淺談低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備低壓斷路器

李明，牛少鋒

淅川縣電業(yè)局，河南 南陽 474450

開關(guān)是最普通的電器之一，用于分合電路。常見的開關(guān)有刀開關(guān)、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、組合開關(guān)、空氣斷路器等。

開關(guān)可分為有載操作、無載操作、選擇性操作3種，也可分為正面操作和背面操作的開關(guān)，還可分為帶滅弧和不帶滅弧的開關(guān)。開關(guān)刀口有面接觸和線接觸兩種。線接觸刀口開關(guān)的刀片易插入，接觸電阻小，制造方便。開關(guān)常采用彈簧片，以保證接觸良好。

1 低壓開關(guān)

1.1 刀開關(guān)的用途及分類

低壓開關(guān)也稱低壓隔離器。以刀開關(guān)為例，它是低壓電器中結(jié)構(gòu)比較簡單、應(yīng)用較廣的一類手動(dòng)電器，主要用于隔離電源，也可用來非頻繁地接通和分?jǐn)嗳萘枯^小的低壓配電電路及直接啟動(dòng)小容量電動(dòng)機(jī)等。

刀開關(guān)由閘刀、靜插座、手柄和絕緣底板等組成。刀開關(guān)有多種。按用途可分為膠蓋閘刀開關(guān)、鐵殼開關(guān)、組合開關(guān)等；按極數(shù)可分為單極、雙極和三極；按操作方式可分為直接手柄操作式、杠桿操作機(jī)構(gòu)式和電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)式；按投擲方向可分為單投和雙投等。

1.2 刀開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)

1）刀開關(guān)的額定電壓。在長期工作中允許承受的最大電壓稱為額定電壓。目前我國生產(chǎn)的刀開關(guān)的額定電壓為交流380V，直流220V或440V。

2）刀開關(guān)的額定電流。在合閘位置上允許長期通過的最大工作電流稱為額定電流。小電流刀開關(guān)的額定電流分為10A、15A、20A、30A、60A五個(gè)等級(jí)，大電流刀開關(guān)的額定電流一般為100A、200A、400A、600A、1000A和1500A六個(gè)等級(jí)。

3）刀開關(guān)的分?jǐn)嗄芰?。在額定電壓下能可靠地分?jǐn)嗟淖畲箅娏鞣Q為分?jǐn)嗄芰?。一般刀開關(guān)只能分?jǐn)囝~定電流值以下的電流。當(dāng)?shù)堕_關(guān)與熔斷器配合使用時(shí)，刀開關(guān)的分?jǐn)嗄芰χ概c其相配合的熔體或熔斷器的分?jǐn)嗄芰Α?/p>

4）操作次數(shù)。操作次數(shù)有機(jī)械次數(shù)和電次數(shù)兩個(gè)指標(biāo)。刀開關(guān)在不帶電的情況下所能達(dá)到的操作次數(shù)為機(jī)械次數(shù)，即機(jī)械壽命；刀開關(guān)在額定電壓下能可靠分?jǐn)囝~定電流的總次數(shù)就是電壽命。

5）電動(dòng)穩(wěn)定電流。刀開關(guān)在一定短路電流峰值所產(chǎn)生的點(diǎn)動(dòng)力作用下部產(chǎn)生變形、破壞成觸刀自動(dòng)彈出現(xiàn)象時(shí)，則此短路電流峰值就是刀開關(guān)的電動(dòng)穩(wěn)定電流。通常刀開關(guān)的電動(dòng)穩(wěn)定性電流比額定電流大數(shù)十倍。

6）熱穩(wěn)定電流。短路發(fā)生時(shí)，若刀開關(guān)能在一定時(shí)間內(nèi)通過某一最大短路電流，并不會(huì)因溫度急劇上升而發(fā)生熔焊現(xiàn)象，此電流即為刀開關(guān)的熱穩(wěn)定電流。

1.3 刀熔開關(guān)、組合開關(guān)及其他

1）刀熔開關(guān)。為了使用方便和減少體積，實(shí)際使用中，對(duì)于小容量刀開關(guān)，常將熔絲或熔斷器與刀開關(guān)安裝在一起，組成兼有通斷電路和保護(hù)作用的開關(guān)電器。

膠蓋刀開關(guān)即開啟式復(fù)合開關(guān)，適用于交流50Hz、額定電壓單相220V和三相380V、額定電流至100A的電路中，作為不頻繁地接通和分?jǐn)嘤胸?fù)載電路與小容量線路的短路保護(hù)之用。其中，三極開關(guān)適當(dāng)降低容量后，可作為小型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)手動(dòng)不頻繁操作的直接啟動(dòng)及停機(jī)用。

2）熔斷器式刀開關(guān) 熔斷器式刀開關(guān)即熔斷器隔離開關(guān)，是以熔斷體或帶有熔斷體的載熔件作為動(dòng)觸點(diǎn)的一種隔離開關(guān)。常用的型號(hào)有HR5、HR6系列，主要用于額定電壓交流660V、發(fā)熱電流至630A的具有高短路電流的配電線路和電動(dòng)機(jī)電器中，作為電源開關(guān)、隔離開關(guān)、應(yīng)急開關(guān)。并作為電路 ，但一般不作為直接啟停單臺(tái)電動(dòng)機(jī)之用。

3）組合開關(guān) 組合開關(guān)又稱轉(zhuǎn)換開關(guān)，是一種操作手柄可以轉(zhuǎn)動(dòng)的刀開關(guān)。安裝組合開關(guān)時(shí)，可以選擇不同類型的動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)，然后組裝，得到不同的接線方案，即可通過“組合”滿足各種不同的控制要求。

1.4 刀開關(guān)的選擇

1）結(jié)構(gòu)的選擇。應(yīng)根據(jù)刀開關(guān)的作用和裝置的安裝方式選擇是否帶滅弧裝置。如開關(guān)用于分?jǐn)嘭?fù)載電流時(shí)，應(yīng)選擇帶滅弧裝置的刀開關(guān)。可根據(jù)裝置的安裝方式來選擇正面、背面、側(cè)面操作方式以及是直接操作還是杠桿操作，是板前接線還是板后接線等。

2）額定電流的選擇。額定電流一般應(yīng)等于或大于分?jǐn)嚯娐分懈鱾€(gè)負(fù)載電流的總和。對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載，應(yīng)考慮啟動(dòng)電流，所以應(yīng)選額定電流大一級(jí)開關(guān)。

2 負(fù)荷開關(guān)

負(fù)荷開關(guān)通常采用手動(dòng)操作，是一種非自動(dòng)雙位設(shè)備。

負(fù)荷開關(guān)具有簡單的滅弧裝置，能用于分合負(fù)載線路，但不能分?jǐn)喽搪冯娏?，不能?duì)所控制電路提供保護(hù)功能。負(fù)荷開關(guān)通常配合熔斷器一起使用，利用熔斷器切斷故障電流。負(fù)荷開關(guān)分?jǐn)嗪缶哂忻黠@的斷開點(diǎn)，因此它可起隔離開關(guān)的作用。負(fù)荷開關(guān)與隔離開關(guān)的本質(zhì)區(qū)別是前者可帶負(fù)荷操作，而后者卻不能。

3 低壓斷路器

低壓斷路器過去稱為自動(dòng)空氣開關(guān)，為了與IEC標(biāo)準(zhǔn)一致，故改用此名。它是一種既有手動(dòng)開關(guān)作用，又能進(jìn)行自動(dòng)失壓、欠壓、過載和短路保護(hù)的電器，應(yīng)用極為廣泛。

低壓斷路器可用來分配電能、不頻繁地啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)、對(duì)電動(dòng)機(jī)及電源線路進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)這些設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重過載、短路或欠電壓等故障時(shí)，低壓斷路器能自動(dòng)切斷電源，功能相當(dāng)于負(fù)荷開關(guān)、熔斷器、熱繼電器和欠壓繼電器的組合，是一種自動(dòng)切斷電路故障用的保護(hù)電源。

3.1 低壓斷路器的類型

1）萬能式低壓斷路器。又稱開啟式低壓斷路器，容量較大，具有較高的短路分?jǐn)嗄芰洼^高的穩(wěn)定性，適用在交流50Hz、額定電壓380V的配電網(wǎng)中作為配電干線的主保護(hù)，主要型號(hào)有DZ10、DZ15兩個(gè)系列。

2）快速斷路器。具有強(qiáng)有力的滅弧裝置，最快動(dòng)作時(shí)間可在0.02s以內(nèi)，用于半導(dǎo)體整液元件和整流裝置的保護(hù)，主要型號(hào)有DS系列。

3）智能化斷路器。目前，國產(chǎn)的智能化斷路器有框架式和塑料外殼式兩種。前者主要用作智能化自動(dòng)配電系統(tǒng)中的主斷路器，后者主要用于配電網(wǎng)中，分配電能和作為電路及電源設(shè)備的控制和保護(hù)。智能化斷路器的控制核心采用了微處理器或單片機(jī)技術(shù)。它不僅具有普通斷路器的各種保護(hù)功能，同時(shí)還具有實(shí)時(shí)顯示電路中的電氣參數(shù)，對(duì)電路進(jìn)行在線監(jiān)視、自動(dòng)調(diào)節(jié)、測量、試驗(yàn)、自診斷和通信等功能，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，能存儲(chǔ)保護(hù)電路動(dòng)作時(shí)的故障參數(shù)，以便查詢。

3.2 低壓斷路器的結(jié)構(gòu)和工作原理

1）主觸點(diǎn)和滅弧系統(tǒng)。主觸點(diǎn)是斷路的執(zhí)行元件，用來分合主電路。滅弧系統(tǒng)用于增強(qiáng)主觸點(diǎn)的分?jǐn)嗄芰?。主觸點(diǎn)是由操作機(jī)構(gòu)和脫扣器操縱通斷的，因而操作機(jī)構(gòu)可用操作手柄操作，也可用電磁脫扣機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)距離操作。在正常情況下，觸點(diǎn)可接通、分?jǐn)喙ぷ麟娏?。過載或短路故障時(shí)，可依靠自由脫扣機(jī)構(gòu)及時(shí)切斷故障電流，從而保護(hù)系統(tǒng)中的電氣設(shè)備和線路。

2）脫扣器。脫扣器是斷路器的感測元件，是實(shí)施保護(hù)功能的主要元件，由不同功能的脫扣器可以組合成不同性能的低壓斷路器。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)的樣機(jī)在企業(yè)試驗(yàn)站進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)試、試驗(yàn)，如保護(hù)特性的測試、上位機(jī)和控制器之間的通信以及液晶顯示、測量等，做了大量的運(yùn)行試驗(yàn)，取得很好的結(jié)果。我國為了使斷路器趕上國際先進(jìn)水平，決定把開發(fā)智能化斷路器列為“八五”重點(diǎn)開發(fā)項(xiàng)目。