢管线路将两栋独立的LPZ1区连接

3.4.1.2在LPZ1区内两个LPZ2区之间用电气线路或信号线路的屏蔽电缆或屏蔽的电缆沟或穿钢管屏蔽的线路连接在一起时（见图3.4.1-2），线路的两端可省去安装电涌保护器。

图3.4.1-2用屏蔽的线路将两个LPZ2区连接

3.4.2电涌保护器应与同一线路上方的电涌保护器在能量上配合好，安装在系统中的SPD是否实现配合可通过试验进行验证。

采用已相互配合好的SPD系列产品，实现配合由SPD系列产品制造者验证（资料由制造商提供）。

3.4.3考虑SPD的性能退化或寿命终止后可能产生的短路故障对系统运行的影响，需在SPD之前装设过电流保护器（外附熔断器、断路器、剩余电流保护器或SPD内部的脱离器）。

此过电流保护器既要满足工频短路时与主电流过电流保护装置的级间配合及分断能力要求，又不应在规定的雷电冲击放电电流下断开，应参照SPD制造商的建议配置。

当采用断路器时应采用具有C型脱扣曲线的延时型脱扣器，其额定电流根据SPD的最大放电电流Imax来选择，一般第一级不小于50A（可选63A），以后各级不小于20A（可选32A）。

当采用熔断器时，其配置原则与断路器相同。

3.5电涌保护器的安装位置与数量

3.5.1在LPZ0A区或LPZ0B与LPZ1区的界面处，自室外引来的电源线路上应安装符合Ⅰ级分类实验SPD作为第一级保护。

低压配电系统中安装的第一级SPD应设计在变压器侧配电柜或市电引入的低压配电柜上。

3.5.2当被保护设备的耐过电压额定值Uw低于第一级SPD的有效电压保护水平Up，并应有20%的裕度（即0.8Uw≤Up）时，被保护设备的前端只设一级SPD，否则需要设置第二级SPD乃至第n级SPD。

3.5.3第二级SPD宜设置在LPZ1与LPZ2交界处，可安装在分配电箱内或UPS前，可选用Ⅱ或Ⅲ级分类实验产品，其标称放电电流In不宜小于5kA（8/20

）。

3.5.4第三级SPD宜设置在重要的终端设备前或精密敏感设备前，也可安装在UPS前，可选用Ⅱ或Ⅲ级分类实验产品，其标称放电电流In不宜小于3kA（8/20

）。

3.5.5SPD与被保护设备的距离不宜大于10m，如果SPD与被保护设备的距离太长，需考虑设备端产生的振荡电压可能对设备产生的影响。

4互感器知识

4.1概述

4.1.1互感器是电流互感器与电压互感器的统称。

从基本结构和工作原理来说，互感器就是一种特殊变压器。

4.1.2电流互感器是一种变换电流（将大电流变换为小电流）的互感器，其二次侧额定电流一般为5A或1A。

4.1.3电压互感器是一种变换电压（将高电压变换为低电压）的互感器，其二次侧额定电压一般为100V。

4.1.4互感器的功能：

4.1.4.1用来使仪表、继电器等二次设备与主电路（一次电路）绝缘。

这即可避免主电路的高电压直接引入仪表、继电器等二次设备，又可防止仪表、继电器等二次设备的故障影响主电路，提高一、二次电路的安全性和可靠性，并有利于人身安全。

4.1.4.2用来扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围。

通过采用不同变流比的电流互感器，用一只5A量程的电流表就可以测量任意大的电流。

同样，通过采用不同变压比的电压互感器。

用一只100V量程的电压表就可以测量任意高的电压。

而且由于采用互感器，可使二次仪表、继电器等设备的规格统一，有利于这些设备的批量生产。

4.2电流互感器

4.2.1电流互感器的基本结构原理

电流互感器的基本结构原理图如图4.2.1所示。

它的结构特点是：

其一次绕组匝数很少，有的型式电流互感器还没有一次绕组，而是利用穿过其铁芯的一次电路作为一次绕组（相当于一次绕组匝数为1），且一次绕组导体相当粗，而二次绕组匝数很多，导体较细。

工作时，一次绕组串联在一次电路中，而二次绕组则与仪表、继电器等的电流线圈相串联，形成一个闭合回路。

由于这些电流线圈的阻抗很小，因此电流互感器工作时二次回路接近于短路状态。

图4.2.1电流互感器的基本结构和接线

1—铁芯2—一次绕组3—二次绕组

电流互感器的一次电流

与其二次电流

之间有下列关系：

式中

、

为电流互感器一次和二次绕组的匝数；

为电流互感器的变化比，

，例如

等。

4.2.2电流互感器的接线方案：

在三相电路中有如图4.2.2所示四种常见的接线方案。

4.2.2.1一相式接线（见图4.2.2-a）：

电流线圈通过的电流，反应一次电路相应相的电流。

这种接线通常用于负荷平衡的三相电路，如在低压动力线路中，供测量电流或接过负荷保护装置之用。

4.2.2.2两相V形接线（见图4.2.2-b）：

这种接线也称为两相不完全星形接线。

在继电保护装置中，这种接线称为两线两继电器接线。

它在中性点不接地的三相三线制电路中（如6～10kV高压电路中），广泛用于三相电流、电能的测量及过电流继电保护。

二次侧接线的公共线上的电流

，反应的是未接电流互感器的那一相（B相）的电流。

4.2.2.3两相电流差接线（见图4.2.2-c）：

这种接线适于中性点不接地的三相三线制电路中（如一般的6～10kV电路）的过电流继电保护。

故这种接线也称为两相一继电器接线。

二次侧接线的公共线上的电流

，其量值为相电流的

倍。

4.2.2.4三相星形接线（见图4.2.2-d）：

这种接线中的三个电流线圈，正好反应各相电流，一般广泛应用在负荷不平衡的三相四线制系统（如低压TN系统）中，也用在负荷可能不平衡的三相三线制系统中，用作三相电流、电能测量及过电流继电保护等。

图4.2.2电流互感器的接线方案

a）一相式b）两相V形c）两相电流差d）三相星形

4.2.3电流互感器的类型和型号

4.2.3.1按其一次绕组的匝数分，有单匝式（包括母线式、芯柱式、套管式）和多匝式（包括线圈式、线环式、串级式）；

4.2.3.2按一次电压高低分，有高压和低压两大类；

4.2.3.3按用途分，有测量用和保护用两大类；

4.2.3.4按准确度等级分，测量用电流互感器有0.1、0.2、0.5、1、3、5等级，保护用电流互感器有5P和10P两级。

4.2.3.5电流互感器全型号的表示和含义如下：

4.2.4电流互感器使用注意事项

4.2.4.1电流互感器应按装设地点的条件及额定电压、一次电流、二次电流（一般为5A或1A，220kV及以上电压等级宜选用1A的电流互感器）、准确度等级等条件进行选择，并校验其短路动稳定度和热稳定度。

对于保护用电流互感器来说，通常采用10P准确度等级。

4.2.4.2电流互感器在工作时其二次侧不得开路。

电流互感器正常工作时，由于其二次负荷很小，因此接近于短路状态，如二次侧开路，则将产生以下严重后果：

①铁芯由于磁通剧增而过热，并产生剩磁，降低铁芯准确度级；②由于电流互感器二次绕组匝数远比一次绕组多，因此可在二次侧感应出危险的高电压，危机人身和设备的安全。

所以要求电流互感器在安装时，其二次侧接线必须牢固可靠，且其二次侧不允许接入熔断器和开关。

4.2.4.3电流互感器的二次侧有一端必须接地。

互感器二次侧一端接地，是为了防止其一、二次绕组间绝缘击穿时，一次侧的高电压窜入二次侧，危及人身和设备的安全。

4.2.4.4电流互感器在连接时，要注意其端子的极性。

如电流互感器端子未连接正确，则二次仪表、继电器中流过的电流不是预想的电流，甚至引起事故。

4.3电压互感器

4.3.1电压互感器的基本结构原理

电压互感器的基本结构原理如图3所示。

它的结构特点是：

其一次绕组匝数很多，而二次绕组匝数较小，相当于降压变压器。

工作时，一次绕组并联在一次电路中，而二次绕组并联仪表、继电器的电压线圈。

由于这些电压线圈的阻抗很大，所以电压互感器工作时二次绕组接近于空载状态。

图4.3.1电压互感器的基本结构和接线

1—铁芯2—一次绕组3—二次绕组

电压互感器的一次电压

与其二次电压

的关系为：

式中，

、

为电压互感器一次和二次绕组匝数；

为电压互感器的变压比，即其额定一、二次电压比，

，例如

等。

4.3.2电压互感器的接线方案：

在三相电路中有如图4.3.2所示四种常见的接线方案。

4.3.2.1一个单相电压互感器的接线（见图4.3.2-a）：

供仪表、继电器接于一个线电压。

4.3.2.2两个单相电压互感器接成V/V形（见图4.3.2-b）：

供仪表、继电器接于三相三线制电路的各个线电压，它广泛应用于工厂变配电所的6～10kV高压配电装置中。

4.3.2.3三个单相电压互感器接成Y0/Y0形（见图4.3.2-c）：

供电给要求线电压的仪表、继电器，并供电给接相电压的绝缘监视电压表。

由于小接地电流系统在一次侧发生单相接地时，另两相电压要升高到线电压，所以绝缘监视电压表的量程不能按相电压选择，而要按线电压选择，否则在发生单相接地时，电压表可能被烧毁。

4.3.2.4三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/△（开口三角）形（见图4.3.2-d）：

其接成Y0的二次绕组，供电给需要线电压的仪表、继电器及绝缘监视用电压表。

接成△（开口三角）形的辅助二次绕组，接电压继电器。

一次电压正常时，由于三个相电压对称，因此开口三角形开口两端的电压接近于零，但一次电路有一相接地时，开口三角形两端将出现近100V的零序电压，使电压继电器动作，发出故障信号。

图4电压互感器的接线方案

a）一个单相电压互感器b）两个单相接成V/V形c）三个单相接成Y0/Y0形d）三个单相三绕组或一个三相五芯柱三绕组接成Y0/Y0/△（开口三角）形

4.2.3电压互感器的类型和型号

4.2.3.1按相数分，有单相和三相两类；

4.2.3.2按绝缘及冷却方式分，有干式（含环氧树脂浇筑式）和油浸式两类。

4.2.3.3电压互感器全型号的表示和含义如下：

4.2.4电压互感器的使用注意事项

4.2.4.1电压互感器应按装设地点的条件及一次电压、二次电压（一般为100V）、准确度等级等条件进行选择。

4.2.4.2电压互感器在工作时其二次侧不得短路。

由于电压互感器一、二次绕组都是在并联状态下工作的，如果二次侧短路，将产生很大的短路电流，有可能烧毁互感器，甚至影响一次电路的安全运行。

因此电压互感器的一、二次都必须装设熔断器以进行短路保护。

4.2.4.3电压互感器的二次侧有一端必须接地。

这与电流互感器的二次侧接地的目的相同，也是为了防止一、二次绕组间的绝缘击穿时，一次侧的高电压窜入二次侧，危及人身和设备的安全。

4.2.4.4电压互感器在连接时也必须注意极性。

5低压开关、隔离电器和接触器的选择

5.1开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器

5.1.1定义

5.1.1.1开关：

在正常电路条件下（包括规定的过载），能够接通、承载和分断电流，并在规定的非正常电路条件下（如短路），能在规定时间内承载电流的一种机械开关电器。

开关可以接通但不能分断短路电流。

5.1.1.2隔离器：

在断开状态下能符合规定隔离功能要求的电器，应满足距离、泄露电流要求，以及断开位置指示可