高低压电器及设计第二篇---第3章-第6章--低压电器

1、第3章低压电器概述3.1低压电器类型1按分类原则不同，低压电器可分为五种类型，见表3-1。第3章低压电器概述3.2低压电器市场2按分类原则不同，低压电器可分为五种类型，见表3-1。3.3低压电器行业3.3.1 行业状况 说说湘潭，温州3.3.2 产品状况 低压电器四代产品3.3.3 发展趋势 四“化”（小型，模块，一体，标准）第3章低压电器概述3.4低压电器技术的发展33.4.1 标准3.4.2 已应用的技术 包括仿真设计技术，开断技术，选择性保护技术，智能化技术，现场总线技术，环保技术，可靠性技术。 为提高低压电器的可靠性， 要对低压电器的可靠性设计、可靠性指标与考核方法、可靠性试验设备和可

2、靠性增长等进行不断研究。3.4.3 待研究的技术第4章低压配电电器4.1低压配电电器的定义、分类和性能4.1.1 定义 低压配电电器是指在低压配电系统或动力装置中，用于电能的输送、分配、电路的接通和分断以及对低压配电系统进行保护的电器。4.1.2 分类 分低压开关、低压熔断器、低压断路器和低压互感器四大类，表4-1为前三大类的主要品种、主要技术参数和用途（使用场所）。4.1.3 性能要求 1、配电系统对低压配电电器的常用性能要求 1）使用寿命长； 2）通断能力强； 示例：为满足低压配电系统选择性保护的要求，上、下级低压 断路器之间的过电流保护特性的配合如图4-1所示。 3）绝缘性能好； 4）电

3、源转换快。 2、智能电网对低压配电电器的功能扩展要求4.2低压开关类电器4.2.1 类型 包括“刀开关、低压隔离开关、低压转换开关、低压双电源转换开关” 四种类型。4.2.2 用途 主要用作隔离低压配电系统，以保证维修时系统中其他电器设备的安全。4.2.3 典型产品 4.2.3.1 刀开关 组成结构不同的刀开关结构示意图如图4-2所示； 刀开关的电气符号和产品外形如图4-3所示。4.2.3 典型产品 4.2.3.2 低压隔离开关 是在断开位置能符合规定要求的机械开关电器。 用于不频繁地接通、分断交直流电路。 有负荷隔离开关和熔断器式隔离开关两种， 一般需无负载操作。 电气符号如图 所示。 有四

4、个作用：形成绝缘间隙；换接线路；通断小电流；合分变压 器的空载励磁电流。 示例： 系列隔离开关 示例： .低压水平旋转式隔离开关4.2.3 典型产品 4.2.3.3 万能转换开关 又称组合开关，是一种可以控制多回路的低压开关电器。 有多触点、多档位、多段式、体积小、性能可靠、操作方便、安装灵活等优点。 图形和文字符号如图 所示。 图为万能转换开关的结构。 示例： 系列 示例： 倒顺开关 示例3： 系列万能转换开关4.2.3 典型产品 4.2.3.4 自动转换开关 一、定义：自动转换开关俗称双电源自动转换开关，是由一个（或几个） 转换开关电器和其他电器组成的。 二、作用：当电源发生断电、断相、过

5、电压、欠电压等故障时，自动切换至备用电源，以保证重要负载的连续通电。 三、分类： 1、根据低压等级不同，分为低压转换开关和中压转换开关。 2、根据操作方式不同，有双电源自动/手动/遥控转换三种。其中，双电源自动转换开关有 级和 级 两大类。 3、根据配电系统的不同， 可选择不同的开关极数。 图为双电源自动转换开关的结构示意图。4.3低压熔断器类电器4.3.1 原理 1、低压熔断器的原理：熔断器串联于线路中，当线路发生过载和短路时，线路电流增大，以本身产生的热量使低压熔断器熔体的温度上升到熔点，熔体熔断并分断电路，以实现短路保护和过载保护。 2、低压熔断器的熔体材料：有熔点较低、电阻率较大的铅、

6、锡、锌及其合金和熔点较高、电阻率较小的银、铜、铝两大类。 3、低压熔断器的熔体形状：有丝状和片状两种。 4、低压熔断器的熔体温度：低压熔断器的熔体熔断包括升温、熔化、汽化和燃弧四个阶段。前三项时间之和为弧前时间，后一项为燃弧时间。 5、低压熔断器的熔体熔断：熔断过程如图所示。4.3低压熔断器类电器4.3.2 类型 ） 低压熔断器按填充物的有无，分有填料和无填料两类。 有填料熔断器： 绝缘管装入填料的目的是加快熄弧、提高分断能力。 填充材料要求熔点高、比热高、热导率高；灭弧过程中膨胀系数小，产生气体少；形状最好为卵圆形，颗粒大小适当；必须清洁，不能有金属或有机物质。 填充材料主要有石英砂与三氧化

7、二铝。其中，后者的性能优于前者（密度、熔点、热导率均较高），但石英砂价廉，多采用，其直径为0.2-0.4mm。） 低压熔断器按填充物的有无，分有填料和无填料两类。 有填料熔断器： 优点很多，包括使用安全；绝缘管内压力低；有良好的过载保护反时限特性，又有良好的短路保护特性；具有限流作用；有醒目的熔断指示，便于识别故障电路；额定分断能力高（25-100kA），等。 有填料熔断器有RL、RT、RLS、NT、NGT等系列。RL6螺旋式熔断器NT系列低高分断能力熔断器NGT系列RSO/RS3系列4.3.2 类型 无填料熔断器：熔体多采用变截面现状。其熔体熔断后产生电弧，电弧被迅速拉长，而且电弧的高温使绝

8、缘管内壁燃烧，产生大量气体（达几十个大气压）而使电弧熄灭。 无填料熔断器的优点是用户可自行更换熔体，经济性好；缺点是额定分断能力不高（20kA以下） 。 4.3.2 类型 ） 按照使用方法不同，分一般工业用熔断器、半导体器件保护用快速熔断器、特殊熔断器（自复式）。 ） 按照限流情况不同，分不限流和限流两类低压熔断器。 如图所示。4.3.3 结构 低压熔断器的典型结构如图和图所示。 用滑石陶瓷或高频陶瓷制成的绝缘管具有较高的机械强度和耐热性（十几个大气压）。 思考：熔体、熔断体（结构见右图）和熔断器的关系？熔体：形状分丝状和片状两种。其中，丝状多用于小电流熔断器，片状多用于较大电流熔断器，且常采

9、用变截面形式，有几个狭窄部分。 当熔体通过短路电流时，狭窄部分同时熔断形成多个断口，其段数与额定电压有关，每个断口可以承受200250V电压，变截面熔体，狭窄部分的段数越多，越有利于熄弧。 RM7： 薄铜片冲制，小孔中焊锡。 RM10：锌板冲制成变截面熔片。系列和系列的熔体形状如图所示，系列的熔体形状如图所示。 示例： 系列产品典型结构如图 所示。关于绝缘管：RM7是三聚氰胺玻璃纤维管，强度及耐热性大为提高，在电弧作用下也产生气体； RM10是钢纸绝缘管，在电弧作用下产生气体。圆管刀形触头熔断体圆筒帽形熔断体4.3低压熔断器类电器4.3.4 主要技术参数 1）额定电压 长期工作时和熔断后所能承

10、受的电压 2）额定电流 长期工作时，各部分温升不超过极限允许温升所能 承受的电流值。 3）最小熔化电流 当熔体通过的电流使熔化时间趋于无穷大， 一旦超过此电流熔体将会熔断。 熔化系数 是指最小熔化电流与熔体额定电流之比。表征 熔断器对过载的灵敏度。 4）额定分断能力 在规定条件下，熔断器能可靠分断的电流值。 5）限流系数 是指实际分断电流与预期短路电流最大值（交流 指峰值） 之比。此值越小， 限流能力越强。4.3低压熔断器类电器4.3.4 主要技术参数 6）保护特性（安秒特性） 是指熔体通过的电流与熔断时间之比，为反时限特性。 图低压熔断器的保护特性 图低压熔断器安秒特性与保护对象过载能力间的

11、匹配4.3低压熔断器类电器4.3.4 主要技术参数 7）冶金效应 是指高熔点金属在某些液态金属（如锡、铅）的作用下，熔点会降低的物理特性。 对低压熔断器而言，可在铜熔体的局部焊锡或锡合金。当熔体通过过载电流时，锡或锡合金首先熔化，并与铜成为合金；合金熔点比铜的低，导致局部电阻加大，铜熔体在较低温度下熔断，从而改善了低压熔断器的过载保护特性。 注意：如果熔体通过的是短路电流时，由于熔体熔化的时间极短，冶金效应是不起作用的（见图）。4.3低压熔断器类电器4.3.5 产品选择 1、选择原则： 有6个方面。 2、类型选择：主要根据负载的情况和电路短路电流的大小来选择类型。4.3.6 典型产品 示例：

12、有填料封闭管式和无填料封闭管式低压熔断器的对比， 见表。 示例： 低压熔断器。4.4低压断路器类电器4.4.1 概述 一、定义：低压断路器以前称为自动开关或自动空气断路器，是一类既能接通、承载和分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常条件下接通、承载一定时间和分断的机械开关电器。 二、构造：低压断路器由导电接触系统、灭弧系统、各种脱扣器、开关机构和把以上各部分连接在一起的金属框架或塑料外壳构成。 三、发展：作为最重要的保护及控制元件之一，低压断路器的发展历程见表所示。4.4低压断路器类电器4.4.2 分类 一、按保护对象不同分类： 配电保护型、电动机保护型、家用和类似家用场所保护型与剩余电

13、流保护型。 二、按结构型式不同分类： 万能式断路器（又称框架式断路器， Air Circuit Breaker，A）、塑壳式断路器（Moulded Case Circuit Breaker，）、微型断路器（Miniature Circuit Breaker，），剩余电流断路器（也称漏电保护断路器，Earth Leakage Circuit Breaker，）。4.4低压断路器类电器4.4.2 分类 三、按使用类别不同分类：选择型（保护装置参数可调）和非选择型（保护装置参数不可调）。其中，后者多用于支路保护。 四、按灭弧介质不同分类：空气式和真空式（目前国产多为空气式）。 五、按灭弧技术不同分类

14、：有零点灭弧式断路器和限流式断路器。 六、按操作方式不同分类：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。4.4.2 分类 七、按极数不同分类：选择型（保护装置参数可调）和非选择型（保护装置参数不可调）。其中，后者多用于支路保护。 八、按安装方式不同分类：有固定式、插入式、抽屉式和嵌入式等。 九、按电流种类不同分类：交流（） 和直流（） 。 十、按灭弧介质不同分类：空气式和真空式。 十一、按使用类别不同分类：A类和B类。 十二、按限流原理不同分类：非限流型和限流型（短路电流还没有达到最大值时，熔断器熔体熔断，分断电路）。 有限流作用的好处：减小线路及电气设备通过短路电流时所承受的电

15、动力及热效应，既可以节省线路和设备投资，又保证了设备的安全运行。4.4.2 分类 十三、按分断速度不同分类：一般型和快速型。 十四、按用途不同分类：配电断路器，电动机保护用断路器、特殊用途的断路器、剩余电流断路器、无过电流保护断路器和瞬时动作断路器。 十五、按保护装置不同分类：热式、电磁式、电子式、智能式、可通信智能式、无过电流保护断路器和瞬时动作断路器。表 低压断路器按用途和保护特性分类4.4.3 基本特性与技术参数4.4.3.1 基本特性与技术参数 低压断路器具有结构复杂、通断能力强、保护特性多、动稳定性与热稳定性高的特性。 思考：1、欠电压保护；低压断路器的欠电压脱扣器。 2、接地故障。

16、DW45CM1可通讯的塑壳断路器4.4.3.2 技术参数 低压断路器的选择，需根据额定电压、额定电流、额定接通与分断能力、脱扣器整定电流和欠电压脱扣器电压等参数来确定，需从短路特性和灵敏系数方面进行校验。一、额定电压和额定电流 低压断路器的额定工作电压和额定电流应分别不低于线路额定电压和计算电流。 1、额定电压 包括额定工作电压（一般取电网额定电压等级）、额定绝缘电压（一般取最大额定工作电压） 和额定脉冲电压（大于或等于线路过电压峰值）。对分励和欠电压脱扣器， 其额定电压应等于线路的额定电压。 2、额定电流 为低压断路器的额定持续电流。长延时脱扣器的整定电流应大于或等于线路的计算负载电流， 同

17、时应不大于线路导体长期允许电流的0.81倍；瞬时或短延时脱扣器整定电流应大于线路尖峰电流。二、额定接通与分断能力 1、定义：额定接通与分断能力是指在规定条件下，能够可靠地接通和分断的短路电流值，包括额定接通能力和额定分断能力。 1）额定接通能力 指额定短路接通能力，是指在额定参数下可接通的最大短路电流，用最大预期峰值电流表示。 2）额定分断能力 包括额定短路分断能力、额定极限短路分断能力（ Icu，试验后不要求断路器继续运行） 和额定运行短路分断能力（ Ics， 试验后要求断路器继续运行）。 （1）Icu 是在规定的试验条件下， 按 （ 表示分断； 表示间歇时间，一般为min； 表示接通； 为

18、接通分断） 的试验程序所分断的短路电流， 用预期电流有效值表示； （2） Ics是在规定的试验条件下，按 的试验程序所分断的短路电流。 （3）由于Ics试验完成后还要做 的电寿命试验， 然后再测温升， 因而，Ics比Icu更为严酷。一般来说，Ics比Icu要低， 但由于限流技术发展，可以实现Ics= Icu。三、限流能力 限流式断路器（分断时间短得足以使短路电流达到其预期峰值前分断的断路器）和快速断路器（直流断路器， 含义同限流式） 要求有较高的限流能力。一般情况下，极限接通和分断能力时的限流系数 是实际分断电流（峰值）与预期短路分断电流（峰值）的比值，值在0.30.6之间。 为了达到较高的限

19、流能力， 要求限流式断路器的固有动作时间小于。四、动作时间 低压断路器的动作时间指从电路出现短路的瞬间至触头分离、电弧熄灭、电路完全分断所需的全部时间。 限流式和快速断路器的动作时间一般小于。五、使用寿命 在正常负载条件下， 断路器应能保证在操作规定的次数（即使用寿命） 内不需更换零部件。 低压断路器的寿命根据产品容量的不同而不同，一般在2000 20000 次之间。六、保护特性 低压断路器具有过电流保护特性（为多段选择性， 见图）、欠电压保护特性（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） 等多种保护， 保护特性完善。七、灵敏系数 即线路最小短路电流和断路器瞬时或延时脱扣器整

20、定电流之比。 低压断路器应按短路电流进行灵敏系数校验。两相短路时，灵敏系数不小于； 单相短路时，灵敏系数可取1.5。4.4.4 低压断路器的工作原理一、工作原理 低压断路器工作时，利用各种感受元件检测电路电量的异常变化， 然后将电能的变化量转化为机械能，通过操作机构，将力施加到执行元件，使其产生动作，将电路分断。各种故障发生时，低压断路器能自动分断，且不必更换任何零件即可重新闭合并迅速恢复供电。 当低压断路器的结构型式不同时，工作原理也有所区别，以下分别进行简单介绍。二、组成 触头系统（包括主触头、辅助触头、载流母线和软连接等）、栅片灭弧系统、信号感测器件、脱扣器（过电流脱扣器、分励脱扣器和欠

21、电压脱扣器）、操作机构等。三、几个重要部件和概念 1、过电流脱扣器 用于防止过载和负载侧短路，有电磁式、油阻尼式（见图）； 2、分励脱扣器 用于远距离遥控或热继电器动作分断断路器； 3、欠电压脱扣器 分欠电压瞬时脱扣器和欠电压延时脱扣器两种， 用于欠/失压保护。 4、操作机构 用于控制主触头及辅助触头的断开与闭合。 5、自由脱扣 是低压断路器的一种特有性能，它把传动机构（分手柄传动、杠杆传动、电磁铁传动、电动机传动和气动或液压传动五类） 和触头系统之间的联系变为柔性联系。 当五连杆的自由脱扣机构再扣时，传动机构（特别是手动传动机构） 能直接带动触头系统闭合。 当自由脱扣机构脱扣时，通过解脱传动

22、机构与触头系统的联系，使传动机构不能带动触头系统闭合， 达到操作安全的目的。4.4.4.1 万能式低压断路器（）一、 概况 1、定义： 因所有零件都装在一个钢制框架（小容量的也可用塑料底板加金属支架） 上，万能式低压断路器也被称为框架式或 型低压断路器。 2、用途：主要用于额定电压380 1140、额定电流 或分断能力要求特别高的配电系统的主电路，使被保护线路及电源设备免受过载、欠电压、短路、单相接地等多种故障的危害。 3、种类：普通式和限流式；敞开式和金属箱防护式结构形式。 4、选择：选择型断路器、快速断路器、特别是大容量低压断路器，多设计成万能式低压断路器。二、 发展历程 国内四代万能式低

23、压断路器的典型产品情况。三、 工作原理 以不限流型万能式低压断路器为例， 其结构如图 所示， 工作原理如图 所示。图4-21 不限流型万能式低压断路器的工作原理图四、 发展方向 万能式低压断路器产品的发展方向是： 分断能力高、保护性能完善、智能化（具有双向通信“四遥” 功能）、数字化、结构模块化、小体化、节能化、塑料化、网络化、环保化、使用快捷方便等。示例： DW15万能式低压断路器 立体布置形式，有固定式和抽屉式（见图） 两种，具有结构紧凑、体积小的特点。 抽屉式断路器由抽屉座、本体、操作机构等部分组成，其中，本体带有各种附件， 其结构如图 所示。 （） 触头系统：有对接式、桥式和插入式三种

24、结构形式； （） 灭弧系统：采用栅片灭弧室，栅片材料与断路器的额定电流有关； （） 脱扣器：有欠电压脱扣器、分励脱扣器、过电流脱扣器； （） 操作机构：实现操作手柄（或电动合闸装置） 和各种脱扣器对触头闭合与断开的控制。五、 智能型万能式低压断路器 1、所谓智能操作，是指断路器能够根据电网的不同工况，自动选择和调整操动机构以及灭弧室合理的预定工作条件，完成动作。 如对断路器的分断操作，小负载时，操作机构应以较低速度分断，既保证所需的灭弧能量， 又减少机械损耗；短路时，则应全速分断，以获得最佳的开断效果。 2、智能型万能式断路器的构成 由断路器本体和智能控制（脱扣） 器组成，本体结构如图 所示。

25、包括触头系统、灭弧系统、上下基座， 操作机构、电动机、手动传动机构、电流互感器、智能型控制（脱扣）器、辅助开关、二次插件、分励脱扣器等部件。 3、智能型万能式断路器的功能 除具备过载、过电流、速断、漏电、接地等常规控制、保护、报警、整定功能外，还具备人机对话显示、存储、记忆、逻辑分析、判断和选择以及网络通信等功能，能够实时地显示温度、电流、电压、功率因数、有功、无功等各种特征参数，并进行故障参数、类型的储存，具有自诊断能力，从而为运行维护人员进行相应的信息查询和故障判断处理提供现场的实际运行资料，为系统运行方式的优化奠定了基础。 4、智能脱扣器的构成 主要由微处理器（）、 转换单元、信号采集单

26、元、键盘显示单元、执行单元、电源单元、通信单元等部分组成， 其工作原理框图如图 所示。 智能脱扣器的软件包括主程序和中断程序， 其中，主程序包括通信处理、故障处理、键盘处理、显示处理、能量记忆处理等程序；中断程序包括键盘中断、定时器中断和通信中断，中断优先级从高到低为定时器、键盘、通信。5、智能型万能式断路器的功能特点 （1）保护功能多样化；（2）选择性强；（3）具有良好的人机界面；（4）具有显示与记忆功能；（5）具有故障自诊断、预警与试验功能。示例： DW45系列智能型万能式低压断路器 按功能不同，分为型（普通型）、型（多功能型）和型（全功能型）种，可实现电流表、电压表功能；额定电流、整定电

27、流、动作时间可调；有显示、试验、热记忆、故障记忆、负载监控、自诊断、和通信接口等功能，具有工作电压高、短路分短能力强、零飞弧、保护特性好、能实现智能化保护的特点，而且体积小、使用方便和安全可靠。4.4.4.2 塑壳断路器（MCCB）一、 概况 1、定义：源于断路器的绝缘外壳和框架均用塑料压制而成， 触头系统、操作机构和脱扣器等所有零部件都安装于塑料外壳中。 2、用途：用于低压交流 或、额定电压在 及以下，或直流额定电压 及以下的电路中。 不仅可以通断正常负载电流、电动机工作电流和过载电流， 还可以通断短路电流， 主要用在不频繁操作的低压配电线路或开关柜中作为电源开关使用， 并对线路、电器设备及

28、电动机等实行保护。当发生严重过载、短路、漏电等故障时， 它能自动切断线路， 起到保护作用， 应用十分广泛。 3、特点：优点是结构紧凑、体积小、质量轻、价格较低， 并且使用较安全，适于独立安装；缺点是 通断能力较弱、保护方案较少、维修不方便。二、 发展历程 仿苏产品系列 - 自行设计和引进技术生产的产品系列。三、 产品结构 1、图 为塑壳断路器的结构。图中，左下部为触头系统和栅片灭弧系统，左上部为操作机构，右侧为脱扣机构，顶部为操作手柄。 2、示例： 塑壳断路器。 规格： 额定电流， 额定电压。 用途： 在配电环节， 可实现短路、过载、欠电压等故障的保护。 3、示例： 智能型万能式断路器。 主要

29、适用于交流50Hz，额定工作电压为400、690，额定电流为4006300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、短路和接地等故障的危害。四、 特性 1、开断过程 塑壳断路器采用的是栅片灭弧，这种灭弧的开断过程一般分为 个阶段， 如图 所示。 2、塑壳断路器限制短路电流的条件 从图中可看出，决定电弧电压的参数，有限流机构动作时间、电弧停滞时间、电弧电压上升率和电弧电压幅值arcm四个。五、 技术现状 从改进灭弧室，提高额定运行短路分断能力、机械与电气寿命、选择性保护特性、产品小型化，扩展智能控制功能，研发派生产品、进行标准化设计和专业化生产等方面进行设计。六、 设计示例

30、 1、设计示例： 塑壳断路器灭弧室的设计改进。 混合式灭弧室的结构示意图如图所示，其分断波形如图和图所示。这种新型灭弧室已广泛运用于塑壳断路器中。 2、设计示例： 塑壳断路器双断点触头机构和灭弧系统的设计 设计先用 软件进行实体造型设计，再用软件对三维实体进行分析验证。 （） 触头机构和灭弧系统的三维设计； （） 触头机构和灭弧系统的分析； （） 触头材料的选用； ） 动、静触头银点的材料选用； ） 开距、超程、终压力和初压力的确定。 （） 触头机构的仿真分析；4.4.4.3 剩余电流断路器一、 概况 1、 剩余电流断路器， 过去被称为漏电保护器、漏电保安器。 2、国内外剩余电流断路器的发展阶

31、段及相关产品型号。二、 分类 为适应不同电网和不同保护目的的需要，剩余电流断路器主要有十种分类方式。三、 结构 如图 所示， 剩余电流断路器主要由零序电流互感器与执行机构（图右侧）和低压断路器本体（图左侧）组成，分别起检测、比较和执行（由分励脱扣器完成）的功能。四、剩余电流断路器的工作原理 1、如图 所示，在电路正常、没有漏电电流的情况下，不论三相负载是否平衡，利用零序电流互感器的环形铁心检测到的单相或三相线路一次侧的电流相量和都为零，零序电流互感器二次侧没有电流。 2、当出现漏电电流（见图） 或人身触电（见图） 时，漏电或触电电流将通过大地回流到电源中性点，因此，零序电流互感器一次绕组内三相

32、电流的相量和将不为零，此电流流经漏电脱扣器的线圈，使其衔铁释放，将低压断路器本体的主触头分断。四、剩余电流断路器的工作原理 3、剩余电流断路器有两种检测执行机构 一种是利用环形铁心的感应能量直接通过脱扣器执行的电磁式漏电，也就是标准中的与电压无关的剩余电流断路器； 另一种是环形铁心感应的信号通过线路板放大后，触发执行机构，即与电压有关的剩余电流断路器。 当被保护电路发生漏电或有人触电， 漏电或触电电流将大于整定电流，通过零序电流互感器一次侧各相电流的相量和大于整定值时，晶闸管导通、分励脱扣器线圈通电，驱动断路器本体跳闸，切断故障电路，从而实现漏电或触点保护。五、使用场所 根据国家标准要求，有1

33、0类设备和场所需安装剩余电流断路器。六、注意事项 剩余电流断路器在安装使用过程中有七个方面要注意。七、技术改进 1. 存在的不足： 剩余电流和触电不分，对两相触电不能进行保护； 要用户定期试验。 2. 需改进技术：从五个方面入手。4.4.5 低压断路器设计技术一、 概况 新系列断路器之所以能在分断性能上有大幅度提高，是因为采用了在提升电弧电压和防止触头回落的基础上研究发展的新的限流技术，包括：采用上进线静触头导电回路，增强触头区磁场；双断点分断技术；绝缘器壁产气和压力喷弧技术；金属蒸气喷流技术；固体绝缘屏蔽限流技术。这些新技术就是。二、 分述 1. 采用上进线静触头导电回路； 2. 双断点分断

34、技术； 3. 绝缘器壁产气和压力喷弧技术； 4. 金属蒸气喷流技术（）； 5. 固体绝缘屏蔽限流技术； 6. 新的灭弧技术。4.4.6 典型产品的设计技术4.4.6.1 塑壳断路器（）的设计技术 以 为例。 1. 它采用双断点灭弧技术，分断能力高，Ics=100%Icu =70kA。 2. 关于的瞬时脱扣器（磁通变换器）、操作机构结构和参数、触头和导电回路的设计方法和灭弧室的实验分析方法的简介。 3. 几个 在短路电流 时的机构动作时间见表。4.4.6.2 提高框架断路器短时耐受与开断性能的新技术 1. 短时耐受过程中动热稳定性分析。 2. 提高框架断路器短时耐受电流的方法。 3. 短路电流下

35、双断口框架断路器的机构主轴应力分析。 4. 短时耐受计算的实验验证。 4.5 终端电器4.5.1 概况一、定义 1. 终端：是指电力系统的末端电路。 2. 终端电器：是模数化终端电器或终端保护电器的简称。二、对象 既包括低压电器，也包括日用电器和仪表。前者，有小型断路器、小型剩余电流断路器、遥控电器、按钮、指示灯、小容量交流接触器、模数化继电器、户内/ 外终端器、电涌保护器等；后者包括调光器、定时器、插座和电流表、电压表和计时器互感器、低压选择开关等。三、构成 包括模数化电器及其之间的电气、机械连接和外壳（全塑结构或不锈钢）等。四、用途 起配电、保护、控制、信号、调节、报警和计量等作用，广泛应

36、用于工业、商业和家庭住宅等各类建筑中，特别适合非熟练人员使用。五、技术参数 终端电器的额定电压一般为220、380， 额定电流一般在32及以下，最大为125，用量最大的电流规格为10、16、20 和40。4.5 终端电器4.5.2 特征 终端电器全部采用模块化设计、轨道化安装，通用性强，其主要特征如下： 1. 尺寸模数化； 2. 安装导轨化； 3. 外形艺术化； 4. 功能组合化； 5. 加工精密化； 6. 使用安全化。 4.5 终端电器4.5.3 分类 我国将终端电器分为“家用及类似用途电器、模数化熔断器组合电器和终端组合电器”三大类。一、家用及类似用途电器 .主要品种小型断路器、模数化小型

37、剩余电流保护电器和模数化过电压保护器。 . 作用小型断路器主要起分合、配电和保护作用；模数化小型剩余电流保护电器除具有小型断路器的功能外，还具有剩余电流保护的功能，一般用于插座回路中；模数化过电压保护器能够吸收浪涌电能和限制终端电气线路的瞬态过电压。4.5 终端电器4.5.3 分类 . 典型产品 示例： 小型断路器 结构如图所示。跳扣锁扣触头拉簧动触头静触头静触板灭弧栅片灭弧室线圈线圈骨架. 典型产品 示例： 剩余电流断路器 剩余电流断路器有剩余电流模块拼装式和整体式两种结构。 剩余电流断路器由普通的断路器加一个剩余电流保护模块拼装而成，带剩余电流保护功能的同时，还带短路等保护功能。 剩余电流

38、断路器的结构如图7所示。中座 夹线板罩盖 接线板脱扣器 底座合闸手柄 动铁心推板 复位按钮弹簧复位按钮 测试按钮测试按钮弹簧动触头静触头 电子线路板互感器 引导线卡板 导线4.5 终端电器4.5.3 分类二、模数化熔断器组合电器 .用途用于终端配电系统过载和短路保护。 .主要品种模数化熔断器式隔离器、模数化开关熔断器组等。 它与小型断路器、模数化小型剩余电流保护电器和模数化过电压保护器等同属保护型电器。它们的联合使用， 确保了终端电气线路、电器及人身安全。三、终端组合电器 按照用户需要不同， 终端组合电器分为具有线路或保护设备功能的组合电器、具有控制功能的组合电器、具有自动化功能的组合电器三类

39、。 1. 主要品种； 2. 用途； 3. 结构； 4. 终端组合电器的编码。第5章 低压控制电器5.1 定义与分类一、定义 . 低压控制电器 是指能够根据外界要求或所施加的信号，自动或手动接通或断开电路的低压电器。工作时，要求其准确可靠、操作频率高、使用寿命长、体积质量小。常用于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，可通断过载电流，但不能分断短路电流。 2. 低压控制电器与低压配电电器存在的一些不同。第5章 低压控制电器5.1 定义与分类二、 类型、主要技术要求和用途 .按控制方式不同，低压控制电器可分为手动控制与自动控制两种，包括主令电器（如按钮）、接触器

40、、起动器、继电器、控制器、变阻器、电磁铁、调整器及其他电器（信号灯、剩余电流断路器）大类产品。 2.低压控制电器的类型、主要技术要求及其用途见表5-1。5.2 接触器 我国接触器产品的发展也是经历了仿前苏联和自行开发的阶段。其中的交流接触器各阶段的典型产品及技术特征见表。其现正朝着小型化、模块化、智能化、可通信、长寿命等方面发展。5.2.1 定义 .接触器 是一种能够频繁接通、承载和分断正常电路和过载电流的机械开关电器，常与热继电器或电子式过载继电器（电动机保护器）组合使用。 2. 在工业电气中，接触器的型号很多，电流在1000不等，其用处相当广泛。第5章 低压控制电器电磁铁 交流 直流主触头

41、 交流 直流5.2.2 分类 . 按被控主电路电流种类不同，接触器分为交流接触器（电压） 和直流接触器（电压）。5.2.2 分类 2. 按触点对数（极数）不同，接触器分为单极、二极、三极、四极和五极，五极仅为转动式所有。 示例： 型交流接触器 3. 按电磁系统的励磁电流种类不同，接触器分为交流磁系统和直流磁系统两种，前者取电方便，后者具有无噪声和节能的优点。5.2.2 分类 4. 按灭弧介质（触头所处介质）不同，接触器有空气式和真空式。 5. 按部件的安装排列形式不同，接触器可分为直动式和转动式两大类。 6. 按通断电路的元器件不同，接触器有触头通断式接触器和半导体式接触器。 7.按操作机构不

42、同，接触器有电磁式接触器和永磁式接触器。5.2.3 接触器结构 1. 空气式接触器 有直动式、转动式和螺管式三种结构形式，均由电磁系统、触头系统、灭弧系统，以及绝缘外壳、弹簧、短路环（用于交流接触器）、传动机构等组成。其中，电磁系统由线圈、铁心、衔铁和反力弹簧等组成。 交流接触器触头系统一般包括三对主触头、两对辅助动合触头和两对动断触头。触点可由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。 图为某型号空气式交流接触器的结构。 对小容量的接触器，常用双断口触点灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧。对于大容量的接触器，采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧。5.2.3 接触器结构 1. 空气式接触器

43、 示例： 交流接触器的结构如图所示。基座短路环塔形弹簧触头支持静触头灭弧片动触头边罩接线端子壳体衔铁线圈骨架线圈磁轭5.2.3 接触器结构 2. 永磁式接触器 其结构与普通空气式基本相同，不同之处是用永磁驱动机构取代了传统的电磁铁驱动机构。 永磁式交流接触器的合闸保持依靠的是永磁力，仅有电子模块需0.81.5工作电流，故节电率达99.8%以上，属于微功耗的节能状态。 3. 低压真空接触器 它主要由真空灭弧室和操作机构组成。线圈一般有直流和交流两种形式。 传统的电磁弹簧操作机构如图所示，由带铁心线圈、衔铁和弹簧构成；新型操作机构示意图如图所示。5.2.4 工作原理 一. 空气式接触器 1、接触器

44、电磁铁的结构型式很多，结构特点见表。 2、当接触器电磁机构中的线圈通电后，线圈电流会产生磁场，在铁心中产生电磁吸力，将动铁心或衔铁吸合；由于接触器的触头系统是与动铁心或衔铁联动的，接触器的多对动合触头将闭合、多对动断触头将断开。当线圈断电时，电磁吸力消失，动铁心或衔铁在释放弹簧的作用下释放，带动所有的触头复位，即所有的动合触头重新断开、所有的动断触头重新闭合。接触器具有遥控功能，同时还具有欠电压、失电压保护的功能。5.2.4 工作原理 二. 永磁式接触器 1. 永磁式接触器是一种利用电磁操动、永磁保持的低压开关电器。 2. 和传统的电磁式接触器不同，其用永磁式驱动机构取代了传统的电磁铁驱动机构

45、，即用永磁铁与微电子模块组成的控制装置替代传统产品中的电磁装置。微电子模块由“电源整流、控制电源电压实时检测、释放储能、储能电容电压检测、抗干扰门槛电压检测和释放逻辑电路”六部分组成。 3.永磁式接触器的最大特点 是利用永磁力使接触器的合闸保持，运行中无工作电流，仅有微弱的电子模块信号电流（0.8 1.5），可节约99.8以上的电能。 4.永磁式接触器合闸时除有电磁力作用外，还有永磁力作用，因而合闸时间（小于）较传统的交流接触器短很多（约）；分闸时，永磁式接触器除分闸弹簧的作用外，还有磁极相斥力的作用，这两种作用使分闸时间（小于）较传统接触器的（约）短很多。此外，永磁式接触器使用的永磁体磁路是

46、完全密封的， 在使用过程中不会受到外界电磁干扰，也不会对外界进行电磁干扰。5.2.4 工作原理 三. 锁扣式接触器 锁扣式接触器也是节能型接触器，工作原理如图所示。其锁扣机构位于电磁系统的下方。 当按下起动按钮1时，吸引线圈1通电，锁扣式接触器由吸引线圈通电闭合；当1恢复到原来位置时，吸引线圈断电，锁扣机构将接触器保持在吸合位置。 脱扣时，按下停止按钮2，脱扣线圈接通，锁扣装置工作，锁扣杠杆打开，接触器即断开；2恢复到原来位置，线圈2断电，接触器恢复到原始状态，准备下一次通断操作。 由于锁扣式接触器消除了带电造成的磁损和铜损，吸引线圈处于无压运行状态，比有压运行延长了使用寿命，且不受电压波动影

47、响，也避免了带电运行时电压降低造成的跳闸和烧坏，故节电效果明显，也消除了运行中的噪声。5.2.4 工作原理 四. 低压真空接触器 低压真空接触器的结构示意图如图所示。 其工作原理是：用户的控制系统发出指令，即给真空接触器控制电路组件输入一个交流电源信号，该信号传到整流器组件，然后经整流器输出一个直流信号到电磁操作机构，使其立即动作，将真空灭弧室中的主触头闭合，接通电动机主电路，电动机开始运转；反之，则电动机停转。真空灭弧室的典型结构如图 所示。5.2.5 技术现状示例： 采取现代测试技术，测量某系列交流接触器在、 使用类别下的介质恢复强度、重燃概率与电弧停滞时间等性能试验。5.3 继电器 5.

48、3.1 概况 .定义 继电器是一种具有继电保护特性的自动电器开关。当给予一个输入量（如电、磁、光或热等信号）时，继电器通过触点动作发出电信号或输出电路参数变化自动切换被控制的电路。 2.用途 继电器常用于自动化控制电路中，以发布控制命令或用作程序控制，起自动调节、安全保护、转换电路等作用。它适用于远距离接通和分断交、直流小容量控制电路，并在电力驱动系统中供控制、保护及信号转换用。 3.组成 继电器由感测部分和执行部分（触头） 组成。 4.分类 根据感测信号的不同，控制继电器有很多种，如： （1）电压继电器：欠电压继电器、失电压继电器； （2）电流继电器：失磁保护用继电器、过电流继电器； （3）

49、中间继电器：实质是电压继电器，作用是增大控制电路中的触点数量或容量； （4）时间继电器：从接收信号到执行元件动作有时间间隔； （5）热继电器：过载及断相保护用的继电器； （6）温度继电器； （7）速度继电器。5. 继电特性 图给出了继电器的输入输出特性（以动合触头为例）。 继电器的动作值x和返回值f的比值， 称为继电器的返回系数， 即：继电器的动作值继电器的返回系数继电器的控制系数Kc继电器的灵敏度P0继电器的吸合动作时间； 继电器的释放时间-继电器的主要参数5.3 继电器 5.3.2 中间继电器 .概况 中间继电器用于继电保护和自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。它用于在控制电路中传递中

50、间信号。 中间继电器的结构和原理与交流接触器基本相同，主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。 2.示例：中间继电器5.3.3 时间继电器 .定义 时间继电器是从接收信号到执行元件动作有一定时间间隔的继电器，用于需要时间控制的电路。 有通电延时型和断电延时型，它们的线圈、延时闭合的动合触头与动断触头、延时断开的动合触头与动断触头以及辅助动合触头与辅助动断触头的图形符号和文字符号如图所示。5.3.3 时间继电器 2. 分类 按延时方式不同，时间继电器有空气阻尼式（也称气囊式，由电磁系统、气室和触头系统组成，结构见图-7）、电子式（原理框图见图）和单结晶体管式

51、（原理图见图-）。图5-17气囊式时间继电器的结构示意图（通电延时型）示例： 空气阻尼式时间继电器 利用空气阻尼的原理来获得延时。注意：当通电延时型时间继电器的电磁系统断电时，其触头的动作是瞬动的；当断电延时型时间继电器的电磁系统通电时，其触头的动作也是瞬动的。5.3.3 时间继电器 2. 分类 按延时方式不同，时间继电器有空气阻尼式（也称气囊式，由电磁系统、气室和触头系统组成，结构见图-7）、电子式（原理框图见图）和单结晶体管式（原理图见图-）。示例： 直流电磁式时间继电器 利用铁心上的阻尼铝套筒产生的磁通，阻碍穿过铝套筒内的原磁通变化，使继电器衔铁延时释放，起到延时作用。注意：只用于延时精

52、度要求不高的场合，仅作断电延时用。SS-94型时间继电器5.3.4 热继电器 1. 定义 热继电器是利用流入热继电器热元件的电流所产生的热量，使膨胀系数不同的双金属片发生弯曲形变，延时后推动连杆机构动作， 使辅助触点断开，从而产生反时限动作的自动保护电器。它主要用于电动机的过载保护、断相保护及电流不平衡运行保护。 2. 工作原理 双金属片式热继电器的工作原理如图 所示。热元件是由两层或多层具有不同热膨胀系数的金属或合金作为组元层牢固结合而成的双金属片， 有的热元件还有加热元件。图 为热继电器热元件不同加热方式的接线图。5.3.4 热继电器 3. 示例：型热继电器的结构如图所示，跳跃机构如图 所

53、示，断相保护机构如图 所示。5.3.5 电流继电器和电压继电器一、 工作原理 两者分别是根据电流或电压变化而动作的电磁式继电器。 两者的感测部分均为电磁铁（由铁心柱、轭铁、衔铁和线圈组成）和弹簧，执行部分是触点。 弹簧作为电磁系统的一个组成部分，既可作为衔铁释放之用，也可作为测量继电器动作值之用。弹簧的松紧强弱是可以调整的，它和电磁铁一起完成信号感测的任务。二、触头状态 触头输出只有“通” 与“断”两个稳定状态。LL-10A系列过流继电器5.3.5 电流继电器和电压继电器三、主要参数 两者的动作参数分别是动作电压与动作电流。 根据使用要求，两者的动作参数应能整定。四、故障诊断 1、六种常见原因

54、； 2、六种排除方法。5.3.6 速度继电器 速度继电器，也叫转速继电器或反接制动继电器，主要用于三相异步电动机的反接制动。一、组成结构 如图所示，速度继电器由定子、转轴（与电动机转轴相连）、圆柱形永久磁铁、可正反偏转一定角度的铝质外环、笼型绕组、顶块和触头等组成。5.3.6 速度继电器 二、工作原理 当电动机转动时，外环的笼型绕组切割永久磁铁的磁力线而产生感应电流，并产生转矩，使外环随着电动机的旋转方向转过一个角度。这时， 固定在外环支架上的顶块顶着动触头，使其一组触头动作；若电动机反转， 则顶块拨动另一组触头动作。 当电动机的转速下降到 左右时，由于笼型绕组的电磁力不足，顶块返回，触头复位

55、。 为了实现反接制动，速度继电器的触头串联在控制电路中，与接触器、中间继电器配合。5.3.6 速度继电器 三、常见类型 常用的速度继电器有型和型两种。其中，前者可在7003600/范围内可靠地工作；而型适用于3001000/，型适用于10003600/。四、电气符号 速度继电器器的电气符号如图所示.5.4 起动器 一、定义及分类 1、起动器：是指起动和停止电动机所需的所有开关电器与适当的过载保护电器组合的电器。 2、分类：有“全电压直接起动器、星三角起动器、自耦减压起动器、变阻式转子起动器和半导体起动器（含软起动器）”。 3、作用：用作各类交流电动机的起动、停止和正反向控制。二、技术现状 、控

56、制性能更高，可实现远程通信与控制。 、高可靠性。 、安装、维护、接线更加简便。5.5 主令电器 主令电器是用作接通或断开控制电路，以发出指令或做程序控制的开关电器。它包括按钮、凸轮开关、行程开关、指示灯、指示塔等。此外，还有踏脚开关、接近开关、倒顺开关、紧急开关、钮子开关等。一、按钮 1、是一种由人力操作并具有弹簧储能复位的控制开关，其结构与符号如图所示。 2、型号及含义。二、控制器 控制器的主要品种有主令控制器和凸轮控制器。 1、主令控制器主要用于电气控制设备中按照预定程序转换主电路或发电机励磁回路的接法，以达到电动机起动、换向和调速的目的。选择主令控制器时，要注意使用环境、控制路数和触点闭

57、合顺序。 （1）主令控制器的结构如图 所示。 （2）型号二、控制器 2、凸轮控制器是利用凸轮操作动触点动作的控制器，主要用于控制容量不大于 的中小型绕线转子异步电动机的起动、换向和调速。选择凸轮控制器时，要注意控制的电动机的容量、额定电压、额定电流、工作制和控制位置数目等。 （1）凸轮控制器的外形及结构如图 所示。 （2）示例：产品型号三、行程开关 1、定义 行程开关又称限位开关，是一种能够根据物体的位置变化发出信号，利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作，实现控制电路的接通或分断，用来限制机械运动的位置或行程，使其按一定的位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返，以达到一定控制目的的

58、主令电器。 2、分类 根据操作头不同，分为直动式、滚轮式和微动式三种。其中，滚轮式又有左摇臂式、右摇臂式、双摇臂式等形式。 为满足有爆炸性气体环境危险场所的特殊行业要求，还开发了隔爆型的防爆行程开关。三、行程开关 3、构成与工作原理 如图所示，行程开关主要由接触组、凸轮轴、壳体等组成。触头的分断靠操作机构带动凸轮轴的转动实现。示例： 系列起重机用行程开关5.6 变阻器和电阻器 一、变阻器 1、定义：是通过改变电路中的电阻线长度来改变电阻值的器件。 2、种类：励磁变阻器、起动变阻器、频敏变阻器、铁基合金电阻。 3、作用：用作发电机调压及电动机平滑起动和调速或改变电路参数， 变电能为热能之用。二、

59、电阻器 1、定义：常称电阻，为一个限流元件。该元件的电阻值一般与温度、材料、长度和横截面积有关。衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高时电阻值发生变化的百分数。 2、电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生电能。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。5.7 电磁铁 5.7.1 概况 1、定义：是一种将电能转换为机械能的电磁元件， 它既可作为低压开关电器的部件，亦可单独成为一类电器， 用于起重、操纵或牵引机械装置。 2、示例：系列吊运方坯、型钢用起重电磁铁。 3、电磁铁的动作（吸合）时间：动作时间由触

60、动时间和衔铁运动时间组成。 4、电磁铁的释放时间：决定于磁通衰减的快慢、衔铁的重量和衔铁的行程。增大铁心中的涡流或者在铁心柱上加装短路线圈，都能使磁通衰减得更慢，延长释放时间。当衔铁重量越重时，行程越长，衔铁的返回运动时间也会相应延长，从而延长释放时间。5.7 电磁铁 5.7.2 电磁铁的设计与优化5.7.2.1 设计步骤 1、根据负载反力特性，选择电磁铁的结构形式； 2、初步设计确定电磁铁的尺寸结构参数和所用材料； 3、按确定的尺寸和数据，验算线圈的温升； 4、计算电磁铁的静态吸力特性及其他特性，评价电磁铁的经济技术指标。 5.7.2.1 设计步骤 以直流电磁铁和交流电磁铁为例，介绍设计步骤