1.1.2 低壓開關(guān)與斷路器

開關(guān)是最普通、使用最早的電器，其作用是分合電路、開斷電流。常用的有刀開關(guān)、隔離開關(guān)、負荷開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)（組合開關(guān)）和斷路器等。

開關(guān)有負載運行操作、無載運行操作和選擇性運行操作之分，并有正面操作、側(cè)面操作和背面操作幾種，還有不帶滅弧裝置和帶滅弧裝置之分。開關(guān)常采用彈簧片以保證接觸良好。

1.刀開關(guān)

刀開關(guān)一般用于不需經(jīng)常切斷與接通的交、直流低壓（不大于500V）電路，在額定電壓下其工作電流不能超過額定值。在機床上，刀開關(guān)主要用作電源開關(guān)，一般不用來接通或切斷電動機的工作電流。刀開關(guān)分單極、雙極和三極，常用的三極刀開關(guān)長期允許通過電流有100A、200A、400A、600A和1000A五種。目前生產(chǎn)的產(chǎn)品型號有HD（單投）和HS（雙投）等系列。HD系列刀開關(guān)如圖1-6所示，HS系列刀開關(guān)如圖1-7所示。刀開關(guān)的圖形和文字符號如圖1-8所示。

根據(jù)工作原理、使用條件和結(jié)構(gòu)形式的不同，刀開關(guān)還有刀形轉(zhuǎn)換開關(guān)、開啟式負荷開關(guān)、封閉式負荷開關(guān)、熔斷器式刀開關(guān)和組合開關(guān)等類型。QA系列、QF系列、QSA（HH15）系列刀開關(guān)用在低壓配電裝置中，而HY122這類帶有明顯斷口的數(shù)模隔離開關(guān)廣泛用于樓層配電、計量箱、終端組電器中。

HR6系列熔斷器式刀開關(guān)具有刀開關(guān)和熔斷器的雙重功能，采用這種組合開關(guān)電器可以簡化配電裝置結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟實用，因此其廣泛地用在低壓配電屏上，實物示例如圖1-9所示。

HK1、2系列開啟式負荷開關(guān)可用作電源開關(guān)和小容量電動機非頻繁起動的操作開關(guān)，實物示例如圖1-10所示。

HH3、4系列封閉式負荷開關(guān)的操作機構(gòu)具有速斷彈簧與機械聯(lián)鎖，可用于非頻繁起動28kW以下的三相異步電動機，實物示例如圖1-11所示。

刀開關(guān)選擇時應(yīng)考慮以下兩個方面：

（1）刀開關(guān)結(jié)構(gòu)形式的選擇 應(yīng)根據(jù)刀開關(guān)的作用和裝置的安裝形式來選擇是否帶滅弧裝置，若分斷負載電流，應(yīng)選擇帶滅弧裝置的刀開關(guān)；根據(jù)裝置的安裝形式來選擇是正面、背面還是側(cè)面操作形式，是直接操作還是杠桿傳動，是板前接線還是板后接線。

（2）刀開關(guān)額定電流的選擇 刀開關(guān)額定電流一般應(yīng)等于或大于所分斷電路中各個負載額定電流的總和。對于電動機負載，應(yīng)考慮其起動電流，所以應(yīng)選用額定電流大一級的刀開關(guān)。若再考慮電路出現(xiàn)的短路電流，應(yīng)選用額定電流更大一級的刀開關(guān)。

2.低壓斷路器

低壓斷路器可用來接通和分斷負載電路，也可用來控制不頻繁起動的電動機。它的功能相當于刀開關(guān)、過電流繼電器、失電壓繼電器、熱繼電器及漏電保護器等電器的部分或全部功能的總和，是低壓配電網(wǎng)中一種重要的保護電器。

低壓斷路器具有保護功能多（過載、短路、欠電壓保護等）、動作值可調(diào)、分斷能力高、操作方便、安全等優(yōu)點，所以目前被廣泛應(yīng)用。

（1）低壓斷路器的結(jié)構(gòu)和工作原理 各種低壓斷路器在結(jié)構(gòu)上都由主觸頭、滅弧裝置、脫扣器、自由脫扣機構(gòu)和操作機構(gòu)等部分組成。

1）主觸頭及滅弧裝置。主觸頭是低壓斷路器的執(zhí)行元件，用來接通和分斷主電路。為提高其分斷能力，主觸頭上裝有滅弧裝置。

2）脫扣器。脫扣器是低壓斷路器的感受元件，當電路出現(xiàn)故障時，脫扣器感測到故障信號后，經(jīng)自由脫扣機構(gòu)使低壓斷路器主觸頭分斷，從而起到保護作用。低壓斷路器中有如下幾種脫扣器：

①分勵脫扣器。用于遠距離使低壓斷路器斷開的脫扣器，其實質(zhì)是一個電磁鐵，由控制電源供電，可以按照操作人員指令或繼電保護信號使電磁鐵線圈通電，銜鐵動作，使低壓斷路器切斷電路。一旦低壓斷路器斷開電路，分勵脫扣器的電磁線圈也就斷電了，所以分勵脫扣器是短時工作的。

②欠電壓、失電壓脫扣器。這是一個具有電壓線圈的電磁機構(gòu)，其線圈并聯(lián)在主電路中。當主電路電壓消失或降至一定值以下時，電磁吸力不足以繼續(xù)吸持銜鐵，在反力作用下，銜鐵釋放，銜鐵頂板推動自由脫扣機構(gòu)，將低壓斷路器主觸頭斷開，實現(xiàn)欠電壓與失電壓保護。

③過電流脫扣器。其實質(zhì)是一個具有電流線圈的電磁機構(gòu)，電流線圈串聯(lián)在主電路中，流過負載電流，當正常電流通過時，產(chǎn)生的電磁吸力不足以克服反力，銜鐵不被吸合；當電路出現(xiàn)瞬時過電流或短路電流時，電磁吸力大于反力，使銜鐵吸合，并帶動自由脫扣機構(gòu)使低壓斷路器主觸頭斷開，實現(xiàn)過電流保護。

④熱脫扣器。該脫扣器由熱元件、雙金屬片組成，將熱元件串聯(lián)在主電路中，其工作原理與雙金屬片式熱繼電器相同。當主電路過載到一定值時，由于溫度升高，雙金屬片受熱彎曲并帶動自由脫扣機構(gòu)，使低壓斷路器主觸頭斷開，實現(xiàn)長期過載保護。

3）自由脫扣機構(gòu)和操作機構(gòu)。自由脫扣機構(gòu)是用來聯(lián)系操作機構(gòu)和主觸頭的機構(gòu)，當操作機構(gòu)處于閉合位置時，也可操作分勵脫扣器進行脫扣，將主觸頭斷開。

操作機構(gòu)是實現(xiàn)低壓斷路器閉合、斷開的機構(gòu)。通常電力拖動控制系統(tǒng)中的低壓斷路器采用手動操作機構(gòu)，低壓配電系統(tǒng)中的低壓斷路器有電動機操作機構(gòu)和電磁鐵操作機構(gòu)兩種。電動機操作機構(gòu)適用于塑料外殼式斷路器中殼架等級額定電流400A及以上的斷路器和萬能式斷路器，電磁鐵操作機構(gòu)適用于塑料外殼式斷路器中殼架等級額定電流225A及以下的斷路器。

圖1-12所示為DZ5-20型低壓斷路器的外形和結(jié)構(gòu)。

低壓斷路器的工作原理與符號如圖1-13所示，圖中是一個三極低壓斷路器，三個主觸頭串聯(lián)于三相電路中。經(jīng)操作機構(gòu)將其閉合，此時傳動桿3由鎖扣4勾住，保持主觸頭2的閉合狀態(tài)，同時分閘彈簧1被拉伸。當主電路出現(xiàn)過電流且達到過電流脫扣器的動作電流時，過電流脫扣器6的銜鐵吸合，頂桿上移將鎖扣4頂開，在分閘彈簧1的作用下主觸頭2斷開。當主電路出現(xiàn)欠電壓、失電壓或過載時，則欠電壓、失電壓脫扣器8和熱脫扣器7分別將鎖扣4頂開，使主觸頭2斷開。分勵脫扣器9可由主電路或其他控制電路供電，由操作人員發(fā)出指令或繼電保護信號使分勵線圈通電，其銜鐵吸合，將鎖扣4頂開，在分閘彈簧1的作用下主觸頭2斷開，同時也使分勵線圈斷電。

（2）低壓斷路器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)和保護特性

1）低壓斷路器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)。

①額定電壓。指低壓斷路器在電路中長期工作時的允許電壓值。

②額定電流。指各脫扣器允許長期通過的電流，即脫扣器額定電流。

③殼架等級額定電流。指每一件框架或塑殼中能安裝的最大脫扣器額定電流。

④通斷能力。指在規(guī)定操作條件下，低壓斷路器能接通和分斷短路電流的能力。

⑤保護特性。指低壓斷路器的動作時間與動作電流的關(guān)系曲線。

2）保護特性。

低壓斷路器的保護特性主要是指低壓斷路器長期過載和過電流保護特性，即低壓斷路器動作時間與動作電流的關(guān)系曲線，如圖1-14所示，圖中ab段為過載保護特性，具有反時限性質(zhì)。df段為瞬時動作曲線，當故障電流大于d點對應(yīng)電流時，過電流脫扣器便瞬時動作。ce段為定時限延時動作曲線，當故障電流大于c點對應(yīng)電流時，過電流脫扣器經(jīng)短時延時后動作，延時長短由c點與d點對應(yīng)時間的差決定。根據(jù)需要，低壓斷路器的保護特性可以是兩段式的，如abdf曲線，既有過載延時保護，又有短路瞬動保護，而abce曲線則為過載長延時保護和短路延時保護。另外，低壓斷路器還可以有三段式的保護特性，如abcghf曲線，既有過載長延時保護、短路短延時保護，又有特大短路的瞬動保護。為達到良好的保護作用，低壓斷路器的保護特性應(yīng)與被保護對象的發(fā)熱特性有合理的配合，即低壓斷路器的保護特性曲線2應(yīng)位于被保護對象的發(fā)熱特性曲線1的下方，并以此來合理選擇低壓斷路器的保護特性。

（3）低壓斷路器典型產(chǎn)品 低壓斷路器的主要分類方法是以結(jié)構(gòu)形式分類，即裝置式和開啟式兩種。裝置式又稱為塑料外殼式，開啟式又稱為框架式或萬能式。

1）裝置式斷路器。裝置式斷路器有絕緣塑料外殼，內(nèi)裝觸頭系統(tǒng)、滅弧室及脫扣器等，可手動或電動（對大容量斷路器而言）合閘。它有較高的分斷能力和動穩(wěn)定性，有較完善的選擇性保護功能，廣泛用于配電線路。

目前常用的裝置式斷路器有DZ15、DZ20、DZX19和C65N等系列產(chǎn)品。其中C65N系列斷路器具有體積小、分斷能力強、限電流性能好、操作輕便、型號規(guī)格齊全，以及可以方便地在單極結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上組合成二極、三極和四極斷路器的優(yōu)點，廣泛使用在60A及以下的民用照明支干線及支路中（多用于住宅用戶的進線開關(guān)及商場照明支路的開關(guān)）。

DZ20系列裝置式斷路器型號含義如下：

2）框架式斷路器。框架式斷路器一般容量較大，具有較高的短路分斷能力和較好的動穩(wěn)定性，適合在交流50Hz、額定電壓380V的配電網(wǎng)絡(luò)中作為配電干線的主保護。

框架式斷路器主要由觸頭系統(tǒng)、操作機構(gòu)、過電流脫扣器、分勵脫扣器、欠電壓脫扣器、附件及框架等部分組成，全部組件進行絕緣處理后裝于框架結(jié)構(gòu)底座中。

目前常用的框架式斷路器有DW15、ME、AE、AH等系列產(chǎn)品。DW15系列斷路器是我國自行研制生產(chǎn)的，全系列具有1000A、1500A、2500A和4000A等幾個電流等級，其中DW15-400型框架式斷路器實物如圖1-15所示。

ME、AE、AH等系列斷路器是利用引進技術(shù)生產(chǎn)的。它們的規(guī)格型號較為齊全（ME系列的電流等級從630A到5000A共13個），額定分斷能力較DW15系列更強，常用于低壓配電干線的主保護。

3）智能化斷路器。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的智能化斷路器也有框架式和塑料外殼式兩種。框架式智能化斷路器主要用作智能化自動配電系統(tǒng)中的主斷路器，塑料外殼式智能化斷路器主要用于在配電網(wǎng)絡(luò)中分配電能和作為線路及電源設(shè)備的控制與保護裝置，亦可用于三相籠型異步電動機的控制。智能化斷路器的特征是采用以微處理器或單片機為核心的智能控制器（智能脫扣器），它不僅具備普通斷路器的各種保護功能，還可實時顯示電路中的各種電氣參數(shù)（電流、電壓、功率和功率因數(shù)等），以及能對電路進行在線監(jiān)視、自行調(diào)節(jié)、測量、試驗、自診斷和通信等操作，還能夠?qū)Ω鞣N保護功能的動作參數(shù)進行顯示、設(shè)定和修改，并在保護電路動作時將故障參數(shù)存儲在非易失存儲器中以便查詢。

（4）低壓斷路器的選用原則

1）根據(jù)電路對保護的要求確定低壓斷路器的類型和保護形式（確定選用框架式、裝置式或限流式等）。

2）低壓斷路器的額定電壓應(yīng)等于或大于被保護電路的額定電壓。

3）低壓斷路器欠電壓脫扣器額定電壓應(yīng)等于被保護電路的額定電壓。

4）低壓斷路器的額定電流及過電流脫扣器的額定電流應(yīng)大于或等于被保護電路的計算電流。

5）低壓斷路器的極限分斷能力應(yīng)大于電路的最大短路電流的有效值。

6）配電電路中的上、下級低壓斷路器的保護特性應(yīng)協(xié)調(diào)配合，下級的保護特性應(yīng)位于上級的保護特性的下方且二者不相交。

7）低壓斷路器的長延時脫扣電流應(yīng)小于導(dǎo)線允許的持續(xù)電流。