低压电器及其控制系统课件2.ppt

电器原理及控制技术电器原理及控制技术 主讲：网络与电气智能化研究所主讲：网络与电气智能化研究所 李中伟李中伟 联系电话：联系电话：86413623 Email: 12/20/20221哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所第2章 低压配电电器2.1 概述概述2.2 刀开关、熔断器式刀开关、组合开关刀开关、熔断器式刀开关、组合开关2.3 熔断器熔断器2.4 低压断路器低压断路器12/20/20222哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所2.1 概述概述低低压压配配电电电电器器定定义义:低压配电系统(也称低压电网)或动力装置中用来进行电电能能分分配配、完成接接通通和和分分断断电路及对配电线路和设备进行保护保护的电器。(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12/20/20223哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所2.2 刀开关、熔断器式刀开关、组合开关一一.刀开关刀开关u刀开关的用途和分类刀开关的用途和分类用途用途n刀开关为手动电器，可广泛用于各种低压配电设备，作为电电源源隔隔离离开开关关；亦可用来不频繁地接接通通与与断断开开容容量量不不大大的的低低压压配配电电电电路路。当刀开关有有灭灭弧弧罩罩，并用杠杠杆杆操操作作时，也能接通或分断额定电流额定电流。分类分类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。12/20/20224哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所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型单单投投刀开关、HS型双双投投刀开关、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、HS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。12/20/20225哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所两种常见的刀开关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312/20/20226哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所HD型单投刀开关手柄操作HD型单投刀开关 12/20/20227哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所中央手柄操作的三极刀开关 12/20/20228哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所 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 12/20/20229哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所2.2 刀开关、熔断器式刀开关、组合开关二二.熔断器式刀开关（刀熔开关熔断器式刀开关（刀熔开关）熔熔断断器器式式刀刀开开关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。负负荷荷开开关关也是由刀开关和熔断器结合的组合电器。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。12/20/202210哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所熔断器式刀开关HR型熔断器式刀开关示意图及图形符号 12/20/202211哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所熔断器式刀开关12/20/202212哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所负荷开关（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 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12/20/202213哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所2.2 刀开关、熔断器式刀开关、组合开关二二.组合开关组合开关组组合合开开关关 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。12/20/202214哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所组合开关组合开关（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12/20/202215哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所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。12/20/202216哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所刀开关的主要技术参数刀开关的主要技术参数12/20/202217哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所刀开关的主要技术参数刀开关的主要技术参数12/20/202218哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所2.3 熔断器一一.熔断器的用途和结构熔断器的用途和结构熔熔断断器器定定义义：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，在低压配电线路中作短路和过载保护之用。熔断器分类熔断器分类（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12/20/202219哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所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 熔断器的运载件1绝缘管；2填料；3熔体；4导电触头12/20/202220哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所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工作原理与基本特性熔断器的基本特性是时时间间电电流流特特性性，又称保保护护特特性性。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12/20/202221哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所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工作原理与基本特性 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接近近并并低低于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12/20/202222哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所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)额定电压额定电压：熔断器分断分断后能长期承受的电压。(2)额定电流额定电流：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。12/20/202223哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所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的主要技术参数（4）截截 断断 电电 流流 特特 性性：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非对对称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）弧前弧前I2t(弧前焦耳积分弧前焦耳积分)、熔断、熔断I2t(熔断焦耳积分熔断焦耳积分)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。12/20/202224哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所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。12/20/202225哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所2.3 熔断器三.时间电流特性的计算(2.1)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 。12/20/202226哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所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。燃弧时间trht2-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12/20/202227哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所2.3 熔断器五.熔断器的材料 1熔体材料熔体材料 (1)低熔点材料低熔点材料:铅、锡、锌、铅锡合金铅、锡、锌、铅锡合金及其他低熔 点合金等，电阻率较大。(2)高熔点材料高熔点材料:银、铜、铝银、铜、铝等，电阻率较小。一般熔断器一般熔断器多采用铜铜作为熔体材料。快速熔断器快速熔断器一般采用银银或铝铝作为熔体材料。12/20/202228哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所2.3 熔断器五.熔断器的材料 1熔体材料熔体材料 利用“冶金效应冶金效应”可以改善高熔点金属熔体的熔断器的时间时间电流电流特性。特性。冶金效应冶金效应：高熔点金属在某些液态金属：高熔点金属在某些液态金属(如锡、铅如锡、铅)的作用下会降的作用下会降低其熔点的一种物理特性。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。12/20/202229哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所2.3 熔断器五.熔断器的材料2.熔体形状 熔体的形状大体有两种：丝状和片状。图2.6 各种不同形状的片状熔体12/20/202230哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所2.3 熔断器五.熔断器的材料3.填充材料在绝缘管中装入填料是加速灭弧、提高分断能力的有效措施。对填料的要求：热容量大，在高温作用下不会分解出气体，以免增加管中的压力；填料的颗粒大小要适当。填充材料可用石英砂和三氧化二铝砂；三氧化二铝砂的性能优于石英砂；石英砂便宜，应用较多。12/20/202231哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所2.3 熔断器五.熔断器的材料4.绝缘管的材料绝缘管的材料对对 绝绝 缘缘 管管 材材 料料 的的 要要 求求：机 械 强 度 高，有 良 好 的 耐 弧 性 能。绝缘管的材料绝缘管的材料：n瓷 管(滑 石 陶 瓷 或 高 频 陶 瓷)：在 有 填 料 熔 断 器 中 应 用普遍。n硬质纤维管：在无填料熔断器中常用。n合成材料。12/20/202232哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所2.3 熔断器 六.熔断器的选用 熔断器的使用十分广泛，合理地选用熔断器对保护线路和设备的安全具有重要意义。选用的原则如下：(1)熔断器额定电压应等于或大于线路的额定电压。(2)熔断器的额定分断能力应不小于线路可能出现的最大故障电流。(3)按照不同的用途，选择不同类型的熔断器：一般用途：线路和电缆的保护；电动机保护用：配合电动机的启动过载特性；半导体保护用：快速；后备用：主配电线路的保护或作为其他开关的后备保护；特殊条件用：中频电路、电力机车等。12/20/202233哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所熔断器类型及图形符号 12/20/202234哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所RC1A系列熔断器的基本数据 熔断器的额定电流与熔体的额定电流意义不同。熔断器的载流部分和接触部分所允许通过的电流为熔断器的额定电流，配用的熔体额定电流不得超过熔断器的额定电流，每一个熔断器可以配用不大于自身额定电流的熔体。12/20/202235哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所RM10系列熔断器的基本数据12/20/202236哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所RT12和RT14系列熔断器的基本数据12/20/202237哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所RL6系列熔断器的基本数据12/20/202238哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所该系列熔断器的熔体为银丝，适用于对小容量的硅整流元件和晶闸管的短路保护。主要有RLS1和RLS2两个系列。RLS2系列螺旋式快速熔断器12/20/202239哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所NGT系列熔断器是我国引进德国AEG公司制造技术生产的一种分断能力高、限流特性好、功耗低、性能稳定的熔断器，能可靠地保护半导体及其成套装置。属有填料封闭管式。NGT系列半导体器件保护用快速熔断器 12/20/202240哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所12/20/202241哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所自复熔断器 自复熔断器是一种大功率非线性电阻元件。采用金属钠做熔体，在高温下具有高电导率。当电路发生短路故障时，短路电流产生高温使钠迅速汽化，汽态钠呈现高阻态，从而限制了短路电流。当短路电流消失后，温度下降，金属钠恢复原来的良好导电性能。自复熔断器只能限制短路电流，不能真正分断电路。其优点是不必更换熔体，能重复使用。RZ1系列。12/20/202242哈尔滨工业大学网络与电气智能化研究所