1.6 低壓刀開關和低壓斷路器

1.6.1 低壓刀開關

低壓刀開關又稱低壓隔離器。低壓隔離器是指在斷開位置能符合規定隔離功能要求及隔離距離要求，起隔離電源作用的低壓開關電器。低壓刀開關是指在斷開位置能滿足隔離器要求的開關。低壓刀開關是低壓電器中結構比較簡單，應用十分廣泛的手動操作電器，用于隔離電源、不頻繁的手動接通和斷開，交、直流電路以及小容量（功率小于5.5kW）的三相異步電動機不頻繁起動或停止。在對電氣設備的帶電部分進行檢修時，必須保證這部分處于無電狀態。通過低壓刀開關將電源切除后，設備與電網脫離，保證檢修人員安全。

低壓開刀關產品種類很多，刀開關按閘刀數的不同又可分為單極、雙極、三極等幾種。主要類型有：帶滅弧裝置的大容量刀開關，帶熔斷器的開啟式負載開關（俗稱膠蓋閘刀），帶滅弧裝置和熔斷器的封閉式負載開關（俗稱鐵殼開關）及普通型組合開關等。常用的產品有：HD11～HD14和HS11～HS13系列刀開關，HK1、HK2系列膠蓋瓷底刀開關，HH3、HH4系列封閉式負載開關。其圖形符號和文字符號如圖1-48所示。

1.膠蓋瓷底刀開關

膠蓋瓷底刀開關是低壓刀開關中應用很廣泛的手動電器，作為一般照明、電熱等回路的控制開關，也可作分支線路的配電開關。適當降低容量時三極膠蓋瓷底刀開關可直接用于不頻繁地控制小型電動機。此種刀開關由操作膠殼、手柄、熔絲、觸刀、觸刀座和瓷底座等部分組成，帶有短路保護功能。圖1-49所示是HK2系列膠底瓷蓋刀開關結構圖。膠殼的主要作用是使電弧不致飛出來灼傷操作人員，防止極間電弧造成電源短路。熔絲起短路保護作用。

圖1-48 刀開關的圖形符號和文字符號

圖1-49 膠殼瓷底刀開關

1—上膠蓋 2—下膠蓋 3—插座 4—觸刀 5—瓷柄 6—膠蓋緊固螺釘 7—出線座 8—熔絲 9—觸刀座 10—瓷底座 11—進線座

在安裝刀開關時，合上開關手柄在上方，不得倒裝或平裝。倒裝時，手柄由于重力作用可能會自動下滑引起誤合閘，造成人身傷害事故。接線時，進線座處接電源端的進線，出線座處接負載端導線。靠觸刀與瓷底座的分合來接通和分斷電路。將電源線接在熔絲的上端，負載接在熔絲的下端。拉閘后，刀開關與電源隔離，便于更換熔絲。

2.熔斷器式刀開關

熔斷器式刀開關主要用于具有高短路電流的配電電路和電動機電路中，作為電源開關、隔離開關和應急開關。對電路過載和短路進行保護，但一般不作為單臺電動機的直接開關。熔斷器式刀開關主要有HR3、HR5和HR11系列，HR3系列型號如圖1-50所示。

圖1-50 HR3系列型號

HR3系列熔斷器式隔離開關適用于交流50Hz、380V，額定電流至1000A的配電系統中作為短路保護和電纜、導線的過載保護之用。在正常情況下，可供不頻繁地手動接通和分斷正常負載電流與過載電流。在短路情況下，由熔斷器分斷電流。

3.組合開關

組合開關是一種刀開關，由動觸點、靜觸點、轉軸、手柄、定位機構和外殼等組成。結構如圖1-51所示。動觸點和靜觸點分別疊裝于數層絕緣底座內，手柄轉動時，每層的動觸片可隨轉軸轉動，實現動、靜觸片的分合，接通或斷開電路，廣泛應用于機床電氣設備中做電壓引入開關，可直接控制小容量的三相異步電動機的非頻繁正、反轉。國產的主要產品有HZ系列。

HZ5系列組合開關主要用于交流50～60Hz，電壓380V及以下的電氣線路中作電源開關和籠型異步電動機的起動、換向、變速開關，也可作控制電路的換接之用。型號如圖1-52所示。

圖1-51 HZ5系列普通型組合開關結構

1—手柄 2—轉軸 3—彈簧 4—凸輪 5—絕緣墊片 6—動觸片 7—靜觸片 8—接線柱 9—絕緣桿

4.主要技術參數

刀開關的主要技術參數有額定電壓、額定電流、通斷能力、動穩定電流、熱穩定電流等。表1-16為HZ5系列組合開關的主要技術參數。

圖1-52 HZ5系列型號

（1）通斷能力。通斷能力指在規定條件下，能在額定電壓下接通和分斷的電流值。

（2）動穩定電流。電路發生短路故障時，刀開關并不因短路電流產生的電動力作用而發生變形、損壞或觸刀自動彈出之類的現象，這一短路電流（峰值）即稱為刀開關的動穩定電流。

（3）熱穩定電流。電路發生短路故障時，刀開關在一定時間內（通常為1s）通過某一短路電流，并不會因溫度急劇升高而發生熔焊現象，這一最大短路電流稱為刀開關的熱穩定電流。

表1-16 HZ5系列主要技術參數

5.刀開關選擇

1）根據使用場合，選擇刀開關的類型、極數及操作方式。

2）刀開關額定電壓應大于或等于線路電壓。

3）刀開關額定電流應等于或大于線路的額定電流。對于電動機負載，開啟式刀開關額定電流可取電動機額定電流的3倍。封閉式刀開關的額定電流可取電動機額定電流的1.5倍。

1.6.2 低壓斷路器

低壓斷路器俗稱空氣開關，是一種既有手動開關作用又能自動進行欠電壓、失電壓、過載和短路保護的開關電器，用來分配電能，不頻繁地起動異步電動機，對電源電路及電動機等實行保護，功能相當于熔斷器式斷路器與過電流、欠電壓、熱繼電器等的組合。低壓斷路器具有操作安全，動作值可調、分斷能力高、使用方便，工作可靠，安裝簡單，動作后（如短路故障排除后）不需要更換元器件（如熔體）等優點。因此，在工業、住宅等方面獲得廣泛應用。

低壓斷路器按結構形式分類，有裝置式和開啟式兩種。裝置式又稱為塑料殼式。開啟式又稱為框架式或萬能式，一般容量較大，具有較高的短路分斷能力和較高的動穩定性。此外，還有一種內部采用微處理器作為核心部件的新型斷路器，被稱為智能化斷路器。

1.低壓斷路器的結構和工作原理

低壓斷路器主要由觸點、滅弧系統、各種脫扣器和操作機構等組成，結構如圖1-53所示。其圖形符號和文字符號如圖1-54所示。脫扣器是低壓斷路器中用來接收信號的元器件。若線路中出現不正常情況或由操作人員或繼電保護裝置發出信號時，脫扣器會根據信號的情況通過傳遞元件使觸點動作掉閘切斷電路。脫扣器又分電磁脫扣器、熱脫扣器、復式脫扣器、欠電壓脫扣器和分勵脫扣器。

圖1-53 低壓斷路器的工作原理圖

1—主觸點 2—自由脫扣機構 3—過電流脫扣器 4—分勵脫扣器 5—熱脫扣器 6—欠電壓脫扣器 7—按鈕

圖1-54 低壓斷路器的圖形符號和文字符號

低壓斷路器投入運行時，操作手柄已經使主觸點1閉合，自由脫扣機構2將主觸點鎖定在閉合位置，各類脫扣器進入運行狀態。自由脫扣機構2是一套連桿機構，如果電路中發生故障，自由脫扣機構在相關脫扣的操作下動作，使脫扣器脫鉤，主觸點斷開，分斷主電路。

過電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯，欠電壓脫扣器的線圈與主電路并聯。在短路和嚴重過載的情況下，過電流脫扣器3動作，銜鐵被電磁鐵吸動，通過傳動機構推動自由脫扣機構釋放主觸點。主電路過載時，熱脫扣器5的熱元件發熱使雙金屬片向上彎曲，通過傳動機構推動自由脫扣機構釋放主觸點，實現長期的過載保護。當主電路電壓消失或降到一定值以下時，欠電壓脫扣器6的電磁吸力不足，在反力作用下，銜鐵釋放，推動自由脫扣機構動作。分勵脫扣器4用于遠距離操作控制，需要進行分閘操作時，按動常開按鈕7使分勵脫扣器的電磁線圈通電，銜鐵被電磁鐵吸動，傳動機構推動自由脫扣機構，使低壓斷路器掉閘。

2.典型產品及主要技術參數

（1）典型產品

常用裝置式斷路器有DZ系列產品，可手動或自動（對大容量斷路器而言）合閘，有較高的分斷能力和動穩定性，有較完善的選擇性保護功能，廣泛用于配電線路。產品型號如圖1-55所示。

框架式低壓斷路器有DW15、ME、AH等系列產品，適用于交流50Hz，額定電壓380V的配電網絡中，用作分配電能和保護線路及電源設備的過載、欠電壓和短路。

國內生產的智能化斷路器有框架式和塑料外殼式兩種。框架式智能化斷路器主要用于智能化自動配電系統中的主斷路器；塑料外殼式智能化斷路器主要用在配電網絡中，分配電能和作為線路及電源設備的控制與保護，也可用作三相籠型異步電動機的控制。國內智能化框架斷路器和智能化塑殼斷路器產品有DW45、DW40、DW914（AH）、DW18（AE-S）、DW48、DW19（3WE）、DW17（ME）等。

圖1-55 DZ20系列型號

（2）主要技術參數

低壓斷路器的主要技術數據有額定工作電壓、殼架等級額定電流、脫扣器類型及額定電流、短路分斷能力等。表1-17為DZ20系列斷路器的主要技術參數。

1）額定電壓：斷路器在電路中長期工作時的允許電壓值。

2）脫扣器的額定電流：脫扣器允許長期通過的電流。

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）短路分斷能力。斷路器的分斷能力指標有兩種：額定極限短路分斷能力和額定運行短路分斷能力。額定運行短路分斷能力作為一種分斷指標，即分斷幾次短路故障后，還能保證其正常工作。對塑殼式斷路器而言，應有足夠的額定極限短路分斷能力，能夠分斷短路電流使開關跳閘。

5）過載延時保護。過載延時保護是指負載電流超過設備的限定范圍有燒毀設備的危險，保護裝置能在一定時間內切斷電源。過載有個熱量積累的過程，保護動作不需要過于迅速。對于短時過電流，保護不應該動作。

表1-17 DZ20系列斷路器的主要技術參數

①表中括號之外的數據是Y、J、G型號的脫扣器額定電流；括號內的數據為C型號的脫扣器額定電流。

3.選用原則

1）根據線路對保護的要求確定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。額定電流為600A以下時，可選用塑料外殼式斷路器，額定電流較大時，應選用萬能框架式斷路器。

2）低壓斷路器的額定電壓應大于或等于線路或設備的額定電壓。

3）斷路器欠電壓脫扣器的額定電壓應等于被保護線路的額定電壓。

4）分勵脫扣器的額定電壓應等于控制電源電壓。

5）斷路器的額定電流和過電流脫扣器的額定電流應大于或等于被保護線路的計算電流。

6）斷路器的極限分斷能力應大于線路的最大短路電流的有效值。

7）瞬時整定電流：保護籠型異步電動機的斷路器，其瞬時整定電流為8～15倍電動機額定電流，取決于被保護電動機的型號、容量和起動。對保護繞線轉子電動機的斷路器，瞬時整定電流為3～6倍電動機額定電流，與被保護電動機的型號、容量和起動條件有關。

8）6倍長延時電流整定值的可返回時間大于等于電動機實際起動時間。按起動時負載的輕重，可選用可返回時間為1s、3s、5s、8s、15s中的某一檔。

9）照明、生活用導線保護斷路器，即在生活建筑中保護配電系統的斷路器，長延時整定值小于等于線路計算負載電流。瞬時動作整定值等于6～20倍線路計算負載電流。

10）配電線路中的上、下級斷路器的保護特性應協調配合，下級的保護特性應位于上級保護特性的下方且不相交。

4.羅克韋爾斷路器

羅克韋爾自動化公司生產的斷路器有電動機保護斷路器Bulletin 140M、140MX和塑殼斷路器Bulletin 140U、140UE、140EX及Bulletin 188微型斷路器等產品系列。其中，Bulletin188微型斷路器是一款脫扣等級可調且帶有斷相保護的電子式電動機過載保護斷路器。這里以140EX系列塑殼斷路器為例來分析羅克韋爾斷路器。

140EX系列塑殼斷路器是一款先進的、易于使用的緊湊型斷路器，這款MCCB產品的性能和價值更為出眾，非常適合用于配電盤、電動機控制中心或工業控制柜中使用。

塑料殼式斷路器140EX系列產品的框架規格有HE框架、JE框架及KE框架，主要分析其特點和主要技術數據。圖1-56所示為140EX系列JE框架式斷路器。

該系列產品易于斷開與隔離，能夠進行饋線或分支電路保護、過載保護及短路保護；具有100A、250A和400A框架尺寸；熱/磁式、主觸點3極，1個常開或1個常閉輔助觸點；額定電流等級較多，額定工作電壓為415V，額定絕緣電壓為690V，額定沖擊耐受電壓為8kV，額定頻率為50Hz/60Hz，在AC 415V和50Hz的情況下，極限短路分斷能力最高可至50kA（440V）。

附件內部有輔助觸點、分勵脫扣器、欠電壓脫扣器，外部有旋轉操作機構、端子蓋、導軌適配器及接線端子等。

圖1-56 Bulletin 140EX系列JE框架式斷路器