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低压电器基础知识1. 低压电器的定义 在我国经济建设事业和人民生活中，电能的应用越来越广泛。为了安全、可靠地使用电能，电路中就必须装有各种起调节、分配、控制及保护作用的电气设备。这些电气设备统称为电器。从生产或使用的角度，电器可分为高压电器和低压电器两大类。随着科学技术和生产的发展，电器的种类不断增多，用量不断增大，用途也极为广泛。 电力系统的负荷绝大部分是经低压电器供给的。 电力用户的各种生产机械设备，大部分是采用低压供电的。在庞大的低压配电系统和低压用电系统中，需要大量的控制、保护用电器，这些电器通称为低压电器。低压电器是指额定工作电压在交流1140V和直流1200V以下的，在电力系统中起保护、控制及调节等作用的电器元件。2. 什么是电器？电器的分类方法有哪些 凡是根据外界特定的信号和要求，自动或手动接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路的切换、控制、保护、检测及调节的电气设备均称为电器。电器的分类： 按工作电压高低分高压电器和低压电器； 按动作方式分自动切换电器和非自动切换电器； 按执行功能分触点电器和无触点电器。3. 低压电器的标准通常包括哪些内容？按标准内容性质可分为 哪几类？按批准标准的级别分为哪几级 低压电器产品标准内容通常包括产品的用途、适用范围、环境条件、技术性能要求、试验项目和方法、包装运输的要求等，是制造厂和用户用于验收的依据。 低压电器按标准内容性质可分为基础标准、 专业标准及产品标准三大类。 低压电器按批准标准内容性质的级别可分为国家标准（GB） 、部标准（JB）及局批企业标准（JB/DQ）三级。 4. 常用低压电器的分类 低压控制电器主要用于机械电力传动系统中。 传动系统的电器应具备工作准时可靠、操作频率高、使用寿命长、尺寸小及便于维护等特点。这类电器有继电器、接触器、行程开关、变阻器、电磁铁等。低压电器的种类繁多，按其结构用途及所控制的对象不同，可以有不同的分类方式。（1）按用途和控制对象不同，可将低压电器分为配电电器和控制电器 用于低压电力网的配电电器。这类电器包括刀开关、转换开关、空气断路器及熔断器等。对配电电器的主要技术要求是断流能力强，限流效果佳，在系统发生故障时保护动作准确，工作可靠，有足够的热稳定性和动稳定性。 用于电力拖动及自动控制系统的控制电器。这类电器包括接触器、启动器及各种控制继电器等。对控制电器的主要技术要求是操作频率高、使用寿命长及有相应的转换能力。 （2）按动作性质，可将低压电器分为自动切换电器和非自动切换电器 自动切换电器是指完成接通、分断、启动、反向及停止等动作，是依赖它本身参数的变化或外来的电信号自动进行或完成的，而不是由人工直接操作的。 常用的自动切换电器有自动开关、 接触器等。 非自动切换电器又称手动电器，主要是用手直接操作来进行切换的，通过人力做功来完成接通、分断、启动、反向及停止等动作。常用的手动电器有刀开关、转换开关及主令电器等。 （3）按防护形式分类 第一类防护形式：防止固体异物进入电器内部及防止人体触及内部的带电或运动部分的防护。 第一类防护形式的分级方式及定义见表 1-1。 表1-1 第一类防护形式分级方式及定义 第二类防护形式：防止水进入内部达到有害程度的防护。第二类防护形式的分级方式及定义见表 1-2。表明产品外壳防护等级的标志由字母“IP”及两个数字组成。第一位数字表示上述第一类防护形式的等级， 第二位数字表示上述第二类防护形式的等级。如需单独标志第一类防护形式的等级时，被略去的数字的位置，应以字母“X”补充，如 IP5X 表示第一类防护形式五级，IPX3 表示第二类防护形式三级。 （4）按工作条件分类 对在一般条件下作为配电系统和电力传动系统及机械控制用的电器，称为工业用电器。根据电器的使用环境或特殊工作条件，低压电器又可分为以下几类： 通用低压电器：供正常工作条件下使用，这是低压电器的基本类型； 化工用低压电器：主要是防腐和防尘类电器； 矿用低压电器：主要用于矿井，具有防爆功能； 牵引低压电器：用于电力机车，能耐高温、倾斜、震动及冲击； 船用低压电器：能耐潮湿、盐雾及霉蚀； 航空低压电器：耐冲击和震动，小而轻； 热带低压电器：适用于热带各种气候环境； 高原低压电器：适用于海拔 10004000m 的高原地区。 5. AC3、AC4类负荷具体是指什么工作条件 一般电器产品适用于海拔高度1000m 及以下，在国际上也如此。这是因为绝大部分的使用场合均在 1000m 及以下。由于海拔高了会影响电器产品分断电流时的熄弧功能及散热， 1000m 以上地区使用电器产品时，必须采取相应措施。电器产品的使用类别分 AC3和 AC4类。 AC3 的使用类别是指该电器可用于笼形异步电动机的启动及运转中分断。它要承受接通 6倍额定电流（相当于电动机的启动电流） 、分断额定电流（相当于电动机的运转电流） 。 AC4的使用类别是指该电器可用于笼形异步电动机的启动、 反接制动或反向运转、点动等。它对接通的要求与上述相同，但分断需承受 6倍额定电流（相当于电动机的启动电流） 。 上述为二者间主要差异，具体考核办法需参见有关标准规定，显然 AC4对电器考核较严格。 6. 低压电器的基本用途 在输送电能的输电线路和各种用电场合， 也要使用不同的电器来控制电路通、断，对电路的各种参数进行调节。只是电能的输送和使用比自来水的输送使用要复杂得多。 低压电器在电路中的基本用途是根据外界信号或要求，自动或手动接通、分断电路，连续或断续地改变电路状态，对电路进行切换、控制、保护、检测和调节。7. 简述低压电器的全型号表示法及代号含义 为了生产销售、管理及使用方便，我国对各种低压电器都按规定编制型号，即由类别代号、组别代号、设计代号、基本规格代号及辅助规格代号几部分构成低压电器的全型号。 每一级代号后面可根据需要加设派生代号。产品全型号的意义图如图 1-1 所示。低压电器全型号各部分必须使用规定的符号或数字表示， 其含义为： 类组代号：包括类别代号和组别代号，用汉语拼音字母表示，代表低压电器元件所属的类别，以及在同一类电器中所属的组别。 设计代号：用数字表示，表示同类低压电器元件的不同设计序列。 基本规格代号：用数字表示，表示同一系列产品中不同的规格品种。 辅助规格代号：用数字表示，表示同一系列、同一规格产品中的有某种区别的不同产品。 其中，类组代号与设计代号的组合表示产品的系列，一般称为电器的系列号。同一系列的电器元件的用途、工作原理和结构基本相同，而规格、容量则跟据需要可以有许多种。例如，JR16 是热继电器的系列号，同属这一系列的热继电器的结构、工作原理都相同；但其热元件的额定电流从零点几安培到几十安培，有十几种规格。其中，辅助规格代号为3D 的有三相热元件，装有差动式断相保护装置，因此对三相异步电动机有过载和断相保护功能。 低压电器派生代号的意义见表 1-3。 表1-3 低压电器派生代号的意义8. 低压电器有哪些主要技术参数 低压电器的主要技术参数有下面几种。 （1）额定电压 额定电压分额定工作电压 Ue、额定绝缘电压 Ui、额定脉冲耐受电压 Uimp 三种。 额定工作电压是与额定工作电流共同决定使用类别的一种电压。对于多相电路，此电压是指相间电压，即线电压。 额定绝缘电压是与介电性能试验、爬电距离（电器中具有电位差的相邻两导电物体间沿绝缘体表面的最短距离，也称漏电距离）相关的电压，在任何情况下都不低于额定工作电压。 额定脉冲耐受电压，是反映电器当其所在系统发生最大过电压时所能耐受的能力。额定绝缘电压和额定脉冲耐受电压，共同决定了该电器的绝缘水平。 （2）额定电流 额定电流分额定工作电流 Ie、约定发热电流 Ith、约定封闭发热电流 Ithe及额定不间断电流 Iu 四种。 额定工作电流是在规定条件下保证电器正常工作的电流值。 约定发热电流和约定封闭发热电流是电器处于非封闭和封闭状态下，按规定条件试验时，其部件在 8h 工作制下的温升不超过极限值时所能承载的最大电流。 额定不间断电流是指电器在长期工作制下，各部件温升不超过极限值时所能承载的电流值。 （3）操作频率与通电持续率 开关电器每小时内可能实现的最高操作循环次数称为操作频率。通电持续率是电器工作于断续周期制时，有载时间与工作周期之比，通常以百分数表示，符号为 TD。 （4）通断能力和短路通断能力通断能力是开关电器在规定条件下， 能在给定电压下接通和分断的预期电流值。短路通断能力是开关电器在规定条件下，包括其出线端短路在内的接通和分断能力。 此外， 接通能力与分断能力可能相等，也可能不相等。 （5）机械寿命和电寿命 开关电器的机械部分在需要修理或更换机械零件前所能承受的无载操作循环次数称为机械寿命。在规定的正常工作条件下，开关电器的机械部分在无需修理或更换零件的负载操作循环次数称为电寿命。 9. 低压电器的主要技术指标 为保证电器设备安全可靠地工作，国家对低压电器的设计、制造规定了严格的标准，合格的电器产品符合国家标准规定的技术要求，在使用电器元件时，必须按照产品说明书中规定的技术条件选用。低压电器的主要技术指标有以下几项： 绝缘强度：指电器元件的触头处于分断状态时，动静触头之间耐受的电压值（无击穿或闪络现象） 。低压电器应能承受标准所规定的各项相关条件，如使用场所的海拔高度、电器的使用电压、电器触头的开距及交流 50Hz 耐压试验。 耐潮湿性能：指保证电器可靠工作的允许环境潮湿条件。低压电器在型式试验中都要按耐潮湿试验周期条件进行考核。 电器经过几个周期试验，其绝缘水平不应低于前项要求的绝缘水平。 极限允许温升：电器的导电部件，通过电流时将引起发热和温升，极限允许温升指为防止过度氧化和烧熔而规定的最高温升值（温升值=测得实际温度环境温度） 。 低压电器内部的零部件由各种材质制成。 电器运行中的温升对不同材质的零部件会产生一定的影响，如温升过高会影响正常工作、降低绝缘水平及使用寿命。为此，低压电器要按零部件的材质、使用场所的海拔高度及不同的工作制，规定电器内各部位的允许温升。 操作频率：电器元件在单位时间（1h）内允许操作的最高次数。 寿命：包括电寿命和机械寿命两项指标。电寿命指电器元件的触头在规定的电路条件下，正常操作额定负荷电流的总次数。机械寿命指电器元件在规定使用条件下，正常操作的总次数。 安全类别：低压电器安全类别应与电气主接线中使用位置级别有关。低压电器安全类别共分四级：级信号水平级；级负载水平级；级配电及控制水平级；级电源水平级。如控制电路的电器只能用于级， 而所有品种的低压电器都可以用于、 级， 接触器、电动机启动器、控制电路电器则不能用于级。 10. 低压电器按环境条件选择，通常是怎样划分的 电器产品的选择应适应所在场所的环境条件， 这些环境条件对电气设施的设计和运行起着重要的作用。它们一般分为正常环境、多尘环境、化工腐蚀环境、高原地区、热带地区、爆炸及火灾危险环境。 11. 低压电器的结构要求 低压电器产品的种类多、数量大，用途极为广泛。为了保证不同产地、不同企业生产的低压电器产品的规格、性能和质量一致，通用和互换性好，低压电器的设计和制造必须严格按照国家的有关标准，尤其是基本系列的各类开关电器必须保证执行三化 （标准化、 系列化、通用化）和四统一（型号规格、技术条件、外形及安装尺寸、易损零部件统一）的原则。在购置和选用低压电器元件时，也要特别注意检查其结构是否符合标准， 防止给今后的运行和维修工作留下隐患和麻烦。 12. 低压电器附件相关技术术语 小型断路器（Miniature Circuit Breaker, MCB） ：在正常电路条件下能接通负载和断开负载电流， 而在非正常电路条件下接通负载到规定时间后自动断开负载的一种机械式开关装置。 剩余电流断路器（Residual Current Circuit-Breaker, RCCB） ：在正常工作条件下，接通负载和断开负载电流，而在特定的条件下，当剩余电流达到某规定时使触头断开的一种机械开关装置。 剩余电流装置(Residual Current Device, RCD)：当电路的剩余电流在规定的条件下达到其规定值时， 引起触头动作而断开主电路的一种保护器。 剩余电流装置可以是检测剩余电流和接通及断开主电路电流的各种元件的组合体。 自由脱扣机构（Trip-free Mechanism） ：既不能由复位机构防止或阻止其断开， 也不能防止超温或过电流的继续而使触头错开或维持闭合的一种机构。 漏电流（Leakage Current） ：设备的外露导电表面与地之间的全部电流，包括电容耦合电流在内。 剩余电流（Residual Current） ：流过剩余电流装置主电路的电流瞬时值矢量和（有效值） 。 预期电流（Prospective Current） ：用一根可忽略阻抗的导线代替剩余电流装置的主电流通路和过流保护装置（如有的话）主电流通路时所通过的电流。 分断能力（Breaking Capacity） ：在额定电压和规定条件下能够分断的预期电流值。 13. 低压电器的正常工作条件 为保证低压电器的正常工作，动作性能满足设计要求，其各部件材质不受各种不利因素的影响， 低压电器使用时必须满足其正常工作条件。 （1）使用场所的海拔高度 低压电器使用场所的海拔高度应不超过 2000m。 因为电气设备的绝缘耐压水平是随海拔高度的升高而降低的，超过 2000m 时，使用的电器应选用符合特殊要求的产品。 （2）周围空气温度 周围空气温度是指电器外的环境温度，包括最高温度和最低温度。其最高温度必须满足在运行中空气温度升高后，电器内部元件的温度不能超过其允许温度。 电器使用环境空气最高温度一般为+40；最低空气温度根据使用环境的不同可分为四种： +50，适用于水冷电器； 10，适用于电子式电器； 25； 40。 低压电器选型时，应指明所需的最低温度级别。 （3）空气相对湿度 全年湿月的月平均最大相对湿度为90%， 同时该月的月平均最低温度为 25，并考虑到因温度变化允许在开关电器表面上凝露。 （4）安装条件 对安装方位有规定的或动作性能受重力影响的电器，其安装倾斜度不大于 5。 应安装于无显著摇动和冲击震动的场所。 在无爆炸危险的介质中，且周围环境中无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体与尘埃，特别是导电尘埃。 在没有雨雪侵袭的地方。 14. 低压电器的正确选用 低压电器的正确选用，即指选择合理、使用正确。从技术经济角度来看，两者相辅相成，缺一不可。由于低压电器具有不同的用途和使用条件，因而也会有不同的选用方法。低压电器的选用应遵循下面的基本原则。（1）安全原则 使用安全可靠是对任何开关电器的基本要求，保证人身安全和保证系统及用电设备的可靠运行，是生产和生活得以正常进行的重要保障。 （2）经济原则 经济考虑又可分开关电器本身的经济价值和使用开关电器产生的价值，要求选择得合理、适用，并考虑运行中安全可靠，而不至于因故障造成停产或损坏设备、危及人身安全等构成的经济损失。 根据上述原则，选用时应注意： 控制对象的分类和使用环境； 确认有关的技术数据，如控制对象的额定电压、额定功率、电动机启动电流的倍数、负载性质、操作频率及工作制等； 了解电器的正常工作条件，如环境空气温度、相对湿度、海拔高度、允许安装方位角度和抗冲击震动、有害气体、导电尘埃及雨雪侵袭等； 了解电器的主要技术性能（技术条件） ，如用途、分类、额定电压、额定控制功率、接通分断能力、允许操作频率、工作制及使用寿命等。 （3）国标规定 根据我国国家标准的有关规定，低压电压为2201000（1140）V 的交流电力系统及电气设备的额定电压值，含 220/380V，380/660V及 1000（1140）V。 低压电器主要技术性能的具体要求， 请参阅相关的行业标准。 15. 电器的四种工作制 电器的四种工作制有： 八小时工作制：当电器的电流回路通过一个稳定电流时，其通电时间足以达到热平衡，但超过 8h时必须断开电路。 长期工作制：当电器的电流回路通过一个稳定电流时，其通电时间超过8h也不断开电路。长期工作制又叫不间断工作制。 短期工作制：在电器的电流回路中，通电的时间与断开的时间互相交替，通电的时间比断开的时间短的工作制，并且通电的时间不足以使电器达到热平衡，而两次通电时间足以使电器温度恢复到环境温度。 反复短时工作制：在电器的电流回路中，通电的时间与断开的时间循环交替，并且有一定的比值。由于工作周期很短，所以电器达不到热平衡。反复短时工作制又叫断续周期工作制。 16. 低压电器和电动机铭牌或外壳上常标出“IP”的意义如何 低压电器和电动机铭牌或外壳上有时标出“IP” ，表示该电器或电动机的防护型式。其中，IP为低压电器和电动机外壳防护等级的标志字母，后面两个数字分别表示第一种防护（防固体异物进入内部）和第二种防护（防水进入内部）的防护等级。 选用低压电器和电动机时，应结合工作环境的特点，选择适当防护型式的产品， 以保证其正常安全运行及防止发生人身触电和机械损伤事故。 17. 低压电器和电动机防固体异物进入的等级规定 低压电器和电动机的外壳，按防止固体异物进入内部、防止人体触及内部带电或运动部分的防护程度，一般分为七级： 0级：没有专门的防护。 1级：能防止直径大于 50mm 的固体异物进入壳内；能防止人体的某一部分（如手）偶然触及壳内带电或运动部分，但不能防止有意识地接近这些部分。 2级：能防止直径大于 12mm 的固体异物进入壳内；能防止手指触及壳内带电或运动部分。 3级：能防止直径大于 2.5mm 的固定异物进入壳内；能防止厚度（直径）大于 2.5mm 的工具、金属线等触及壳内带电或运动部分。4 级：能防止直径大于 1mm 的固定异物进入壳内；能防止厚度（直径）大于 1mm 的工具、金属线等触及壳内带电或运动部分。 5级：能防止灰尘进入壳内达到影响电器和电动机正常运行的程度；能完全防止触及壳内带电或运动部分。 6级：能完全防止灰尘进入壳内；能完全防止触及壳内带电或运动部分。 对于使用同轴外风扇冷却的电动机，当防护等级为 2 级及以上时，风扇应能够防止其风叶或轮辐式试指所触及。在出风口插入试指时，直径为 50mm 的护板应不能通过，3、4 两级防护不包括电器的泄水孔，但泄水孔的防护等级不应低于2级。 18. 低压电器和电动机防水等级的规定 低压电器和电动机的外壳， 按防止水进入其内部的防护程度可分为 9级： 0级：没有专门的防护； 1级：垂直的滴水不能直接进入壳内； 2级：与铅垂线呈 15的滴水不能直接进入壳内； 3级：与铅垂线呈 60的淋水不能直接进入壳内； 4级：来自任何方向的溅水对电器和电动机都无有害影响；5级：来自任何方向的喷水对电器和电动机都无有害影响； 6级：猛烈的海浪或强力喷水对电器和电动机都无有害影响； 7级：在规定的时间内和规定的压力下，将电器和电动机浸在水中，进水量对它们无有害影响； 8级：在规定的压力下，将电器和电动机长时间浸在水中，进水量对它们无有害影响。 19. 安装和维护低压电器的安全事项 从安全方面考虑，安装和维护低压电器应注意以下事项： 电器应装在无强烈震动的地点，距地面应有适当高度。 应垂直安装，倾斜度一般不应超过 5；对于油浸电器，绝对不许绝缘油溢出；电器的固定应使用螺栓，不得焊接固定。 安装新电器之前，应清除电器各接触面上的保护油层，以防接触不良。 凡是金属外壳，都应采取防止间接触电的接地或接零保护措施；电器的裸露部分应有防护罩，以防止直接触电。 电器的防护应与安装地点的环境条件相适应。在有爆炸、火灾危险的场所及有大量粉尘或潮湿的地点， 都应安装具有相应防护措施的电器。 维护时应注意电器的触头是否接触良好、紧密，各相触头是否动作一致，灭弧装置是否保持完整和清洁。 20. 为什么电器的电寿命总是短于机械寿命 带有触头的电器，其电寿命实际上就是触头的寿命。由于在通断过程中产生电弧，所以触头除了有机械磨损外，还遭受电弧所产生的电磨损，而且后者比前者要严重得多，因此电器的电寿命总是短于它的机械寿命的。 21. 低压电器的选择应符合哪些基本要求 与所在回路额定电压（交流为均方根值）相适应。对于某些设备，应考虑正常工作时可能出现的最高或最低电压。 电器的额定电流应等于或大于所控制回路的预期工作电流。电器还应承载异常情况下可能流过的电流。 保护装置应在其允许的持续时间内将电器切断。 电器的额定频率必须与所在电源回路的频率相适应。 电器应根据所在场所的环境选择。 电器应满足短路条件下的动稳定与热稳定。断开短路电流的电器，应满足短路条件下的通断能力。验算电器在短路条件下的通断能力， 应采用安装处预期短路电流周期分量的有效值。 当短路点附近所接电动机额定电流之和超过短路电流的 1%时，应考虑电动机反馈电流的影响。 22. 低压电器按短路工作条件选择，应遵循哪些原则 可能通过短路电流的电器，如刀开关、熔断器式刀开关等，应尽量满足在短路条件下短时和峰值耐受电流的要求。 此要求主要是指满足动、热稳定电流的条件。 动稳定电流发生短路事故时， 若刀开关等能通过某一最大短路电流，且不受此时产生的巨大电动力的作用而发生形变、损坏或刀片自动弹出等现象，则此短路电流峰值，就称为它们的动稳定电流。 热稳定电流发生短路事故时，若刀开关等能在一定时间内通过某一最大短路电流（通常为 Is） ，并不因温度的急剧升高发生熔焊现象，则此短路电流称为开关的热稳定电流。 23. 为什么断开短路电流的保护电器，应满足在短路条件下分断 能力的要求 断开短路电流的保护电器，如熔断器、低压断路器等应尽量满足在短路条件下分断能力的要求。 要满足动、热稳定性的要求。 要满足分断能力的要求，对于熔断器 IfdrIk （1-1） 式中，Ifdr为以交流电流周期分量有效值表示的熔断器极限分断能力； Ik 为三相短路电流周期分量的有效值。 对于低压断路器，分断时间大于 0.02s 的断路器 IfdzIk （1-2） 式中，Ifdz为以交流电流周期分量有效值表示的低压断路器的分断能力。 分断时间小于 0.02s 的低压断路器 IfdcIch （1-3）式中，Ifdc 为断路器开断电流时，冲击电流的有效值，如制造厂提供的是开断电流为峰值时，可按峰值校验； Ich 为短路开始第一周期内的全电流有效值。 24. 低压电器的外壳防护形式是怎样规定的 低压电器的外壳防护形式按下述几个方面规定。 表示防护等级的代号由表征字母“IP”和附加在后的两个表征数字及补充字母组成。 第一位表征数字及数字后补充字母表示第一种防护型式的各个等级， 第二位表征数字则表示第二种防护型式的各个等级。 第一位表征数字及数字后补充字母表示的防护等级及其含义。第一位表征数字及数字后补允字母表示电器具有对人体和壳内部件的防护，共分为 9个等级。 第一位表征数字及数后补充字母的相应防护等级从低级到高级排列依次为0、1、2L、3、4L、3、4、5、6，凡符合某一防护等级的外壳意味着亦符合所有低于该防护等级的各级，除有怀疑的外，不必再做较低防护等级的试验。 第二位表征数字的防护等级及其含义。 第二位表征数字表示由于外壳进水而引起有害影响的防护， 共分为 9个等级。 符合某一防护等级的外壳意味着亦符合所有低于该防护等级的各级，除有怀疑的外，不必再做较低防护等级的试验。 补充字母的使用：当防护的内容有所增加时，可用补充字母来表示。 W：具有附加防护措施或方法要求，放在字母 IP 后面，可在特定的气候条件下使用的外壳防护等级。N：具有附加防护措施或方法要求，放在第二位表征数字后面，可在特定尘埃环境条件下使用的外壳防护等级。例如，用于锯木厂、采石场等恶劣尘埃环境条件下使用的外防