低压电器知识整理.docx
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低压电器知识整理
这个线路分为三个区：
▪供电变压器至中央配电盘母线称主线路；
▪中央配电盘母线至车间动力配电盘称分支线路；
▪动力配电盘至负载（一般为电动机）称馈电线路。
在这三个区间各装置了一些低压电器：
▪前面两个区间装置的低压电器大多属于配电电器，如图中的断路器QF1、QF2和隔离开关QS1、QS2等；
▪后面一个区间的低压电器，如接触器KM是用于控制和操作负载的，属于控制电器；但这个区间也装有配电电器，如熔断器FU。
▪断路器用于保护，接触器用于控制，隔离开关用于维修线路。
电器参数
1.通断能力
配电电器通断能力
主要是通断短路电流的能力包括短路接通能力和短路分断能力
短路接通能力：
指低压配电电器在短路故障的情况下分断短路电流的能力
与短路峰值电流有关（短路冲击电流生电动力使触头接通时斥开并熔焊）
额定短路接通能力（定参下电器接通短路电流峰值表征配电电器接通能力）
短路分断能力：
指低压配电电器在线路故障的情况下接通短路电流的能力
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额定短路分断能力（定参下电器分断短路电流效值表征配电电器分断能力）
控制电器通断能力
主要是通断工作电流的能力
2.稳定性
电动稳定性
承受短路电流产生电动力不致损坏或永久形变能力
表征参数：
允许通过短路电流峰值
热稳定性
承受短路电流产生热效应不致损坏能力
表征参数：
短路电流周期分量效值
3.动作特性
配电电器要求断流能力高操作频率低
控制电器要求操作频率高断流能力低
特性曲线（时间-电流特性限流特性I2-t特性）
4.其它
工作电压工作电流功率操作频率机电寿命
配电线路与用电设备保护
两大类：
保护障态下线路及设备安全
保护人身安全
常见：
过流，欠压，失压
电动机断相
漏电
1.过电流保护
电流超负载额定电流，包括过载和短路，低压系统最常见
描述特性：
时间-电流特性（过电流保护特性安秒特性）
描述曲线：
t=f（I/IN）（断路器为例）
反时限特性：
过载保护
瞬时性特性：
短路保护
定时限特性：
选择性短路保护
保护电器保护特性与被保设备过载特性配合
原则：
充分利用被保设备的过载能力又不使其发热超允许值
要求：
保护电器保护特性接近并略低被保设备允许过载特性
允许设备正常起动
保护电器之间保护特性配合及选择
原则：
选择性保护（某级短路，某级保护电器动作，切除该故障，保证配电系统正常工作）
要求：
各级保护电器动作时间有别（近源者长，远源者短）
举例：
馈电线路瞬时动作，分支电路和主电路短延时动作
2.欠压失压保护
欠压保护：
线路电压降至临界电压，要求保护电器动作
失压保护：
线路电压远低临界电压，要求保护电器动作
欠压（零压）保护主要防止电动机自启动
实现保护：
采用控制线路或带电压脱扣器断路器
3.电动机断相保护
三相异步电动机单相运行是其损坏主因
造成电动机单相运行原因：
断类：
电动机绕组一相断线
熔断器一相熔断
变压器原边或副边一相开路
电源引线一相断线
触类：
电动机绕组与电源端子接触不良
刀开关熔断器断路器接触器一相接触不良
实现保护：
采用控制线路或带断相保护功能热继电器
4.漏电保护
实现保护：
采用控制电路实现或带漏电保护功能断路器
5.其它保护
实现保护：
温度监控继电器与相关控制线路
传统电器基本理论
电磁机构触头系统（灭弧系统）
传统电器基本组成：
电磁机构与触头系统
1.电磁机构
组成：
吸引线圈铁心衔铁
结构：
直动式转动式（拍合式）
原理：
吸引线圈通电产生磁通
磁通经铁心-衔铁-工作气隙闭合产生电磁吸力
衔铁在电磁吸力作用下产生机械位移被铁心吸合
衔铁受弹簧拉力等与电磁吸力反向力的作用
吸力大于反力则衔铁可靠被吸合
吸力：
正极性脉动有过零（F=4B2S105，B=Bmsinwt=>F=4B2S105-FB2S105cos2wt）
电磁吸力瞬时值大于反力时铁心吸合
特性：
通常是指吸力特性（Fd吸-δ）和反力特性（Fd反-δ）
线圈外加电压或电流增大时吸力特性曲线上移且变得较为平坦
线圈外加电压或电流减小是吸力特性曲线下移且变得较为陡峭
直流电磁机构恒安匝变磁莲
交流电磁机构恒磁莲变安匝
注意：
线圈烧毁常见原因
交流直流线圈区别
吸力特性与反力特性配合
原则：
电磁机构正常工作，改善电器性能
要求：
衔铁吸合时，吸力必须大于反力（吸力特性在反力特性之上）
衔铁释放时，反力必须大于吸力（反力特性在吸力特性之上）
吸力特性与反力特性尽量靠近（以利于改善电器性能）
交流电器吸力特性特别照顾（分磁环）
渊源：
交流电磁机构瞬时吸力过零引起严重震动对触头系统产生连续短弧
故必须使吸合后最小瞬时吸力大于最大反力
原理：
分磁环将磁通分为相位不同的两相磁通
两相磁通产生两个吸力
两吸力之和最小值大于反力最大值则衔铁可靠吸合
例外：
三相交流电磁机构可不设分磁环（因已存在三相磁通，只要满足…即可）
2.触头系统
原理：
……
结构：
桥式触头指式触头
接触方式：
点线面
接触电阻：
膜电阻收缩电阻
膜电阻：
触头表面氧化膜产生的电阻
缩电阻：
动静触头表面粗糙导致闭合时有效导电面积减小而增加的电阻
削弱它：
安装触头弹簧增加触头压力
铜基触头镀银
大容量电器采用指型触头自动清除氧化膜
无水乙醇或四氯化碳及时擦拭触头清除触头表面尘垢
3.灭弧系统
电弧原理：
触头分断时刚出现断口之际，两触头间距极小，形成强电场
阴极自由电子溢出到气隙并向阳极加速运动，形成场致发射
交流电器近阴极效应：
交流电流过零瞬间，阴极表面空间产生150-250V介质恢复强度
导致交流电器较直流电器更易灭弧
灭弧机理：
短弧灭弧法：
增加电极数量（桥式双断点灭弧，金属栅片灭弧）
长弧灭护法：
拉长电弧长度（电动力吹弧灭弧，磁吹灭弧）
介质灭弧法：
改变区域介质（真空灭弧，SF6灭弧，石英砂灭弧）
冷却灭弧法：
降低电弧温度（灭弧罩灭弧，遇热可产气灭弧罩灭弧）
典型低压电器原理
配电电器控制电器
1.配电电器
低压配电电器定义：
低压配电系统（低压电网）或动力装置中用于
进行电能分配，完成电路接通和分断，
及对配电线路和设备进行保护的电器
低压配电电器种类：
刀开关熔断器式刀开关组合开关
低压熔断器低压断路器
刀开关
性质：
刀型隔离开关，手动电器
用途：
广泛用于各种低压配电设备，作为电源隔离开关
亦可用于不频繁通断小容量低压配电电路
当有灭弧罩，并采用杠杆操作时还可用于通断额定电流
参数：
通断能力：
额定通断能力（定参下可通断电流值）
动稳定性：
动稳定电流（定参下刀开关闭合位置上可承受电流峰值为几十到几百倍IN）
热稳定性：
热稳定电流（定参下刀开关闭合位置上可承受短时耐受电流为几十倍IN）
额定电压：
工作电压一般交流为工频550V以下，直流440V以下
额定电流：
工作电流一般为10A~1500A
其它参数：
电寿命机械寿命
负荷开关
开启式负荷开关
性质：
俗称瓷底胶壳刀开关，应用最广泛手动电器
用途：
交流额定电压380/220V额定电流至100A照明配电线路电源开关
小容量电动机不频繁启动操作开关
封闭式负荷开关
性质：
俗称铁壳开关，手动电器
用途：
电力排灌电热器电气照明电路配电设备不频繁通断负荷电流
隔离器
熔断器式隔离器
性质：
有填料熔断器和刀开关的组合，手动电器
用途：
广泛用于开关柜与终端电器配套的电器装置中作为线路或用电设备的电源隔离开关及严重过载和短路保护之用
选用原则
刀开关隔离器选用原则
功能：
隔离电源（维修电气设备带电部分需一直保持此部分处于无电状态）
要求：
各极动静触头处于分断状态时保持规定电气间隙
各电流通路之间保持规定电气间隙
电流通路与邻近接地零部件之间保持规定电气间隙
虽属于无载通断电流但需具备一定载流能力
负荷开关选用原则
功能：
通断电路
要求：
具备一定通断能力，非故障状态下通断电气设备和成套设备某部分
此时其通断能力应和其所需通断电流相等
熔断器
性质：
集感应比较执行于一体最简性能优异保护电器
用途：
低压配电线路中短路和过载保护
参数：
分断能力：
额定分断能力（定参下熔断器可分断预期电流值，交流取效值）
动稳定性：
预期短路电流（电路中可能出现短路电流值）
热稳定性：
预期电流（电路短路故障时熔断器不熔断电流值，交流取效值）
额定电压：
熔断器熔断时可长期承受电压值
额定电流：
熔断器各部件温升不超规定值可长期承受电流值
分类：
开启式半封闭式封闭式（无填料管式有填料管式有填料螺旋式）
结构：
熔体安装熔体的导电零件绝缘座绝缘管
原理：
与被保护电路串联，正常负载电流下熔体温度较低不致熔断
当电路发生短路或过载故障时电流增大，熔体发热
当熔体温度升高至其熔点时，熔体熔断，分断故障电路，达到保护目的
特性：
安秒特性（反时限特性：
电流越大，熔断时间越短）
对象：
电缆电动机半导体器件及其它电气设备
配合：
尽量靠近并略低于被保护电器过载特性（反时限特性：
电流越大允许通过时间越短）
材料：
熔体材料
低熔点材料：
铅锡锌铅锡合金及其它低熔点合金
特点：
体积大电阻率大熔断时金属蒸汽多不易灭弧
高熔点材料：
银铜铝
特点：
体积小电阻率小熔断时金属蒸汽少易灭弧
效应：
冶金效应
高熔点金属在某些液态金属如铅锡的作用下降低自身熔点的物理效应
利用冶金效应改善高熔点熔体熔断器安秒特性
在高熔点金属熔体局部焊上低熔点金属，过载时熔体温升至低熔点金属熔点时低熔点金属熔化，熔体局部形成合金，熔点下降，又合金电阻率大，导致局部发热剧增，缩短熔断时间。
短路时熔体熔化时间极短，冶金效应不起作用。
利用熔体材料和形状实现短路和过载保护
短路时，电流大时间短，温度传递速度小，因此截面窄的部分温度高，冶金效应不起作用，可用高熔点熔体的变截面实现短路保护，易灭弧
过载时，电流相对较小，时间相对较长，传热充分，因此熔体中间位置温度最高，可用高熔点熔体中间焊上低熔点材料，冶金效应使这部分先熔断，实现过载保护
介质：
在绝缘管中装入填料是加速灭弧（提高分段能力）有效措施
要求：
热容量大，在高温下不会分解出气体以免增加绝缘管压力
填充材料颗粒大小适当
比较：
石英砂比三氧化二铝便宜，三氧化二铝比石英砂性能好
选用原则
熔断器额定电压应大于或等于线路额定电压
熔断器额定分断能力应不小于线路可能出现的最大故障电流
按不同用途选择不同熔断器
低压断路器
性质：
低压配电线路中用于分配电能及按工作要求对配电线路及用电设备实行通断操作和起保护作用的开关电器
作用：
正常不频繁通断电路及分断短路过载欠压漏电故障电路
原理：
各种脱扣器（过电流脱扣器欠压失压脱扣器热脱扣器分励脱扣器）
组成：
感测器官执行机构
感测器官：
各种脱扣器（电磁式脱扣器：
过电流欠压失压分励）
（双金属热脱扣器：
金属受热变形而动作反时限保护特性）
（油阻尼脱扣器：
瞬时过电流而脱扣反时限特性）
（钟表机构脱扣器：
短延时或长延时过电流脱扣）
（半导体/智能脱扣器：
可设计成各种时间-电流特性）
（特殊作用脱扣器：
漏电保护脱扣器）
执行机构：
导电触头系统（包括通断主电路的主触头和通断辅助电路的辅助触头）
灭弧系统（要求有各种灭弧措施）
参数：
分断能力：
额定短路分断能力
额定极限短路分断能力（试验后不要求断路器继续运行）
额定运行短路分断能力（试验之后要求断路器继续运行）
接通能力：
额定短路接通能力（定参下可接通最大短路电流最大预期峰值电流表示）
热稳定性：
额定短时耐受电流（断路器闭合位置上可承受一段时间短路电流）
额定电压：
额定工作电压（一般取电网额定电压等级）
额定绝缘电压（一般指最大额定工作电压）
额定脉冲电压（大于等于线路过电压峰值）
额定电流：
断路器额定持续电流
保护特性：
过电流保护特性（多段选择性）
欠失压保护特性（瞬时或短延时）
漏电保护特性（漏电电流超过规定值分断电路）
选用原则
根据使用条件选择使用类别、额定工作电压、额定工作电流、各种电磁式脱扣器电压电流整定值等参数，参照产品样本提供的保护特性曲线选用保护特性，并对短路特性和灵敏系数进行校验。
2.控制电器
低压控制电器定义：
低压电力拖动系统或控制系统中用于
对电动机或被控电路进行控制调节保护的电器
低压控制电器要求：
工作准确可靠操作频率高使用寿命长体积质量小
低压控制电器特点：
可通断过载电流，不能分断短路电流
低压控制电器种类：
主令电器与控制器
接触器（频繁通断正常电路或电机或大容量控制电路）
控制电器（控制系统中控制其它电器动作或在主电器中起保护作用）
主令电器
性质：
手动电器
用途：
用于接通和断开控制电路，以发布命令或信号来改变控制系统工作状况
种类：
控制按钮行程开关万能转换开关主令控制器
接触器
用途：
正常频繁通断交直流主电路或大容量控制电路且可远距离控制电器
原理：
线圈通电时，铁心产生磁通，衔铁气隙处产生吸力大于反力，衔铁动作，带动触头闭合，于是接通电路（于此同时，衔铁还带动辅助触头动作，使常闭触头打开，常开触头闭合）
线圈电压降低时，铁心磁通减弱或消失，衔铁气隙处吸力小于反力，衔铁在反力的作用下恢复，带动触头断开，于是分断电路（于此同时，衔铁还带动辅助触头动作，使常闭触头闭合，长开触头打开）
分类：
电磁接触器气动接触器液压接触器（按驱动触头系统动力不同）
真空接触器晶闸管接触器
参数：
通断能力（规定条件下可靠通断电流值）
动作值（指接触器线圈吸合电压和释放电压）
额定电压（指主触头额定工作电压此外还应规定辅助触头及线圈额定电压）
额定电流（一定条件下规定的保证电器正常工作的电流值）
机械寿命与电寿命操作频率额定工作制
区别：
直流接触器与直流操作的交流接触器
直流接触器通断直流电路，相对交流接触器较难灭弧
直流操作的交流接触器主触点通断的是交流电，线圈通直流电
选用原则
主触头额定电压不小于主电路额定电压
线圈额定电压必须与接入此线圈的控制线路额定电压相等
继电器
定义：
当输入量达到规定要求时，输出电路被控制量发生预定阶跃变化的电器
大类：
逻辑运算继电器（以高于动作值或低于释放值为输入量）
量度继电器（以达到规定准确度动作值为输入量）
特性：
继电特性
参数：
基本输入参数（输入额定值输入最大值动作值释放值）
基本输出参数（与输出形式有关）
种类：
有触点继电器（靠触点机械运动通断控制电路）
无触点继电器（靠电器元件自身物理特性实现控制电路通断）
电信号继电器（交直流电压电流继电器）
非电信号继电器（温度速度压力光继电器）
时间继电器缓动继电器普通继电器速动继电器
选用原则
应考虑：
对电参数的要求对时间参数的要求对工作环境适应能力的要求
对机械物理参数的要求对寿命的要求对失效率（可靠性）的要求
电磁式继电器
构成：
感应机构（线圈）
变换机构（电磁系统：
铁心衔铁铁轭线圈）
比较机构（反力系统：
反力弹簧簧片）
执行机构（导电接触系统：
触点簧片）
结构：
（三大功能部件）
电磁机构触头系统调节装置
原理：
动作过程释放过程
种类：
电压继电器（匝数较多，导线较细）
电流继电器（匝数较少，导线较粗）
中间继电器（放大触点及容量）
时间继电器（利用楞次定律延时）
通用继电器（机座通用，改变结构）
特性：
吸力特性与反力特性
参数：
略
选用原则
基本原则：
依据产品主要技术参数，结合实际应用系统选型
考虑要点：
使用类别额定工作电压电流工作制动作值整定
升级会员 