低压电器技术精讲有声课件第2章

低压电器技术精讲第二章低压配电主电路中的低压电器低压电器技术精讲第二章12.1节介绍了低压电器的分类2.2~2.4节讲解了熔断器、隔离开关和ATSE开关2.5节讲解了低压断路器和漏电开关2.6节讲解了交流接触器和热继电器组合2.7节讲解了软启动器2.8节介绍了与低压开关电器有关的型式试验第二章．低压配电主电路中的低压电器2.1.用于主电路的低压电器分类2.2.熔断器2.3.隔离开关和开关熔断器组合2.3.1.隔离开关及其组合电器概述2.3.2.开关和熔断器的组合及选用2.4.双电源互投开关ATSE2.4.1.ATSE开关概述2.4.2.ATSE开关产品2.5.低压断路器2.5.1.概述2.5.2.断路器的主要技术术语和参数设置方法2.5.3.框架断路器ACB的实用技术数据2.5.4.塑壳断路器MCCB的实用技术数据2.5.5.微型断路器MCB的实用数据2.5.6.漏电断路器概述2.6.交流接触器和热继电器概述2.6.1.交流接触器2.6.2.热继电器2.7.软起动器2.8.若干种低压开关电器的型式试验2.8.1.断路器短路接通和分断能力型式试验2.8.2.断路器短时耐受电流的型式试验2.8.3.接触器过载耐受能力试验的型式试验2.8.4.接触器与短路保护低压电器间的协调配合型式试验2.1节介绍了低压电器的分类2.2~2.4节讲解了熔断器、隔2用于主电路的低压电器——低压电器分类2.按工作方式和操作方式分类

分为自动电器和手动电器3.按工作条件和使用环境分类

一般用途电器、高原型电器、船用电器、矿用电器和化工电器。4.按工作在主电路和辅助电路分类

主电路是指传递和控制电能的回路。工作在主电路上的电器就是主回路电器，又叫做一次回路电器。

辅助回路是指执行控制、信号的采集、放大和传递、调节和测量的回路。工作在辅助回路的电器就是辅助回路电器，又叫做二次回路电器。1.按用途和控制对象分类用于主电路的低压电器——低压电器分类2.按工作方式和操作方式3用于主电路的低压电器——低压电器分类

图2-1中，断路器和熔断器是主动式元件，而接触器和热继电器，还有电流互感器、主母线及一次接线端子及电缆等等都是被动式元件或者部件。

在主电路中，主动式元件和被动式元件共同配合完成各种电能输送控制的操作。当主动式元件在切除短路电流时，它与被动式元件之间存在动作协调配合关系。

图2-1：短路电流路径与主动元件和被动元件用于主电路的低压电器——低压电器分类图2-14用于主电路的低压电器——熔断器的结构

熔断器是主动元件，用作线路保护。

熔断器的分断能力高，可靠性也高，它维护方便，价格相对低廉，在低压配电网中得到广泛的应用。

图2-2：熔断器用于主电路的低压电器——熔断器的结构熔断器是主动元件5用于主电路的低压电器——熔断器的工作原理式2-1

图2-4：熔芯结构t1、t2和t3合并为熔体的熔化时间ta，ta与t4之和称为熔断时间tb

最小熔化系数KRT是熔断器保护小倍数线路过载的灵敏度指标，KRT的值一般在1.2到1.4倍之间取值图2-3：熔断器熔芯的熔断过程用于主电路的低压电器——熔断器的工作原理式2-16用于主电路的低压电器——熔断器的工作原理

图2-5：熔断器的特性曲线

图2-5的左图可见在电流最大值时熔断时间迅速地减小到毫秒数量级，所以熔断器具有良好的短路保护和分断能力。

图2-5的右图中Id是熔断器分断过程中达到的最大电流瞬时值，也就是熔断器的截断电流，Ip是冲击短路电流峰值。

从图中可见短路电流I未达到Ip时就熔断，其中熔断器的熔体在t1时间段中熔化，在t2时间段中进行灭弧。

直线I2t被称为等热值直线，在这条直线上的任何一点熔体都会熔化。用于主电路的低压电器——熔断器的工作原理图27用于主电路的低压电器——熔断器的工作原理

图2-6：gG熔断器的时间电流特性

图2-7：熔断器截断电流和限流特性用于主电路的低压电器——熔断器的工作原理图28用于主电路的低压电器——熔断器的选用

熔断器的选用一般原则是：1）按合适的电压等级和配电系统中能出现的最大短路电流来选用熔断器。2）gG、gM和aM熔断体的选用gG熔断体属于一般用途的可实现全范围分断的熔断体，它兼有过电流保护功能，主要用于线路保护；gM熔断体可实现全范围保护电动机，既可用于对电动机电路的过载保护，也可用于对电动机回路的短路保护。gM熔断体还可以保护照明回路；aM熔断体只能在部分范围分断的保护电动机，所以用在电动机主电路时需要配套热继电器。3）当熔断器是按上下级安装时，需要考虑选择性配合关系。G类熔断体的过电流选择比有1.6:1和2:1两种。一般地，专职人员使用的带刀口的熔断体过电流选择比为1.6:1，而带螺栓连接的熔断体和圆筒形熔断体其过电流选择比为2:1。

例如，上级熔断体为400A，若选择过电流选择比为1.6:1时下级熔断体的额定电流不得大于400/1.6=250A；若选择过电流选择比为2:1时，下级熔断体的额定电流不得大于200A。用于主电路的低压电器——熔断器的选用熔断器的选用一般原则是9用于主电路的低压电器——熔断器的选用应用在变压器进线回路的熔断器用于主电路的低压电器——熔断器的选用应用在变压器进线回路的熔10用于主电路的低压电器——熔断器的选用应用在电动机回路的熔断器用于主电路的低压电器——熔断器的选用应用在电动机回路的熔断器11用于主电路的低压电器——隔离开关隔离开关是被动元件，在电路中用作电气隔离

图2-9：各种隔离开关和熔断器开关图2-10：与隔离开关有关的图符

当隔离开关与熔断器组合在一起时，它们的组合体就不再属于被动元件，而是主动元件，具有了线路保护的能力。

其中熔断器式隔离开关又叫做负荷开关。用于主电路的低压电器——隔离开关隔离开关是被动元件，在电路中12用于主电路的低压电器——隔离开关图2-11：若干款ABB的隔离开关外形

隔离开关的选用原则

隔离开关（刀开关）的主要参数包括额定绝缘电压、额定工作电压、额定工作电流、额定通断能力、额定短时耐受电流、额定短路合闸容量、使用类别、操作次数和安装尺寸及操作性能等等。1）隔离开关的额定绝缘电压和额定工作电压不得低于低压配电网电压。隔离开关的额定工作电流不小于线路的计算电流。2）当要求有通断能力时，要选用具备相应额定通断能力的隔离器。如果需要承受短路电流的冲击，则应当选用具备相应短路接通能力的隔离开关，并选用合适的熔断器规格。3）隔离开关的极数和操作方式由现场需求决定用于主电路的低压电器——隔离开关图2-11：若干款ABB的隔13用于主电路的低压电器——选用隔离开关：OETL隔离开关参数分析用于主电路的低压电器——选用隔离开关：OETL隔离开关参数分14用于主电路的低压电器——开关熔断器和熔断器开关图2-12：开关熔断器和熔断器开关（负荷开关）图2-13：开关熔断器（包括熔断器开关）的转移电流

当发生三相短路时，由于三相电流之间存在相位差，必然会出现某相（假定是A相）熔体先熔断。如果隔离开关－熔断器组合产品能实现熔体熔断后自动关联开关跳闸，且B相和C相的熔断体并未熔断，则开关的B相和C相触头将承担分断短路电流的任务，此时的B相和C相的电流被称为转移电流。

由于低压隔离开关－熔断器组合的熄弧能力差，不具备分断转移电流的能力，故只能采取将熔断体熔断信号发送给控制系统去执行相应的操作，不允许开关自动分闸。用于主电路的低压电器——开关熔断器和熔断器开关图2-12：开15用于主电路的低压电器——选用隔离开关：选用原则用于主电路的低压电器——选用隔离开关：选用原则16用于主电路的低压电器——双投开关——ATSE开关图2-15：ATSE的中性线重叠问题

在ATSE切换的过程中，若N1线先脱离，随后相线才相继脱离，则负载侧N线会出现中性点偏离损坏电力设备。

为此，ATSE在实施分断操作时让相线的分断操作超前于N线；而ATSE在实施闭合操作时，让相线的闭合操作滞后于N线，两者的时间差不小于20毫秒。这就是中性线重叠问题。

按照国标GB/T14048.11-2008规定，ATSE本体可分为PC级或CB级两个级别。PC级的ATSE是统一的装置，它能够接通、承载电流、但不能用于分断短路电流；CB级的ATSE则由两套互投的断路器构成。因为断路器配备了过电流脱扣器，所以CB级的ATSE能够接通电流并用于分断短路电流。用于主电路的低压电器——双投开关——ATSE开关图2-15：17用于主电路的低压电器——断路器——断路器的分类

断路器能够接通、承载和分断正常运行电路中的电流，也能在非正常运行的电路中（过载、短路）按规定的条件接通、承载一定时间和分断电流的开关电器。

低压断路器在制造和使用方面遵循的国家标准是GB/T14048.2，而家庭使用的断路器标准是IEC60898。

低压断路器，从结构类型可分为3种型式：

第一种是空气绝缘框架断路器，国际上通用名是Aircircuitbreaker，简称为ACB断路器；

第二种是塑壳断路器，国际上通用名是Mouldedcasecircuitbreaker，简称为MCCB断路器；

第三种是微型断路器，国际上通用名是Microcircuitbreaker，简称为MCB断路器。家居配电使用的断路器属于MCB，并且常常被称为空气开关。

低压断路器还可分为配电型断路器和电动机保护型断路器，还有专用于照明回路的断路器，以及漏电断路器等等。用于主电路的低压电器——断路器——断路器的分类18用于主电路的低压电器——断路器——断路器的三种不同类型图2-24：框架断路器ACB图2-33：微型断路器MCB图2-25：塑壳断路器MCCB三种不同类型的断路器用于主电路的低压电器——断路器——断路器的三种不同类型图2-19用于主电路的低压电器——热磁式和电子式断路器脱扣器原理图图2-20：热磁式断路器脱扣器的工作原理图图2-21：电子式断路器脱扣器的工作原理图用于主电路的低压电器——热磁式和电子式断路器脱扣器原理图图220用于主电路的低压电器——断路器电子式脱扣器的原理流程图图2-22：断路器电子式脱扣器的原理流程图用于主电路的低压电器——断路器电子式脱扣器的原理流程图图2-21用于主电路的低压电器——断路器的技术术语和参数2.5.2节：断路器的主要技术术语和参数1.额定绝缘电压Ui、额定工作电压Ue和额定冲击耐受电压Uimp2.断路器的工频耐压3.额定电流Ie和额定持续电流Iu4.断路器壳架（或框架）等级电流6.断路器温升7.过载保护L参数

在断路器特性曲线图2-27中的“L”区域被称为过载长延时保护L参数整定曲线。8.可调延时短路保护S参数

在断路器特性曲线图2-27的“S”区域被称为短路短延时电流保护S参数整定曲线。9.瞬时短路保护I参数

在断路器特性曲线图2-27中的“I”区域被称为短路电流瞬时保护I参数曲线。10.接地故障G保护参数

特性曲线图2-27的右图中“G”区域的曲线被称为接地故障反时限参数整定，有时被简称为G参数整定。图2-27：断路器的时间-电流特性曲线用于主电路的低压电器——断路器的技术术语和参数2.5.2节：22用于主电路的低压电器——断路器的技术术语和参数13.极限短路分断能力Icu14.运行短路分断能力Ics15.额定短路分断能力ICU和额定运行短路分断能力ICS之间的关系16.额定短时耐受电流Icw18.额定短路接通能力Icm理解断路器电流参数之间关系的重要不等式用于主电路的低压电器——断路器的技术术语和参数13.极限短路23用于主电路的低压电器——断路器的技术术语和参数25.断路器的过载保护L参数设定方法

配电型断路器保护的对象就是馈电电缆。馈电电缆允许过载的倍数及容忍过载的时间见表2-18。

按照GB/T14048.2，对于热磁式脱扣器的断路器，其过载保护参数I1的可调范围是0.7～1.05In；对于电子式脱扣器的断路器，其过载保护参数I1的可调范围是0.4～1.05In。用于主电路的低压电器——断路器的技术术语和参数25.断路器的24用于主电路的低压电器——断路器的技术术语和参数26.断路器的可延时短路保护S参数的设定方法

两只断路器上下级联用于线路保护，处于级联上端的断路器需要采用可调延时的短路保护，可调延时的短路保护电流整定范围是1～10倍In。

若断路器的负载中不但有馈电回路，同时也有电动机回路，则需要用到断路器的短延时S短路保护。计算短延时S参数保护见式2-7。

用于主电路的低压电器——断路器的技术术语和参数26.断路器的25用于主电路的低压电器——断路器的技术术语和参数27.断路器的短路瞬时保护I参数的设定方法当线路中发生了较大的短路时，我们期望断路器能尽快地切断短路电路，于是可利用断路器短路瞬时脱扣来实现这一目的。MCCB塑壳断路器的瞬时脱扣整定值范围是1.5～12倍In，ACB框架断路器的瞬时脱扣整定值范围是1.5～15倍In。如果断路器的负载中同时存在馈电和电动机回路，计算瞬时脱扣整定值见式2-8。

用于主电路的低压电器——断路器的技术术语和参数27.断路器的26用于主电路的低压电器——断路器的技术术语和参数28.断路器的图符和符号

图2-40中，右上角为断路器的标准图符。

中间的固定式三极断路器图符中，添加了辅助触头和热磁脱扣器符号，还有手动操作机构和电动操作机构的图符。

下方的抽出式三极断路器图符中，添加了操作手柄的五个位置，以及一次回路和二次回路的接插件符号。用于主电路的低压电器——断路器的技术术语和参数28.断27用于主电路的低压电器——断路器的技术术语和参数2

表2-19：若干款框架断路器的主要技术数据用于主电路的低压电器——断路器的技术术语和参数2表2-28用于主电路的低压电器——带电子脱扣器的框架断路器安秒特性及曲线图2-41：PR121/P的L-S-I曲线之1图2-40：Emax开关的PR121/P脱扣器保护功能及参数设置用于主电路的低压电器——带电子脱扣器的框架断路器安秒特性及曲29用于主电路的低压电器——电动机安秒特性与电动机型断路器的安秒特性I1——L功能脱扣电流（长延时过载保护）I3——I功能脱扣电流（瞬时短路保护）I5——R功能脱扣电流（堵转保护）t5——R功能脱扣时间（堵转保护脱扣时间）I6——U功能脱扣电流（缺相或相不平衡保护）t6——U功能脱扣时间（缺相或相不平衡保护脱扣时间）Ie——电动机额定工作电流Ia——电动机起动电流Ip——电动机起动电流瞬时峰值ta——电动机起动时间tp——电动机起动阶段瞬态时间m——电动机起动典型曲线C——带电子脱扣器的电动机保护断路器的脱扣曲线Class——带电子脱扣器的电动机保护，可关闭L——L功能（过载长延时保护），不可关闭R——R功能（堵转保护功能），可关闭I——I功能（瞬时短路保护），不可关闭U——缺相或相不平衡保护，可关闭图2-46：异步电动机运行特性曲线用于主电路的低压电器——电动机安秒特性与电动机型断路器的安秒30用于主电路的低压电器——电动机型断路器的过载保护等级电动机保护型断路器的过载保护等级用于主电路的低压电器——电动机型断路器的过载保护等级电动机保31用于主电路的低压电器——选择型和电动机型塑壳断路器的安秒特性曲线图2-43：Tmax断路器T4N250的脱扣器特性曲线图2-45：电动机型断路器的保护特性曲线用于主电路的低压电器——选择型和电动机型塑壳断路器的安秒特性32用于主电路的低压电器——微型断路器MCB的脱扣分类

微型断路器的脱扣特性包括B特性、C特性、D特性和K特性等等，见图2-49。（1）B型脱扣特性B型脱扣特性的脱扣电流为3In～5In，是标准特性。一般用于住宅建筑和专用建筑的插座回路。（2）C型脱扣特性C型脱扣特性的脱扣电流为5In～10In，优先用于接通大电流的电器设备，例如照明灯和电动机。（3）D型脱扣特性D型脱扣特性的脱扣电流为10In～20In，适用于产生冲击的电器设备，例如变压器、电磁阀和电容器等等。（4）K型脱扣特性K型脱扣特性的脱扣电流为10In～14In，适用于电动机负载。式中的In为额定电流。图2-49：MCB的B、C、D、和K特性用于主电路的低压电器——微型断路器MCB的脱扣分类33用于主电路的低压电器——剩余电流的测量方法

剩余电流包括两类不同类型的漏电电流，一类是因为电器设备绝缘破坏而产生的漏电电流，又称为设备漏电电流；另一类是人体发生直接电击时从人体上流过的漏电电流。前者对低压电网的消防和设备保护有重要意义，而后者则对人体保护有重要意义。

人体电击伤害的临界电流值是30mA，所以防止人体被电击的剩余电流动作保护器——漏电开关，它的动作值就是30mA。图2-53：剩余电流的测量方法用于主电路的低压电器——剩余电流的测量方法剩34用于主电路的低压电器——漏电开关RCD与接地系统的关系图2-55：接地系统和RCD的关系用于主电路的低压电器——漏电开关RCD与接地系统的关系图2-35用于主电路的低压电器——交流接触器图2-58：接触器模式图

在AC－2、AC－3下工作的交流接触器应当能满足8倍过电流的冲击，而在AC-4下工作的交流接触器应当满足10倍过电流的冲击.630A及以下的接触器承载时间是10秒，630A以上的接触器承载时间会略微缩短。用于主电路的低压电器——交流接触器图2-58：接触器模式图36用于主电路的低压电器——热继电器图2-60：热继电器过载反时限动作特性曲线1 ——三相鼠笼异步电动机容许的过载反时限动作特性曲线2 ——热继电器的冷态过载反时限动作特性曲线3 ——热继电器的热态过载反时限动作特性曲线4 ——热继电器的断相保护特性曲线

热继电器有双金属片式和热敏电阻式，有的规格还带有断相保护功能。

双金属片热继电器由双金属片、热元件、复位按钮、触点系统、调节旋钮、复位和温度补偿等构成。

当电动机正常运行时，热元件产生的热虽然能使主双金属片弯曲，但是弯曲产生的推动力不足以使热继电器的触点动作。当电动机过载时，双金属片的弯曲位移加大，推动导板使常闭触点断开，使得交流接触器分闸切断电动机的工作电源，由此保护了电动机。

脱扣级别为10A的热继电器用于轻载电动机，脱扣级别为10的热继电器用于一般的电动机，脱扣级别为20和30的热继电器可用于重载起动的电动机。用于主电路的低压电器——热继电器图2-60：热继电器过载反时37用于主电路的低压电器——型式试验

低压电器产品的试验分成型式试验、常规试验、特殊试验和抽样试验。

型式试验式新产品研制单位或者新产品的试制和投产单位必须进行的试验。除非产品标准另有规定，通常型式试验只需进行一次。

另外，当产品在设计上更改或者制造工艺、使用原材料及零部件结构的更改有可能会影响到电器的工作性能时，也必须重新进行有关项目的型式试验。

主要型式试验的项目有：1）电器的温升试验；2）电器的介电性能试验；3）接通与分断能力试验；4）过载电