第2章 低压配电电器.ppt

1,电器原理及控制技术,2020/6/1,2,第2章低压配电电器,2.1概述2.2刀开关、熔断器式刀开关、组合开关2.3熔断器2.4低压断路器,2020/6/1,3,2.1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,2020/6/1,4,2.2刀开关、熔断器式刀开关、组合开关,一.刀开关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,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3,2020/6/1,6,2.2刀开关、熔断器式刀开关、组合开关,一.刀开关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500010000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5001000次。,2020/6/1,7,2.2刀开关、熔断器式刀开关、组合开关,二.熔断器式刀开关及组合开关熔断器式刀开关是由刀开关和熔断器组合而成的，具有熔断器和刀开关的基本性能，如HR3系列就是熔断器式刀开关。该产品适用于交流为50Hz、电压为380V或直流为440V、额定电流为（100600）A的工业企业配电网络，作为电气设备及线路的过负荷和短路保护用，以及正常供电的情况下不频繁地接通和切断电路。负荷开关也是由刀开关和熔断器结合的组合电器。如HH10-30型负荷开关适用于交流频率为5060Hz、电压为交流500V或直流440V、额定电流为30A电路，作为手动不频繁地接通与分断负荷电路及线路的短路保护，还可用作交流感应电动机的不频繁直接启动与分断。,2020/6/1,8,2.3熔断器,一.熔断器的用途和结构熔断器定义：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,2020/6/1,9,2.3熔断器,二.熔断器的工作原理与主要特性参数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熔断器的运载件,1绝缘管；2填料；3熔体；4导电触头,2020/6/1,10,2.3熔断器,二.熔断器的工作原理与主要特性参数1.熔断器的工作原理与基本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,2020/6/1,11,2.3熔断器,二.熔断器的工作原理与主要特性参数1.熔断器的工作原理与基本特性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。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。,图2.3不同被保护对象允许的时间-电流特性,2020/6/1,12,2.3熔断器,二.熔断器的工作原理与主要特性参数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。,2020/6/1,13,2.3熔断器,二.熔断器的工作原理与主要特性参数2.熔断器的主要技术参数（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I2t(弧前焦耳积分)、熔断I2t(熔断焦耳积分)I2t：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。,2020/6/1,14,2.3熔断器,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等效得到的,2020/6/1,15,2.3熔断器,三.时间电流特性的计算,（2.1),2020/6/1,16,2.3熔断器,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trht2-t1。,四.熔断器电弧电压计算,图2.5截流熔断器电流接通与分段过程,2020/6/1,17,2.3熔断器,五.熔断器的材料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，电阻率较大。(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。,2020/6/1,18,2.3熔断器,五.熔断器的材料1熔体材料利用“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。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。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。,2020/6/1,19,2.3熔断器,五.熔断器的材料2.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,2020/6/1,20,2.3熔断器,五.熔断器的材料3.填充材料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。,2020/6/1,21,2.3熔断器,五.熔断器的材料4.绝缘管的材料对绝缘管材料的要求：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,2020/6/1,22,2.3熔断器,六.熔断器的选用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。,2020/6/1,23,2.4低压断路器,一.低压断路器的用途、工作原理和分类二.低压断路器的典型结构三.低压断路器的主要技术参数四.低压断路器的脱扣器与时间电流特性,2020/6/1,24,2.4低压断路器,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、短路或欠压等故障时，能自动分断电路。低压断路器以前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。,2020/6/1,25,2.4低压断路器,一.低压断路器的用途、工作原理和分类原理主触头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5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)。,图2.7低压断路器的工作原理图1一分断弹簧；2一主触头；3一传动秆；4锁扣；5一过电流脱如器；6欠压脱扣器；7一分励脱扣器,2020/6/1,26,2.4低压断路器,欠压脱扣器6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7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。,图2.7低压断路器的工作原理图1一分断弹簧；2一主触头；3一传动秆；4锁扣；5一过电流脱如器；6欠压脱扣器；7一分励脱扣器,2020/6/1,27,2.4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组成导电接触系统。灭弧系统。各种脱扣器。开关机构。把以上各部分连接在一起的金属框架或塑料外壳。,2020/6/1,28,2.4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分类按用途分：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。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。,2020/6/1,29,2.4低压断路器,二.低压断路器的典型结构1.万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。,2020/6/1,30,2.4低压断路器,二.低压断路器的典型结构1.万能式断路器(1)普通万能式断路器DWl5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。,2020/6/1,31,2.4低压断路器,二.低压断路器的典型结构1.万能式断路器(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。,2020/6/1,32,2.4低压断路器,二.低压断路器的典型结构2.装置式断路器目前，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:DZ20系列。(2)限流装置式断路器:DZX10系列。,2020/6/1,33,2.4低压断路器,三.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。,2020/6/1,34,2.4低压断路器,三.低压断路器的主要技术参数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。,2020/6/1,35,2.4低压断路器,三.低压断路器的主要技术参数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：OtCO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：OtCOtCO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。,2020/6/1,36,2.4低压断路器,三.低压断路器的主要技术参数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。,2020/6/1,37,2.4低压断路器,三.低压断路器的主要技术参数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。,2020/6/1,38,2.4低压断路器,三.低压断路器的主要技术参数6.保护特性(1)过电流保护特性：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。(2)欠电压保护特性：当主电路电压低于规定值时，断路器应能瞬时或经短延时动作，将电路分断。(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。,2020/6/1,39,2.4低