第二篇-典型低压电器(一)配电电器PPT课件

第二篇典型低压电器原理 一 配电电器 1概述 2刀开关 熔断器式刀开关 组合开关 3熔断器 4低压断路器 5配电电器的应用案例 1概述 低压配电电器定义 低压配电系统 也称低压电网 或动力装置中用来进行电能分配 完成接通和分断电路及对配电线路和设备进行保护的电器 绪论中已提过 主要配电电器刀开关熔断器式刀开关组合开关低压熔断器低压断路器 2刀开关 熔断器式刀开关 组合开关 一 刀形隔离开关1 刀开关的用途和分类用途刀开关为手动电器 可广泛用于各种低压配电设备 作为电源隔离开关 亦可用来不频繁地接通与断开容量不大的低压配电电路 当刀开关有灭弧罩 并用杠杆操作时 也能接通或分断额定电流 分类按极数分 单极 双极和三极 按结构分 平板式和条架式 按操作方式分 直接手柄操作式 杠杆操作机构式 旋转操作式和电动操作机构式 两种常见的刀开关结构原理 图2 1手柄操作式单极刀开关1 静插座 2 手柄 3 触刀 4 锁链支架 5 绝缘底板 图2 2带速断刀的刀开关1 主触刀 2 静插座 3 速断刀片 4 拉力弹簧注 4用来迅速拉开3 2 刀开关的主要技术参数 1 额定电压 一般为交流 50Hz 500V以下 直流为440V以下 2 额定电流 10 15 1500A 3 通断能力 在规定条件下能接通和分断的电流值 4 动稳定电流 在规定的使用和性能条件下 刀开关在闭合位置上所能承受的电流峰值 为额定电流的几十至几百倍 5 热稳定电流 在规定的使用和性能条件下 刀开关在指定的短时间内 在闭合位置上所能承载的电流 为额定电流的几十倍 6 机械寿命 在需要修理或更换机械零件前所能承受的无载操作次数 一般为5000 10000次 7 电寿命 在不需修理或更换零件的情况下带负载操作次数 一般为500 1000次 二 开启式负荷开关 开起式负荷开关俗称瓷底胶壳刀开关 是一种结构简单 应用最广泛的手动电器 常用作交流额定电压380 220V 额定电流至100A的照明配电线路的电源开关和小容量电动机非频繁起动的操作开关 HK系列开启式负荷开关结构示意图1上胶盖2下胶盖3触刀座4触刀5瓷柄6胶盖紧固螺帽7出线端子8熔丝9触刀铰链10瓷底座11进线端子 动画演示 胶壳开关由操作手柄 熔断丝 触刀 触头座和底座组成 如上图所示 下表为HK2系列开起式负荷开关的基本技术数据 三 封闭式负荷开关 封闭式负荷开关 俗称铁壳开关 一般在电力排灌 电热器 电气照明线路的配电设备中 作为手动不频繁地接通与分断负荷电路用 封闭式负荷开关的常用产品有HH3 HH4 HH10 HH11等系列 其最大额定电流可达400A 有二极和三极两种形式 下表为HH10和HH11系列封闭式负荷开关的基本技术参数 HH系列封闭式负载开关1壳体2熔断器3夹座4闸刀5手柄6转轴7速断弹簧 四 熔断器式隔离器 熔断器式隔离器是一种新型电器 有多种结构形式 一般多采用有填料熔断器和刀开关组合而成 广泛应用于开关柜或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 西门子带熔断器的负荷隔离开关 五 带电子熔断器监控器的隔离负荷开关 电子熔断器监控器 监控器的运行与负载无关 熔断器故障时 可通过集成辅助触头 2NO 1NC 传送到控制室 熔断器跳闸时 绿色LED会闪烁 一般故障 故障熔断器的位置通过一个红色LED指示 易于识别受影响的分支回路 在更换故障熔断器时 监控器可自动复位到备用位置 该状态通过状态显示器 绿色LED 指示 1 隔离器 刀开关 主要功能是隔离电源 在对电气设备的带电部分进行维修时 隔离器必须一直保持这些部分处于无电状态 电源隔离器作用不仅要求各极动 静触头之间处于分断状态时 保持规定的电气间隙 距离 而且个电流通路之间 电流通路和邻近接地零部件之间也应保持规定的电气间隙要求 虽然刀开关与隔离器属于无载通 断电流 但有一定的载流能力 2 负荷开关 有一定的通断能力 负荷开关能在非故障状态条件下接通和断开电气设备和成套设备中的某一部分 这时其通断能力应该和其所需通断电流相适应 六 隔离器 刀开关的选用原则 3熔断器 熔断器定义 熔断器是当电流超过规定值一定时间后 以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的保护电器 它是集感应 比较与执行于一体的最简单且性能优异的保护电器 在低压配电线路中作短路和过载保护之用 熔断器分类 按结构 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 一 熔断器的用途和结构 1 熔断器的工作原理与基本特性熔断器是一种结构简单 使用方便 价格低廉的保护电器 熔断器主要由熔体和安装熔体的导电零件组成 此外还有绝缘座和绝缘管等 使用时 熔体与被保护的电路串联 当电路为正常负载电流时 熔体的温度较低 如果电路中发生过载或短路故障时 电路电流增大 熔体发热 当熔体温度升高到其熔点时 便自行熔断 分断故障电路 达到保护电路的目的 图2 1熔断器 1绝缘管 2填料 3熔体 4导电触头 二 熔断器的工作原理与主要特性参数 熔体的熔化过程 特性 熔断器的基本特性是时间 电流特性 又称保护特性 它是指熔断器的熔断时间与流过电流的关系曲线 也称熔断特性或安秒特性 流过熔体的电流越大 熔断时间就越短 保护特性曲线是反时限特性曲线 如图2 2所示 图2 2熔断器的保护特性曲线t 熔断时间 I 流过熔断器的电流 保护对象与配合 熔断器可用来保护电缆 电动机 半导体器件以及其他电气设备 不同的保护对象在过载时允许的通电时间特性是不同的 图2 3示出了它们的过载允许通电时间的相对特性 图2 3不同被保护对象允许的时间 电流特性 为了使熔断器的时间 电流特性与被保护元件的允许时间 电流特性相配合 不同用途的熔断器在设计时应使它们的时间 电流特性尽量接近并低于被保护元件的允许时间 电流特性 如图2 3中虚线所示 2 熔断器的主要技术参数 熔断器除时间 电流特性外 其他主要技术参数有 1 额定电压 熔断器分断后能长期承受的电压 2 额定电流 在长期工作制下 熔断器各部件温升不超过规定值时所能承载的电流 3 额定分断能力 在规定的使用条件 线路电压 功率因数或时间常数 下 熔断器所能分断的预期电流 对交流而言为有效值 预期电流 在电路发生短路等故障时 假如熔断器不熔断 通过熔断器的电流 对交流而言为有效值 预期短路电流 用一个阻抗可以忽略不计的导体代替电路时 电路内可能流过的短路电流 熔断器按分断电流的情况 可分为限流式和非限流式两大类 4 截断电流特性 在规定的使用条件下截断电流与预期电流的关系特性 在交流情况下 截断电流是指任何非对称情况下熔断器所能达到的最大值 在直流情况下 截断电流是指在规定的时间常数下熔断器所能达到的电流最大值 5 弧前 弧前焦耳积分 熔断 熔断焦耳积分 被熔断器所保护的电路中的1欧姆电阻上所释放的焦耳能 三 时间 电流特性的计算 图2 4熔体的熔化过程 弧前时间的计算是按照焦耳积分 2 1 等效得到的 熔体熔断切断电路电流时 会出现高于电源电压的过电压 此过电压会导致电路绝缘破坏 半导体元件损坏等 如果选用更高反向峰值电压的半导体元件 会增加投资费用 因此 过电压峰值不允许超过规定值 图2 5为一截流熔断器切断电路时的特性 t 0时发生短路 t t1时出现截流 截流以后熔断器两端产生电弧电压uh t t2时弧熄灭 燃弧时间trh t2 t1 四 熔断器电弧电压计算 图2 5截流熔断器特性 五 熔断器的材料与性能分析 1 熔体材料 1 低熔点材料 铅 锡 锌 铅锡合金及其他低熔点合金等 体积大 电阻率较大 熔断时金属蒸汽多 不易灭弧 2 高熔点材料 银 铜 铝等 电阻率较小 一般熔断器多采用铜作为熔体材料 快速熔断器一般采用银或铝作为熔体材料 体积小 电阻率较小 熔断时金属蒸汽少 灭弧相对容易 2 冶金效应 高熔点金属在某些液态金属 如锡 铅 的作用下会降低其熔点的一种物理特性 利用 冶金效应 可以改善高熔点金属熔体的熔断器的时间 电流特性 一 熔体的材料与形状性能分析 在高熔点金属熔体上 局部焊上低熔点材料 如在铜熔体上焊以锡球或锡块 则熔体通以过载电流后 熔体温度上升到低熔点金属锡的熔点时 锡首先熔化渗入铜中 使铜熔体局部成为合金 因而熔点下降 合金的熔点比高熔点材料的熔点低 其电阻率较大 使得局部发热剧增 缩短了熔化时间 因此 过载保护特性大为改善 当通过短路电流时 由于熔体熔化时间极短 冶金效应不起作用 3 熔体形状 熔体的形状大体有两种 丝状和片状 图2 6各种不同形状的片状熔体 4 熔体的材料与形状实现短路与过载保护 短路时电流大 时间短 温度传递速度小 熔体截面小的位置发热大 温度最高 过载时故障电流相对小 时间长 传热充分 熔体中间位置最高 因此 可在变截面的高熔点材料中间焊上低熔点材料 如图所示 短线时B处熔断 开口大 利于灭弧 过载时 A处温度最高 低熔点材料先熔化 并在冶金效应下 其中的高熔点材料降低熔点而在B处先熔化 在绝缘管中装入填料是加速灭弧 提高分断能力的有效措施 对填料的要求 热容量大 在高温作用下不会分解出气体 以免增加管中的压力 填料的颗粒大小要适当 填充材料可用石英砂和三氧化二铝砂 三氧化二铝砂的性能优于石英砂 石英砂便宜 应用较多 二 熔断器的灭弧介质 填充材料 绝缘管材料的要求 机械强度高 有良好的耐弧性能 绝缘管的材料 瓷管 滑石陶瓷或高频陶瓷 在有填料熔断器中应用普遍 硬质纤维管 在无填料熔断器中常用合成材料 三 绝缘管的材料 六 常用典型熔断器 1 RC1A系列瓷插式熔断器 RC1A系列瓷插式熔断器是一种常见的结构简单的熔断器 俗称 瓷插保险 它由瓷插座和瓷插头组成 基本数据如下表所示 1 熔丝 2 动触点 3 瓷盖 4 静触点 5 瓷体 2 螺旋式熔断器 在熔断管内装有熔丝 并填充石英砂 作熄灭电弧之用 熔断管口有色标 以显示熔断信号 当熔断器熔断的时候 色标被反作用弹簧弹出后自动脱落 通过瓷帽上的玻璃窗口可看见 螺旋式熔断器的型号有RL1 RL7等系列 图螺旋式熔断器结构示意图1 瓷帽2 金属螺管3 指示器4 熔管5 瓷套6 下接线端7 上接线端8 瓷座 3 管式熔断器管式熔断器分为无填料式 RM系列 和有填料式 RT系列 两类 有填料管式熔断器是一种分断能力较大的熔断器 主要用于要求分断较大电流的场合 1 无填料 熔断器由熔断管 熔体和静插座等部分组成 2 有填料 RT12系列熔断器为瓷质管体 管体两端的铜帽上焊有偏置式连接板 可用螺栓安装在母线排上 RT14系列熔断器有带撞击器和不带撞击器两种类型 这种熔断器的极限分断能力比 图RT0系列有填料封闭管式熔断器 a 外形 b 结构 c 锡桥1熔断指示器2石英砂填料3熔丝4夹头5夹座6底座7熔体8熔管9锡桥 3 快速熔断器 主要用于硅整流管及其成套设备的保护 其特点是熔断时间短 动作快 常用型号有RLS RSO系列等 RSO1000快速熔断器 德国西霸SIBA特快速熔断器 4 自复式熔断器 特点是能重复使用 不必更换熔体 其熔体采用金属钠 利用它常温时电阻很小 高温气化时电阻值骤升 故障消除后温度下降 气态钠回归固态钠 良好导电性恢复的特性制作而成 例 施耐德公司熔断器与应用 七 熔断器的选用原则 熔断器的使用十分广泛 合理地选用熔断器对保护线路和设备的安全具有重要意义 选用的原则如下 1 熔断器额定电压应等于或大于线路的额定电压 2 熔断器的额定分断能力应不小于线路可能出现的最大故障电流 3 按照不同的用途 选择不同类型的熔断器 一般用途 线路和电缆的保护 电动机保护用 配合电动机的启动过载特性 半导体保护用 快速 后备用 主配电线路的保护或作为其他开关的后备保护 特殊条件用 中频电路 电力机车等 4低压断路器 一 低压断路器的用途 工作原理和分类 低压断路器 在低压配电网络中用来分配电能以及按规定条件对低压配电电路 电动机或其他用电设备实行通断操作并起保护作用的开关电器 低压断路器的保护作用 当电路中出现过载 短路或欠压 漏电等故障时 能自动分断电路 低压断路器又称为自动开关或自动空气断路器 在正常情况下 低压断路器可用在不频繁地接通与切断线路上 1 低压断路器的用途 2 低压断路器的工作原理 图2 7低压断路器结构示意图1 分闸弹簧2 主触头3 传动杆4 锁扣5 轴6 过电流脱扣器7 热脱扣器8 欠压失压脱扣器9 分励脱扣器 主触头2为常开触头 用于接通和分断主电路 串联在三相回路中 图中所示为主触头处于闭合位置 此时 传动杆3由锁扣4钩住 分断弹簧1被拉伸 过电流脱扣器6 串联于主电路 在主电路电流为正常值时 过电流脱扣器的衔铁处于打开位置 当主电路电流超过规定值时 衔铁被吸合 顶杆向上将锁扣4顶开 分断弹簧1使主触头分断 或称分闸 分闸原理 动画 欠失压脱扣器8 并联于主电路 在主电路电压正常时 其衔铁吸合 当主电路电压低于规定值时 其衔铁释放 顶杆也将锁扣4顶开 使主触头分断 分励脱扣器9 正常或控制分断 由控制电源供电 它可以根据操作人员的命令或其他信号使线圈通电 衔铁被吸合 顶杆向上将锁扣4顶开 使主触头分断 过电流脱扣器7 串联于主电路 在主电路电流为正常值时 双金属片发热处于正常状态 当主电路电流超过规定值时 处于过载状态时 双金属片弯曲 当弯曲到一定程度 顶杆向上将锁扣4顶开 分断弹簧1使主触头分断 合闸原理 通过操作手柄 手动合闸 电磁铁 电动机操作传动杠杆3 要求处于再扣位置 钩住锁扣4 从而实现主触头的闭合 自由脱扣器3 操作传动杠杆3 将锁扣4顶开 使主触头分断 例图典型低压断路器动作原理图1辅助触头2传动杆3主触头4自由脱扣位置5闭合位置6自由脱扣机构7锁扣8再扣位置9闭合电磁铁10操作手柄11断开弹簧12脱扣半轴13脱扣杆14接控制电源15分励脱扣器16延时装置17过电流脱扣器18欠电压脱扣器 1 导电接触系统 包括通断主电路的主触头与通断辅助电路的辅助触头 2 灭弧系统 要求有很有灭弧措施 栅片灭弧 带栅片灭弧的灭弧罩 磁吹灭弧 真空断路器等 3 低压断路器组成 如下各种脱扣器 执行机构 感测器官 此外 还有以上各部分连接在一起的金属框架或塑料外壳 图DW10型自动空气开关外形图1 操作手柄2 自由脱扣器3 失压脱扣器4 过流脱扣器5 辅助触头6 灭弧罩 为了得到不同的保护特性 低压断路器必须带有不同的脱扣器 它是断路器的感应元件 当电路发生故障时 脱扣器接到信号后动作 并作用于自由脱如机构 使断路器分闸 脱扣器包括 1 电磁式脱扣器 可以是瞬时过电流 失压 分励脱扣器 2 双金属热脱扣器 利用双金属片受热变形作用于机械机构而动作 具有反时限过电流保护特性 3 油阻尼脱扣器 反时限与瞬时过电流脱扣 4 钟表机构脱扣器 可以得到短或较长延时的过电流脱扣 5 半导体 智能脱如器 可设计成各种时间 电流特性 6 特殊作用脱扣器 漏电保护脱扣器等 按用途分 保护配电线路用 保护电动机用 保护照明线路用和漏电保护用断路器 按结构型式分 万能式 框架式和装置式 塑料外壳式断路器 普通型与智能型 按极数分 四极 三极 二极和单极断路器 按限流性能分 普通式和限流式断路器 按操作方式分 直接手柄操作式 杠杆操作式 电磁铁操作式和电动机操作式断路器 4 低压断路器分类 二 低压断路器的主要技术参数 1 额定电压 额定电压分额定工作电压 额定绝缘电压和额定脉冲电压 额定工作电压 与通断能力及使用类别相关的电压值 对于交流多相电路则指电路的线电压 额定工作电压在数值上取决于电网的额定电压等级 额定绝缘电压 设计断路器的电压值 开关电器的电气间隙和爬电距离应按此电压值确定 一般情况下 额定绝缘电压就是断路器的最大额定工作电压 额定脉冲耐压值 数值应大于或等于系统中出现的最大过电压峰值 额定绝缘电压和额定脉冲耐压共同决定了开关电器的绝缘水平 2 额定电流 脱扣器的额定电流 一般情况下也是断路器的额定持续电流 3 额定短路分断能力 在规定的使用条件下 分断短路预期电流的能力 它又分为额定极限短路分断能力和额定运行短路分断能力 额定极限短路分断能力 断路器在规定的试验电压 功率因数或时间常数以及规定的试验程序下 相应分断预期短路电流 交流条件下以有效值表示 的能力 额定极限短路分断能力的试验程序 O t CO 其中O 分断操作 CO 接通操作后紧接着分断操作 t 两个相继操作之间的时间间隔 在试验之后不要求断路器继续运行 因而它是断路器的最大分断电流 额定运行短路分断能力 断路器在规定的试验电压 功率因数或时间常数以及相应的试验程序下的一种比额定极限短路分断电流小的分断电流值 额定运行短路分断能力的试验程序 O t CO t CO额定运行短路分断能力试验后 要求断路器应依然具有能在额定电流下继续运行的能力 4 额定短路接通能力 在规定的工作电压 功率因数或时间常数下能够接通短路电流的能力 用最大预期电流峰值表示 断路器要求的最小额定短路接通能力和额定短路分断能力之间有一定的比例关系 由短路电流冲击系数决定 标准规定它们之间的关系如下表 5 额定短时耐受电流 断路器的额定短时耐受电流是指断路器处于闭合状态下 耐受一定持续时间的短路电流能力 额定短时耐受电流包括要经受短路电流峰值冲击的电动力作用以及一定时间的短路电流 周期分量有效值 的热作用 6 保护特性 1 过电流保护特性 具有多段选择性 断路器的动作时间t与过电流脱扣器的动作电流I的关系曲线 即t f I 曲线 过载由热元件实现 短路由电流脱扣器与定时器实现 图低压断路器的保护特性1 保护对象的发热特性2 低压断路器的保护特性 2 欠 失 电压保护特性 当主电路电压低于规定值 断路器应能瞬时或经短延时动作 分断电路 3 漏电保护特性 当电路漏电电流超过规定值时 断路器应在规定时间内动作 分断电路 例 SDW1 1600智能型万能式断路器技术参数 额定电流 A 200 400 600 800 1000 1250 1600额定工作电压 V 400额定绝缘电压 V 690极数P 3 4分断时间 ms 25 30合闸时间 ms 60 70额定极限短路分断能力 kA 50额定运行短路分断能力 kA 35额定短路接通能力 kA 105额定短时耐受电流1s kA 35 三 低压断路器的典型结构与功能 1 框架 万能 式断路器 万能式断路器的结构特点是有一个金属框架 所有元件都安装在框架上 万能式断路器多数属于敞开式 为了防尘的需要 有时做成金属箱防护式 万能式断路器又分为普通式和限流式 这种断路器一般有较高的短路分段能力和动稳定性 多用做电路的主保护开关 1 普通万能式断路器 DW15系列是没有限流作用的普通万能式低压断路器 额定电压交流为1140V及以下 额定电流有200 400 630A三个等级 它采用立体布置 操作手柄可以装在正前面 也可以装在右侧面 而且都可以安装电磁铁传动机构 DW15系列万能式断路器 2 限流万能式断路器 DWXl5系列为限流万能式断路器 具有快速断开和抑制短路电流上升的特点 特别适用于可能发生较大短路电流的网络之中 DWXl5系列为限流万能式断路器与普通万能式断路器不同之处在于 它有专门的斥力触头和快速脱扣装置 断路器为立体布置结构 触头系统 瞬时过电流脱扣器 左右侧板安装在一块绝缘底板上 上部装有灭弧系统 操作机构装在正前方 有 O I 指示牌 铭牌 标牌及操作手柄和手动断开按钮 机构左上方装有分励脱扣器 背部装有欠电压脱扣器与脱扣半轴相连 速饱和电流互感器套穿在下母线上 欠电压延时阻容装置 热继电器均分别装在断路器底部 DWXl5系列 2 塑料外壳 装置 式断路器 外壳用绝缘材料制作 安全性良好 用于电气控制设备及建筑物内电源线路保护 电动机过载和短路保护 目前 国产装置式断路器有DZ20系列和DZ15系列等 与万能式相比较 其特点是触头系统 灭弧室 机构及脱扣器等元件均装在一个塑料壳体内 具有结构紧凑 体积小 使用安全 价格低廉及外形美观等优点 1 普通装置式断路器 如DZ10 DZ20系列 DZ20系列 DZ108系列 CRM10 DZ10 塑壳断路器 DZ10型低压断路器结构图1 动触头2 静触头3 搭钩4 铁心5 衔铁6 灭弧栅7 主杠杆8 主轴9 轴10 杠杆11 弹簧12 调节螺丝13 双金属片 2 限流装置式断路器 DZX10系列 3 漏电保护型断路器 应用 防止触电 安装在电表和熔断器后 原理 电流互感器作用原理 保护时漏电流自动断电 参数 额定电压 额定电流 极数 额定漏电动作电流 额定频率 额定漏动作电时间 类型 单极 双极和多极 DZL18 20型漏电保护断路器原理图 4 智能化断路器 智能化断路器的特征则是采用了以微处理器或单片机为核心的智能控制器 智能脱扣器 智能化断路器原理框图如图所示 图智能化断路器原理框图 JEW2 1600固定式智能万能式空气断路器 1 固定式框架智能断路器 2 抽屉式智能框架空气断路器 DW45型智能化断路器是框架式断路器 它由本体和抽屉座组成 抽屉座两侧有导轨 导轨上有活动的导板 抽出手柄 断路器本体架落在左右导板上 断路器是通过本体上的母线插入抽屉底座上的桥式触头来连接主回路的 断路器操作方式有手动和电动两种 断路器采用弹簧储能闭合 是利用凸轮压缩一组弹簧达到储能目的 并具有自由脱扣功能 RKW1 DW45 系列智能型万能式断路器 EW1系列智能型万能式低压断路器 适用与交流50Hz 额定电压至660V 690V 及以下 额定电流400 6300A的配电网络中 用来分配电能和保护线路及电源设备免受过载 欠电压 短路 单相接地等故障的危害 短路器具有智能化保护功能 选择性保护精确 同时带有开放式通讯接口 以满足控制中心和自动化系统的要求 该智能断路器不带智能脱扣器及传感器可作隔离器用 JEW1 6300 3P抽屉式智能断路器 例2 施耐德公司智能断路器与应用介绍 例1 施耐德公司塑壳断路器与应用介绍 动画介绍 动画介绍 连接设计 抽架 一次连接夹头垂直安装方式 连接设计 二次接线端子卡式安装卡簧式接线 本体设计 绝缘塑壳本体 触头设计 一体化弧触头 维护信息 MTEMICD事件记录 报警 脱扣触头磨损 操作次数保护功能 Micrologic保护DIN