[2017年整理]低压电器及其控制系统课件2

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1、电器原理及控制技术 主讲：网络与电气智能化研究所 李中伟联系电话：86413623Email: *1Rockwell Automation 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Date2Rockwell Automation 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Date3Rockwell Automation 2.2 刀开关、熔断器式

2、刀开关、组合开关一.刀开关u刀开关的用途和分类用途n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n按极数分：单极、双极和三极。n按结构分：平板式和条架式。n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。Date4Rockwell Automation 2.2 刀开关、熔断器式刀开关、组合开关一.刀开关常用的刀开关有HD型单投刀开关、HS型双投刀 开关、HR型熔断器式刀开关、HZ型组合开关、 HK型负荷开关等。HD型单投刀开关、H

3、S型双投刀开关、HR型熔断 器式刀开关主要用于在成套配电装置中作为隔离 开关，装有灭弧装置的刀开关也可以控制一定范 围内的负荷线路。 HZ型组合开关、HK型负荷开关一般用于电气设 备及照明线路的电源开关。Date5Rockwell Automation 两种常见的刀开关图2.1 平板手动操作式单极刀开关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3Date6Rockwell Automation HD型单投刀开关手柄操作HD型单投刀开关 Date7Rockwell Automation 中央手柄操作的三极

4、刀开关 Date8Rockwell Automation HS型双投刀开关（转换开关） HS型双投刀开关示意图及图形符号 Date9Rockwell Automation 2.2 刀开关、熔断器式刀开关、组合开关二. 熔断器式刀开关（刀熔开关 ） 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。该产品适用于交流频率为50Hz、电 压为380 V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

5、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。Date10Rockwell Automation 熔断器式刀开关HR型熔断器式刀开关示意图及图形符号 Date11Rockwell Automation 熔断器式刀开关Date12Rockwell Automation 负荷开关（a）开启式负荷开关 （b）封闭式负荷开关 （c）图形文字 符号负荷开关 1上胶盖 2下胶盖 3插座 4触刀 12触刀 13插座 14熔断器

6、5操作手柄 6固定螺母 7进线端 15速断弹簧 16转轴 8熔丝 9触点座 10底座 11出线端 17操作手柄Date13Rockwell Automation 2.2 刀开关、熔断器式刀开关、组合开关二. 组合开关组合开关 也是一种刀开关，只是它的刀片是旋转 式的，它的动触头（刀片）和静触头封装在同一 个绝缘触头基座内。可以将最多6个触头基座叠 装起来组成一个组合开关，这样使整个机构向空 间发展，从而节省了安装面积。每个动触头都装 在操作手柄的转轴上，随转轴旋转而改变各对触 头的通断状态。nHZ5 、 HZ10、 HZ15系列组合开关。 Date14Rockwell Automation 组

7、合开关（a）内部结构示意图 （b）外形示意图 （c）图形符 号 组合开关的结构示意图和图形符号Date15Rockwell Automation 2.2 刀开关、熔断器式刀开关、组合开关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、1500 A。 （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

8、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。Date16Rockwell Automation 刀开关的主要技术参数Date17Rockwell Automation 刀开关的主要技术参数Date18Rockwell Automation 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

9、电线路中作短路和过 载保护之用。熔断器分类（按结构）n开启式n半封闭式n封闭式u无填料管式u有填料管式u有填料螺旋式Date19Rockwell Automation 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

10、 熔断器的运载件1绝缘管；2填料；3 熔体；4导电触头Date20Rockwell Automation 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Date21Rockwell Automation 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

11、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Date22Rockwell Automation 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：

12、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。Date23Rockwell Automation 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

13、） 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 达到的电流最大值；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。Date24Rockwell Automation 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。Date25Rockwell Automation 2.3 熔断器三. 时间电流特性的计算(2.1)

14、式(2.1)中的k值为仅与熔体材料的物理参数有关的常数，A为熔体的截面积。因此，在 绝热情况下，熔体的弧前焦耳积分仅与熔体的结构尺寸和材料有关。在计算时，铜的k 值可取为 ， 银可取为 。Date26Rockwell Automation 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

15、弧时间trh t2 - 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Date27Rockwell Automation 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。Date28Rockwell Automation 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。Date29Rockwell