第9章 低压配电装置

第九章电路理论基础 第二篇低压运行维修作业 第九章低压配电装置 9 1保护电器9 2开关电器9 3低压配电瓶9 4低压带电作业的要求 第九章低压配电装置 低压电器 是指工作在直流1500V 交流1000V 1140V 及以下的电路中 以实现对电路或非电对象的控制 检测 保护 变换 调节等作用的基本器件 分类 控制电器和保护电器 控制电器 主要用来接通和断开线路 以及用来控制用电设备 如刀开关 低压断路器等 保护电器 主要用来获取 转换和传递信号 并通过其它电器对电路实现控制 如熔断器 热继电器 保护电器主要包括 熔断器 热继电器 过电流继电器和失压脱扣器 低压断路器的热脱扣器 电磁式过电流脱扣器和失压脱扣器等 继电器和脱扣器的区别 继电器有触头 脱扣器没有触头 直接由机械运动进行控制 9 1保护电器 9 1保护电器 一 保护类型 短路保护是指 线路或设备发生短路时 能迅速切断电源的保护 熔断器 过电流继电器和脱扣器都是常用的短路保护装置 保护电器 分别起短路保护 过我保护和失压 欠压 保护作用 过载保护是 当线路或设备的载荷超过允许范围时能延时切断电源的一种保护 热继电器是常用的过载保护装置 熔断器可用于照明线路和有冲击的载荷的线路或设备的过载保护装置 失压 欠压 保护 是当电源电压消失或低于某一限度时 能自动断开线路的一种保护 其作用是当电压重新恢复时 设备不致突然启动 从而造成事故 同时 能避免设备在过低的电压下勉强运行而损坏 9 1保护电器 分类 熔断器 利用电流热效应原理工作的短路或过载保护电器 9 1保护电器 二 熔断器 图9 1瓷插式熔断器 用作线路末端或分支电路短路保护及一定程度的过载保护 如照明电路 9 1保护电器 图9 2螺旋式熔断器 用在控制箱 配电屏 机床设备及震动较大的场合作短路保护 9 1保护电器 图9 3有填料式熔断器 有填料封闭管式熔断器 用在短路电流相当大或有易燃气体的地方电力输配电系统中 作为导线 电缆和电器设备短路和过载保护 9 1保护电器 图9 4无填料密封式熔断器 用在开关柜或配电屏 动力网络及成套配电设备中作为导线 电缆及大容量电器设备短路和连续过载保护 9 1保护电器 图9 5快速熔断器 用于半导体功率元件及晶闸管短路保护 9 1保护电器 图9 6自恢复熔断器 自复式熔断器的熔体应用非线性电阻元件制成 在特大电流产生的高温下 熔体气化 阻值剧增 即瞬间呈现高阻状态 从而将故障电流限制在较小的数值范围内 可重复使用多次 目前在电力网络的输配电系统中得到应用 9 1保护电器 熔断器的结构 熔断器的熔体做成丝或片的形状 低熔点熔体由锑铅合金 锡铝合金 锌等材料制成 熔断器的选用 选用熔断器时应注意其防护形式满足生产环境的要求 其额定电压符合线路电压 其额定电流满足安全条件和工作条件的要求 在多级保护的场合上一级熔断器的熔断时间一般应大于下一级的 倍 9 1保护电器 对单台电动机 IF 1 5 2 5 IN对多台电机 IF 1 5 2 5 IMM 熔断器的选用 熔体 熔断器额定电流的选择 对照明等无冲击电流的电路 熔体的电流应等于负载的电流 9 1保护电器 9 1保护电器 熔断使用注意事项 同一熔断器可以配用几种不同规格的媒体 但熔体的额定电流不得超过熔断器的额定电流 熔断器的熔体与触刀 触刀与刀座应保持接触良好 触头钳口应有足够的压力 在有爆炸危险的环境 不得装设电弧可能与周围介质接触的熔断器 一般环境也必须考虑防止电弧飞出的措施 应当在停电以后更换熔体 不能轻易改变熔体的规格 不得使用不明规格的熔体 更不准随意使用钢丝或铁丝代替熔丝 三 热继电器电动机在工作时 当负载过大 电压过低或发生一相断路故障时 电动机的电流都要增大 其值往往超过额定电流 如果超过不多 电路中熔断器的熔体不会熔断 但时间长了会影响电动机的寿命 甚至烧毁电动机 因此需要有过载保护 热继电器用于电动机的过载保护 它是利用电流热效应使双金属片受热后弯曲 通过联动机构使触点动作的自动电器 由于热继电器发热元件具有热惯性 所以在电路中不能做瞬时过载保护 更不能做短路保护 9 1保护电器 作用 电动机的过载保护 1 双金属片式热继电器的结构及工作原理 结构 由发热元件 双金属片和触头及动作机构等部分组成 原理 利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作 9 1保护电器 图9 7双金属片式热继电器结构原理图1 主双金属片2 电阻丝3 导板4 补偿双金属片5 螺钉6 推杆7 静触头8 动触头9 复位按钮10 调节凸轮11 弹簧 9 1保护电器 热继电器的结构 当电动机过载时 通过发热元件的电流超过整定电流 双金属片受热向上弯曲脱离扣板 使常闭触点断开 由于常闭触点是接在电动机的控制电路中的 它的断开会使得与其相接的接触器线圈断电 从而接触器主触点断开 电动机的主电路断电 实现了过载保护 9 1保护电器 热继电器的工作原理 热继电器原理演示 9 1保护电器 使用 作为电动机的过载保护 注意与熔断器的配合 选择 1 对于过载能力较差的电动机 选取热继电器的额定电流为电动机额定电流的60 80 2 不频繁启动场合 eR ed eR 热继电器热元件的额定电流 ed 电动机的额定电流 3 对于可逆运行和频繁通断的电动机 不宜采用热继电器保护 必要时可采用装入电动机内部的温度继电器 2 热继电器使用与选择 9 1保护电器 热继电器动作后 双金属片经过一段时间冷却 按下复位按钮即可复位 整定电流是指长期通过发热元件而不致使热继电器动作的最大电流 当发热元件中通过的电流超过整定电流值的20 时 热继电器应在20分钟内动作 热继电器的整定电流大小可通过整定电流旋钮来改变 选用和整定热继电器时一定要使整定电流值与电动机的额定电流一致 9 1保护电器 热继电器的整定 一 电磁式继电器的结构 1 电磁机构 2 触头系统 3 调节装置 图9 8电磁式继电器的典型结构1 底座2 铁心3 释放弹簧4 调节螺母5 调节螺母6 衔铁7 非磁性垫片8 极靴9 触头系统10 线圈 四 电磁式继电器 9 1保护电器 特点 线圈串接于电路中 导线粗 匝数少 阻抗小 分类 过电流继电器 欠电流继电器 过流电流继电器 欠流电流继电器 二 电磁式电流继电器 1 过电流继电器通常 交流过电流继电器的吸合电流I0 1 1 3 5 IN 直流过电流继电器的吸合电流I0 0 75 3 IN 由于过电流继电器在出现过电流时衔铁吸合动作 其触头来切断电路 故过电流继电器无释放电流值 图5 17电磁式继电器的典型结构 9 1保护电器 直流欠电流继电器的吸合电流与释放电流调节范围I0 0 3 0 65 IN和Ir 0 1 0 2 IN 2 欠电流继电器正常工作时 继电器线圈流过负载额定电流 衔铁吸合动作 当负载电流降低至继电器释放电流时 衔铁释放 带动触头动作 欠电流继电器在电路中起欠电流保护作用 9 1保护电器 失压 欠压 脱扣器也是利用电磁力的作用来工作的 工作原理如图9 所示 所不同的是正常工作时衔铁处在闭合位置 而且线圈是并联在线路上的 当线路电压消失或降低至40 70 时 衔铁被弹簧拉开 并通过脱扣机构使降压启动器或自动空气开关动作而断开线路 9 1保护电器 9 2开关电器 开关电器的主要作用 是接通和断开线路 在生产车间内 开关电器主要用来启动和停止用电设备 最多的是用来后动和停止电动机 常见的开关电器有闸刀开关 自动断路器 交流接触器等 作用 隔离电源 不频繁通断电路分类 刀开关是手动开关 分为 按刀的级数分 单极 双极和三极按灭弧装置分 带灭弧装置和不带灭弧装置按刀的转换方向分为 单掷和双掷按接线方式分为 板前接线和板后接线按操作方式分为 手柄操作和远距离联杆操作按有无熔断器分 带熔断器和不带熔断器 一 刀开关 9 2开关电器 1 开关板用刀开关 不带熔断器式刀开关 作用 不频繁地手动接通 断开电路和隔离电源用 结构图和符号 Q或QS 9 2开关电器 2 负荷开关 1 开启式负荷开关用途 用作电源开关 隔离开关和用于小容量电动机作不频繁带负荷操作和短路保护用 结构 由刀开关和熔断器组合成 瓷底板上装有进线座 静触头 熔丝 出线座及刀片式动触头 工作部分用胶木盖罩住 以防电弧灼伤人手 分类 单相双极和三相三极两种 QS 9 2开关电器 9 2开关电器 2 封闭式负荷开关 铁壳开关 作用 手动通断电路及短路保护 9 2开关电器 3 组合开关 转换开关 结构 静触头一端固定在胶木盒内 另一端伸出盒外 与电源或负载相连 动触片套在绝缘方杆上 绝缘方轴每次作90 正或反方向的转动 带动静触头通 特点 结构紧凑 安装面积小 操作方便 用途 电源的引入开关 通断小电流电路 控制 以下电动机 9 2开关电器 a 外形 b 符号 c 结构 9 2开关电器 二 低压断路器功能 不频繁通断电路 并能在电路过载 短路及失压时自动分断电路 特点 操作安全 分断能力较高 分类 框架式 万能式 和塑壳式 装置式 1 低压断路器的结构及工作原理结构 触头系统 灭弧装置 脱扣机构 传动机构 常见的一些低压断路器如图 9 2开关电器 万能式低压断路器结构图 9 2开关电器 塑壳式低压断路器原理图 1 主触头2 自由脱扣器3 过电流脱扣器4 分励脱扣器5 热脱扣器6 失压脱扣器7 按钮 9 2开关电器 塑壳式低压断路器原理图 1 主触头2 自由脱扣器3 过电流脱扣器4 分励脱扣器5 热脱扣器6 失压脱扣器7 按钮 电磁脱扣器 线路短路或严重过载保护 塑壳式低压断路器原理图 1 主触头2 自由脱扣器3 过电流脱扣器4 分励脱扣器5 热脱扣器6 失压脱扣器7 按钮 分励脱扣器 远距离跳闸 对电路不起保护作用 塑壳式低压断路器原理图 1 主触头2 自由脱扣器3 过电流脱扣器4 分励脱扣器5 热脱扣器6 失压脱扣器7 按钮 热脱扣器 线路过载保护 塑壳式低压断路器原理图 1 主触头2 自由脱扣器3 过电流脱扣器4 分励脱扣器5 热脱扣器6 失压脱扣器7 按钮 欠压 失压脱扣器 电动机的失压保护 2 低压断路器的工作原理 3 低压断路器的安装与使用 1 低压断路器应垂直于配电极安装 电源引线应接到上端 负载引线应接到下端 2 低压断路器用作电源总开关或电动机的控制开关时 在电源进线侧必须加装刀开关或熔断器等 以形成明显的断开点 3 低压断路器在使用前应将脱扣器工作面的防锈油脂擦干净各脱扣器动作值一经调好后 不允许随意变动 以免影响其动作值 4 使用过程中若遇分断短路电流 应及时检查触头系统 若发现电灼烧痕 应及时修理与更换 5 断路器上积尘应定期清除 并定期检查各脱扣器动作值 必要时给操作机构添加润滑剂 9 2开关电器 2 低压断路器的一般选用原则 9 2开关电器 1 低压断路器的额定电压和额定电流应不小于线路的正常工作电压和计算负载电流 2 热脱扣器的整定电流应等于所控制负载的额定电流 3 电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流应大于负载正常工作的可能出现的峰值电流 用于控制电动机的断路器 其瞬时脱扣整定电流可按下式选取IZ KIq式中K安全系数 可取1 5 1 7 Iq为电动机的启动电流 4 欠压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压 5断路器的极限通断能力应不小于电路最大短路电流 1 用途 接触器是一种用于低压配电系统中远距离 频繁地接通与断开交 直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器 三 交流接触器 9 2开关电器 按操作方式分有 电磁接触器 气动接触器和电磁气动接触器 按灭弧介质分有 空气电磁式接触器 油浸式接触器和真空接触器等 按主触头控制的电流性质分有 交流接触器 直流接触器 按电磁机构的励磁方式分有 直流励磁操作与交流励磁操作两种 接触器分类 图5 16交流接触器结构示意图1 动触头2 静触头3 衔铁4 弹簧5 线圈6 铁心7 垫毡8 触头弹簧9 灭弧罩10 触头压力弹簧 2 交流接触器的结构及工作原理 9 2开关电器 触头系统 主触头 辅助触头常开触头 动合触头 常闭触头 动断触头 电磁系统 动 静铁芯 吸引线圈和反作用弹簧灭弧系统 灭弧罩及灭弧栅片灭弧 1 结构 9 2开关电器 交流接触器结构图 灭弧装置 9 2开关电器 2 工作原理 线圈加额定电压 衔铁吸合 常闭触头断开 常开触头闭合 线圈电压消失 触头恢复常态 为防止铁心振动 需加短路环 9 2开关电器 3 短路环的作用减小衔铁吸合时产生的振动和噪音 9 2开关电器 4 交流接触器型号的含义 CJ20系列型号含义 典型产品有 CJ20 CJ21 CJ26 CJ35 CJ40 NC B LC1 D 3TB STF系列交流接触器等 9 2开关电器 5 交流接触器常见故障及处理 1 铁心吸不上或吸力不足 电源电压过低 线因技术参数不符合使用要求 线圈烧毁或断线 铁心被卡住 生锈 弹力过大 2 铁心不放开或释放过漫 触头熔焊或压力过小 铁心被卡住 生锈 极面有油污或尘埃 剩磁过大 3 线圈过热或烧损 铁心不能完全吸合 使用条件不符 操作频率过高 交流 空气潮湿或含有腐蚀性气体 4 电磁铁噪音过大 短路环断裂 电压过低 压力过大 磁面不平 有油污 尘埃 5 触头熔焊 操作频率过高或过负荷 触头表面有金属颗粒突起或异物 有卡住现象 9 2开关电器 6 接触器的选用 1 接触器极数和电流种类的选择 2 根据接触器所控制负载的工作任务来选择相应使用类别的接触器 3 根据负载功率和操作情况来确定接触器主触头的电流等级 6 接触器触头数和种类应满足主电路和控制电路的要求 4 根据接触器主触头接通与分断主电路电压等级来决定接触器的额定电压 5 接触器吸引线圈的额定电压应由所接控制电路电压确定 9 2开关电器 7 接触器的符号 9 2开关电器 接触器的应用 主触头 串在主电路中辅助触头 线圈 串在控制电路 9 2开关电器 二 低压配电屏的结构特点我国生产的低压配电屏基本可分为固定式和手车式 抽屉式 两大类 基本结构方式可分为焊接式和组合式两种 常用的低压配电屏有 PGL型交流低压配电屏 BFC系列抽屉式低压配电屏 GGL型低压配电屏 GCL系列动力中心和GCK系列电动机控制中心 9 3低压配电屏 9 3低压配电屏 一 低压配电屏的用途 低压配电屏又叫开关屏或配电柜它是将低压电路所需的开关设备 测量仪表 保护装置和辅助设备等 按一定的接线方案安装在金属柜内构成的一种组合式电气设备 用以进行控制 保护 计量 分配和监视等 适用于发电厂 变电所 厂矿企业中作为额定工作电压不超过380V低压配电系统中的动力 配电 照明配电之用 1 PGL型低压配电屏通常有PGL1和PGL2型低压配电屏 其中1型分断能力为15k 型分断能力为30kA 用于户内安装 其结构特点如下 1 采用型钢和薄钢板焊接结构 前后开启 双面进行维护 组合屏的屏间加有钢制的隔板 可限制事故的扩大 主母线的电流有1000m 和1500m 两种规格 主母线安装于屏后柜体骨架上方 设有母线防护罩 屏内外均涂有防护漆层 始端屏 终端屏装有防护侧板 中性母线装置于屏的下方绝缘子上 主接地点焊接在下方的骨架上 仪表门有接地点与壳体相连 构成了完整 良好的接地保护电路 9 3低压配电屏 2 BFC型低压配电屏主要特点 各单元的主要电器设备均安装在一个特制的抽屉中当某一回路单元发生故障时 可以换用备用 抽屉 以便迅速恢复供电 而且 由于每个单元为抽屉式 密封性好 不会扩大事故便于维护 提高了运行可靠性 BFC型低压配电屏的主电器在抽屉中均为插人式结构 抽屉上均设有连锁装置 以防止误操作 9 3低压配电屏 GGL型低压配电屏GGL型低压配电屏为组装式结构 全封闭型式 防护等级为IP30 内部选用新型的电器元件 内部母线按三相五线制配置 此种配电屏具有分断能力强 稳定性好 维修方便等优点 9 3低压配电屏 GGL系列动力中心GGL系列动力中心适用于变电所 工矿企业大容量动力配电和照明配电 也可作电动机的直接控制使用 其结构型式为组装式全封闭结构 防护等级为IP30 每一功能单元 回路 均为抽屉式 有隔板分开 可以防止事故扩大 主断路器导轨与柜门有机械连锁 可防止人误入有电间隔 保证人身安全 9 3低压配电屏 5 系列电动机控制中心 系列电动机控制中心是一种工矿企业动力配电 照明配电与电动机控制用的新型低压配电装置 根据功能特征分为 进线型 和 D 馈线型 两类 系列电动机控制中心为全封闭功能单元独立式结构防护等级为 级 这种控制中心保护设备完善 保护特性好 所有功能单元均可通过接口与可编程序控制器或微处理机连接 作为自动控制系统的执行单元 9 3低压配电屏 GGD型交流低压配电拒GGD型交流低压配电柜是本着安全 经济 合理 可靠的原则设计的新型低压配电柜 具有分断能力高 动热稳定性好 电气方案灵活组合方便 系列性 实用性强 结构新颖 防护等级高等特点 可作为低压成套开关设备的更新换代产品 GGD型配电柜的构架采用冷弯型钢材局部焊接拼接而成主母线列在柜的上部后方 柜门采用整门或双门结构 柜体后面采用对称式双门结构 柜门采用镀锌转轴式铰链与构架相连 安装 拆卸方便 柜门的安装件与构架间有完整的接地保护电路 防护等级为IP30 9 3低压配电屏 三 低压配电屏的安装及投运前检查安装时 配电屏相互间及其与建筑物间的距离应符合设计和和制造厂的要求 且应牢固 整齐美观 若有振动影响 应采取防振措施 并接地良好 两侧和顶部隔板完整 门应开闭灵活 回路名称及部件标号齐全 内外清洁无杂物 9 3低压配电屏 投入运行前应进行下列各项检查试验 1 检查柜体与基础型钢固定是否牢固 安装是否平直 屏面油漆应完好 屏内应清洁 无积垢 2 各开关操作灵活 无卡涩 各触点接触良好 3 用塞尺检查母线连接处接触是否良好 4 二次回路接线应整齐牢固 线端编号符合设计要求 5 检查接地是否良好 6 抽屉式配电屏应检查推抽是否灵活轻便 动 静触头应接触良好 并有足够的接触压力 7 试验各仪表是否准确 继电器动作是否正常 8 用1000V兆欧表测量绝缘电阻 应不小于0 5M 并按要求进行交流耐压试验 一次回路的试验电压为工频lkV 也可用2500V兆欧表试验代替 9 3低压配电屏 四 低压配电屏巡视检查1 配电屏上安装的电气元件的名称 标志 编号等是否清楚 正确 屏上所有的操作把手 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连接触点是否牢靠 有无过热 变色现象 4 二次回路导线的绝缘是否有破损 老化 并摇测其绝缘电阻 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 并清扫仪表和其他电器上的灰尘 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