1.5　開關(guān)電器

開關(guān)電器廣泛用于配電系統(tǒng)和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)，用做電源的隔離、電氣設(shè)備的保護(hù)和控制。

1.5.1　刀開關(guān)

刀開關(guān)俗稱閘刀開關(guān)，是一種結(jié)構(gòu)最簡單、價(jià)格低廉的手動(dòng)電器，主要用于接通和切斷長期工作設(shè)備的電源及不經(jīng)常啟動(dòng)和制動(dòng)、容量小于7.5kW的異步電動(dòng)機(jī)。目前在大部分的應(yīng)用場合，刀開關(guān)已被自動(dòng)開關(guān)取代。

刀開關(guān)主要由操作手柄、觸刀、觸點(diǎn)座和底座組成，依靠手動(dòng)實(shí)現(xiàn)觸刀插入觸點(diǎn)座與脫離觸點(diǎn)座的控制。按刀數(shù)，分為單極、雙極和三極刀開關(guān)。

在選擇刀開關(guān)時(shí)，應(yīng)使其額定電壓等于或大于電路的額定電壓，其電流等于或大于電路的額定電流。當(dāng)用刀開關(guān)控制電動(dòng)機(jī)時(shí)，其額定電流要大于電動(dòng)機(jī)額定電流的3倍。

在安裝刀開關(guān)時(shí)，手柄要向上，不得倒裝或平裝，避免由于重力自由下落，而引起誤動(dòng)作和合閘。接線時(shí)，應(yīng)將電源線接在上端，負(fù)載線接在下端，拉閘后刀片與電源隔離，防止可能發(fā)生的意外事故。

刀開關(guān)的圖形和文字符號如圖1-21所示。

1.5.2　低壓斷路器

低壓路器也稱做自動(dòng)開關(guān)或空氣開關(guān)，是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中非常重要的開關(guān)電器和保護(hù)電器，它集控制和多種保護(hù)功能于一身。除了能接通和分?jǐn)嚯娐吠猓蛪簲嗦菲鬟€能對電路或電氣設(shè)備發(fā)生的短路、嚴(yán)重過載及欠電壓等進(jìn)行保護(hù)，也可以用于不頻繁地啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。在保護(hù)方面，它與漏電器及測量、遠(yuǎn)程操作等模塊單元配合使用，完成更高級的保護(hù)和控制任務(wù)。現(xiàn)在的斷路器還能提供隔離和安全保護(hù)功能，特別是在針對人身安全、設(shè)備安全以及配電系統(tǒng)的可靠性方面，都能滿足配電系統(tǒng)更高、更新的要求。

自動(dòng)空氣開關(guān)具有操作安全、使用方便、工作可靠、安裝簡單、動(dòng)作后（如短路故障排除后）不需要更換元件等優(yōu)點(diǎn)，因此在自動(dòng)化系統(tǒng)和民用中被廣泛使用。

在低壓配電系統(tǒng)中，常用它作為終端開關(guān)或支路開關(guān)，所以現(xiàn)在大部分的使用場合中，斷路器取代了過去常用的閘刀開關(guān)和熔斷器的組合。

（1）低壓斷路器的結(jié)構(gòu)及工作原理

低壓斷路器主要由三個(gè)基本部分組成：觸頭、滅弧系統(tǒng)和各種脫扣器。脫扣器包括過電流脫扣器、失壓（欠電壓）脫扣器、熱脫扣器、分勵(lì)脫扣器和自由脫扣器。圖1-22所示是低壓斷路器工作原理示意圖。開關(guān)是靠操作機(jī)構(gòu)手動(dòng)或電動(dòng)合閘的。觸頭閉合后，自由脫扣機(jī)構(gòu)將觸頭鎖在合閘位置上。當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)，通過各自的脫扣器使自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，自動(dòng)跳閘，實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用。

①過電流脫扣器　當(dāng)流過斷路器的電流在整定值以內(nèi)時(shí)，過電流脫扣器3所產(chǎn)生的吸力不足以吸動(dòng)銜鐵。當(dāng)電流超過整定值時(shí)，強(qiáng)磁場的吸力克服彈簧的拉力拉動(dòng)銜鐵，使自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，斷路器跳閘，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。

②失壓脫扣器　失壓脫扣器6的工作過程與過電流脫扣器恰恰相反。當(dāng)電源電壓在額定電壓時(shí)，失壓脫扣器產(chǎn)生的磁力足以將銜鐵吸合，使斷路器保持在合閘狀態(tài)。當(dāng)電源電壓下降到低于整定值或降為零時(shí)，在彈簧的作用下銜鐵釋放，自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作而切斷電源。

③熱脫扣器　熱脫扣器5的作用和工作原理與前面介紹的熱繼電器相同。

④分勵(lì)脫扣器　分勵(lì)脫扣器4用于遠(yuǎn)距離操作。在正常工作時(shí)，其線圈是斷電的；在需要遠(yuǎn)程操作時(shí)，按動(dòng)按鈕使線圈通電，其電磁機(jī)構(gòu)使自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，斷路器跳閘。

說明：以上介紹的是自動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)的功能，并不是說每一個(gè)自動(dòng)開關(guān)都具有這些功能。比如，有的自動(dòng)開關(guān)沒有分勵(lì)脫扣器，有的沒有熱保護(hù)等。但大部分自動(dòng)開關(guān)都具備過電流（短路）保護(hù)和失壓保護(hù)等功能。

低壓斷路器的圖形和文字符號如圖1-23所示。

（2）低壓斷路器的主要參數(shù)

①額定電壓：是指斷路器在長期工作時(shí)的允許電壓，通常等于或大于電路的額定電壓。

②額定電流：是指斷路器在長期工作時(shí)的允許持續(xù)電流。

③通斷能力：是指斷路器在規(guī)定的電壓、頻率以及規(guī)定的線路參數(shù)（交流電路為功率因數(shù)，直流電路為時(shí)間常數(shù)）下，所能接通和分?jǐn)嗟亩搪冯娏髦怠?/p>

④分?jǐn)鄷r(shí)間：是指斷路器切斷故障電流所需的時(shí)間。

（3）低壓斷路器的主要類型

低壓斷路器的分類有以下幾種：

①按極數(shù)分，有單極、兩極和三極。

②按保護(hù)形式分，有電磁脫扣器式、熱脫扣器式、復(fù)合脫扣器式（常用）和無脫扣器式。

③按分?jǐn)鄷r(shí)間分，有一般和快速式（先于脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，脫扣時(shí)間在0.02s以內(nèi)）。

④按結(jié)構(gòu)形式分，有塑殼式、框架式、模塊式等。

電力拖動(dòng)與自動(dòng)控制線路中常用的自動(dòng)空氣開關(guān)為塑殼式。塑料外殼式低壓斷路器又稱做裝置式低壓斷路器，具有用模壓絕緣材料制成的封閉型外殼，將所有構(gòu)件組裝在一起，用做配電網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和電動(dòng)機(jī)、照明電路及電熱器等的控制開關(guān)。

模塊化小型斷路器由操作機(jī)構(gòu)、熱脫扣器、電磁脫扣器、觸頭系統(tǒng)、滅弧室等部件組成，所有部件都置于一個(gè)絕緣殼中。在結(jié)構(gòu)上，它具有外形尺寸模塊化（9mm的倍數(shù)）和安裝導(dǎo)軌化的特點(diǎn)，即單極斷路器的模塊寬度為18mm，凸頸高度為45mm。它安裝在標(biāo)準(zhǔn)的35mm電器安裝軌上，利用斷路器后面的安裝槽及帶彈簧的夾緊卡子定位，拆卸方便。該系列斷路器可作為線路和交流電動(dòng)機(jī)等的電源控制開關(guān)，以及用于過載、短路等保護(hù)，廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、建筑物及家庭等場所。

傳統(tǒng)的斷路器的保護(hù)功能利用了熱效應(yīng)或電磁效應(yīng)原理，通過機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)。智能化斷路器采用以微處理器或單片機(jī)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(hù)功能，還具備實(shí)時(shí)顯示電路中的各種電氣參數(shù)（電流、電壓、功率因數(shù)等），對電路進(jìn)行在線監(jiān)視、測量、試驗(yàn)、自診斷和通信等；還能夠?qū)Ω鞣N保護(hù)功能的動(dòng)作參數(shù)進(jìn)行顯示、設(shè)定和修改；并能將電路動(dòng)作時(shí)的故障參數(shù)存儲(chǔ)在非易失存儲(chǔ)器中以便查詢。智能化斷路器原理框圖如圖1-24所示。

智能化斷路器有框架式和塑料外殼式兩種。框架式智能化斷路器主要用于智能化自動(dòng)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(hù)，也可用于三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的控制。

（4）低壓斷路器的選擇

①額定電流和額定電壓應(yīng)大于或等于線路、設(shè)備的正常工作電壓和工作電流。

②熱脫扣器的整定電流應(yīng)與所控制負(fù)載（比如電動(dòng)機(jī)）的額定電流一致。

③欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓。

④過電流脫扣器的額定電流Iz大于或等于線路的最大負(fù)載電流。對于單臺(tái)電動(dòng)機(jī)來說，可按下式計(jì)算：

Iz≥KIq　　（1-6）

式中，K為安全系數(shù)，可取1.5～1.7；Iq為電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。

對于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)來說，可按下式計(jì)算：

Iz≥KIq.max+∑Ier　　（1-7）

式中，K也可取1.5～1.7；Iq.max為最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流；∑Ier為其他電動(dòng)機(jī)的額定電流之和。