二、開關電器

開關電器主要用于低壓配電系統及電氣控制系統中，對電路和電氣設備進行不頻繁地接通或分斷控制電路或直接控制小容量電動機，也可以用來隔離或自動切斷電源而起到保護作用。開關電器應用十分廣泛，種類很多，主要包括刀開關、組合開關、低壓斷路器等。

1.刀開關

刀開關是具有刀形觸片的各類開關電器的總稱，可分為不帶熔斷器式和帶熔斷器式兩大類，用于隔離電源和無負載情況下的電路轉換，其中后者還具有短路保護功能。常用的刀開關有開啟式負荷開關和封閉式負荷開關兩種。

開啟式負荷開關又稱瓷底膠蓋刀開關，它由刀開關和熔斷器組合而成，常用作照明電路的電源開關或用于5.5kW以下三相異步電動機不頻繁啟動和停止的控制開關。常用的開啟式負荷開關有HK1、HK2系列，如圖1-1所示。

開啟式負荷開關具有實用方便，價格低廉等優點。但在控制電動機時易出現一相熔絲熔斷，電動機由于缺相運行而燒壞的現象，且該開關無滅弧裝置，分斷大電流時產生的電弧很大，易出現人身安全事故，現已逐漸被塑料外殼式低壓斷路器取代。

封閉式負荷開關是將一個三極刀開關與3個熔斷器串聯組裝在一個鐵殼內，故又稱鐵殼開關。封閉式負荷開關可用于配電電路中作電源開關、手動不頻繁地接通或斷開帶負荷電路，還可作為小型異步電動機的非頻繁全壓啟動的控制開關。常用的封閉式負荷開關有HH系列，如圖1-2所示。

負荷開關在選用時的注意事項：

①負荷開關的額定電壓應大于或等于負載的額定電壓。

②對于照明或電熱電路，負荷開關的額定電流等于或大于被控制電路中各負載的額定電流之和。

③對于電動機電路，根據經驗，開啟式負荷開關的額定電流一般是電動機額定電流的3倍；封閉式負荷開關的額定電流一般是電動機額定電流的1.5倍。

④為保證可靠滅弧及用電安全，封閉式負荷開關不宜用于電流超過60A以上負載的控制。

負荷開關在安裝時的注意事項：

①負荷開關不準橫裝或倒裝，更不允許將開關放在地面上使用，而必須垂直地安裝在控制柜或開關板上；開啟式負荷開關閘刀在合閘狀態時，手柄應朝上，不準倒裝或平裝。

②負荷開關安裝接線時，應注意電源進線和出線不能接反。開啟式負荷開關電源進線應接在靜觸點一邊的進線端（進線座在上方），而用電設備應接在動觸點一邊的出線端（出線座在下方），即“上進下出”，不準顛倒，以方便更換熔斷器及確保用電安全。封閉式負荷開關接線時，電源線接在靜觸座的接線端上，負載則接在熔斷器一端，不得接反，確保操作安全。

③封閉式負荷開關安裝時應保證外殼可靠接地，以防漏電而發生意外。

2.組合開關

組合開關因其可實現多組觸點組合，故又稱轉換開關，是一種變形刀開關，結構上用動觸片代替了閘刀，以左右旋轉代替刀開關的上下分合動作，有單極、雙極和多極之分。組合開關安裝尺寸小，操作方便，多用于不頻繁接通和斷開電路，或無電切換電路。例如，用作機床照明電路的控制開關，或5kW以下小容量電動機的啟動、停止和正反轉控制。

常用的組合開關型號有HZ等系列。圖1-3（a）、（b）所示為HZ-10/3型組合開關的外形與結構，其圖形符號如圖1-3（c）所示。HZ-10/3型組合開關共有三副靜觸片，每一副靜觸片的一邊固定在絕緣墊板上，另一邊則伸出盒外，并附有接線螺釘，以便和電源及用電器相連接。3個動觸片裝在另外的絕緣墊板上，并套在方軸上，通過手柄可使方軸作90°的正反向轉動，并帶動3個動觸片分別與對應的三副靜觸片保持接通或斷開。在開關轉軸上裝有扭簧儲能機構，使開關能快速閉合或分斷，有效地抑制了電弧過大。

組合開關在選用時，可根據電壓等級、額定電流大小和所需觸點數選定。

3.低壓斷路器

低壓斷路器，簡稱斷路器。它是一種既可用來接通和分斷負載電路，又具有電路自動保護功能的低壓電器，用于電動機或其他用電設備做不頻繁通斷操作的電路轉換。低壓斷路器具有多種保護功能，當電路發生過載、短路、欠電壓、失電壓等非正常情況時，能自動切斷與它串聯的電路，有效地保護故障電路中的用電設備。漏電保護斷路器除具備一般斷路器的功能外，還可以在電路出現漏電（如人觸電）時自動切斷電路進行保護。由于低壓斷路器具有動作電流可調、分斷能力高、操作方便、安全等優點，在各種電氣控制系統中得到廣泛應用。

（1）低壓斷路器的結構和工作原理

低壓斷路器主要由操作機構、觸點系統、滅弧裝置、保護裝置（各種脫扣器）及外殼等組成。圖1-4所示為常見自動空氣開關的外形。

圖1-5所示為低壓斷路器的工作原理圖及圖形符號。其中，圖1-5（a）中的2是自動空氣斷路器的三對主觸點，與被保護的三相主電路相串聯。

當電路正常工作，按下接通按鈕時，在外力的作用下，鎖鏈3克服彈簧1的斥力，將固定在鎖鏈上的動觸點與靜觸點閉合，鎖鏈鉤住搭鉤4，主電路處于接通狀態。

當主電路發生短路或產生較大電流時，電磁脫扣器6中線圈所產生的電磁吸合力隨之增大，直至將銜鐵8吸合，并推動杠桿7，把搭鉤4頂離。在彈簧1的作用下主觸點斷開，切斷主電路，起到保護作用。

當電路電壓嚴重下降或消失時，欠電壓脫扣器11中的吸力減少或失去吸力，銜鐵10被彈簧9拉開，推動杠桿7，將搭鉤4頂開，斷開主觸點。

當電路發生一般過載時，過載電流雖不能使電磁脫扣器6動作，但能使產生一定的熱量，使雙金屬片12受熱向上彎曲，將杠桿7推動，鎖鏈3與搭鉤4脫開，斷開主觸點，從而起到保護作用。

（2）智能化低壓斷路器

隨著電氣設備的智能化發展，對低壓斷路器的性能有了更高的要求，新型智能化的斷路器成為發展趨勢。傳統斷路器的保護功能是利用了熱效應或電磁效應原理，通過機械結構動作來實現的。智能化的斷路器采用了以微處理器或單片機為核心的智能控制器（智能脫扣器），它不僅具有普通斷路器的各種保護功能，同時還具有實時顯示電路中各種電氣參數（如電流、電壓、功率因數等），對電路進行在線監測、試驗、自診斷和通信等功能；還能夠對各種保護功能的動作參數進行顯示、設置和修改。將電路動作時的故障參數存儲在非易失存儲器中以便查詢。智能化斷路器的原理框圖如圖1-6所示。

目前，國內生產的智能化斷路器有框架式和塑料外殼式兩種。框架式斷路器主要用于智能化自動配電系統中的主斷路器；塑料外殼式斷路器主要用在配電網絡中分配電能和作為電路及配電設備的控制和保護，也可用作三相籠形異步電動機的控制。圖1-7所示為CFW45系列智能型框架斷路器。

（3）低壓斷路器的類型及其主要參數

低壓斷路器的分類方式有多種，按極數可分為：單極、兩極、三極和四極；按保護形式可分為：電磁脫扣器式、熱脫扣器式、復合脫扣器式和無脫扣器式，其中以復合脫扣器式最為常用；按分斷時間可分為：一般式和快速式（先于脫扣機構動作，脫扣時間在0.02s以內）；按結構形式可分為：塑殼式、框架式和模塊式等。

目前，國內常用的塑料外殼式斷路器有DZ5、DZ10、DZ15、DZ20、DW10、DW15等系列，低壓斷路器的型號意義如下：

低壓斷路器的主要技術參數除額定電壓、額定電流（脫扣額定電流）之外，還有：

①殼架等級額定電流是指同一規格的斷路器中能裝的最大脫扣器額定電流。

②額定極限短路分斷能力（ICN）是指斷路器在規定試驗電壓及其他規定條件下的極限短路分斷電流值，可用預期短路電流表示。

③額定運行短路分斷能力（ICS）是指斷路器在規定試驗電壓及其他規定條件下的一種比ICN小的分斷電流值，不同使用類別下的ICS和ICN標準比例關系的數據系列可查閱相關手冊。

選用低壓斷路器的一般原則：

①低壓斷路器的額定電壓不低于電路的額定電壓。

②低壓斷路器的額定電流不小于負載電流。

③熱脫扣器的整定電流不小于負載額定電流。

④極限分斷能力不小于電路中最大短路電流。

⑤電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流應大于負載電路正常工作時的最大電流。保護電動機時，電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流為電動機啟動電流的1.7倍。

⑥欠壓脫扣器額定電壓應等于電路額定電壓。