高低压电器及设计配套教学课件王建华 第二篇 第3章 第6章 低压电器.ppt

李靖教授 博士 第二篇低压电器 第3章低压电器概述 3 1低压电器类型 2 按分类原则不同 低压电器可分为五种类型 见表3 1 第3章低压电器概述 3 2低压电器市场 3 按分类原则不同 低压电器可分为五种类型 见表3 1 3 3低压电器行业 3 3 1行业状况说说湘潭 温州3 3 2产品状况低压电器四代产品3 3 3发展趋势四 化 小型 模块 一体 标准 第3章低压电器概述 3 4低压电器技术的发展 4 3 4 1标准3 4 2已应用的技术包括仿真设计技术 开断技术 选择性保护技术 智能化技术 现场总线技术 环保技术 可靠性技术 为提高低压电器的可靠性 要对低压电器的可靠性设计 可靠性指标与考核方法 可靠性试验设备和可靠性增长等进行不断研究 3 4 3待研究的技术 第4章低压配电电器 4 1低压配电电器的定义 分类和性能 4 1 1定义低压配电电器是指在低压配电系统或动力装置中 用于电能的输送 分配 电路的接通和分断以及对低压配电系统进行保护的电器 4 1 2分类分低压开关 低压熔断器 低压断路器和低压互感器四大类 表4 1为前三大类的主要品种 主要技术参数和用途 使用场所 4 1 3性能要求1 配电系统对低压配电电器的常用性能要求1 使用寿命长 2 通断能力强 示例 为满足低压配电系统选择性保护的要求 上 下级低压断路器之间的过电流保护特性的配合如图4 1所示 3 绝缘性能好 4 电源转换快 2 智能电网对低压配电电器的功能扩展要求 4 2低压开关类电器4 2 1类型包括 刀开关 低压隔离开关 低压转换开关 低压双电源转换开关 四种类型 4 2 2用途主要用作隔离低压配电系统 以保证维修时系统中其他电器设备的安全 4 2 3典型产品4 2 3 1刀开关组成结构不同的刀开关结构示意图如图4 2所示 刀开关的电气符号和产品外形如图4 3所示 4 2 3典型产品4 2 3 2低压隔离开关是在断开位置能符合规定要求的机械开关电器 用于不频繁地接通 分断交直流电路 有负荷隔离开关和熔断器式隔离开关两种 一般需无负载操作 电气符号如图 所示 有四个作用 形成绝缘间隙 换接线路 通断小电流 合分变压器的空载励磁电流 示例 系列隔离开关示例 低压水平旋转式隔离开关 4 2 3典型产品4 2 3 3万能转换开关又称组合开关 是一种可以控制多回路的低压开关电器 有多触点 多档位 多段式 体积小 性能可靠 操作方便 安装灵活等优点 图形和文字符号如图 所示 图 为万能转换开关的结构 示例 系列示例 倒顺开关示例3 系列万能转换开关 4 2 3典型产品4 2 3 4自动转换开关一 定义 自动转换开关俗称双电源自动转换开关 是由一个 或几个 转换开关电器和其他电器组成的 二 作用 当电源发生断电 断相 过电压 欠电压等故障时 自动切换至备用电源 以保证重要负载的连续通电 三 分类 1 根据低压等级不同 分为低压转换开关和中压转换开关 2 根据操作方式不同 有双电源自动 手动 遥控转换三种 其中 双电源自动转换开关有 级和 级两大类 3 根据配电系统的不同 可选择不同的开关极数 图 为双电源自动转换开关的结构示意图 4 3低压熔断器类电器4 3 1原理1 低压熔断器的原理 熔断器串联于线路中 当线路发生过载和短路时 线路电流增大 以本身产生的热量使低压熔断器熔体的温度上升到熔点 熔体熔断并分断电路 以实现短路保护和过载保护 2 低压熔断器的熔体材料 有熔点较低 电阻率较大的铅 锡 锌及其合金和熔点较高 电阻率较小的银 铜 铝两大类 3 低压熔断器的熔体形状 有丝状和片状两种 4 低压熔断器的熔体温度 低压熔断器的熔体熔断包括升温 熔化 汽化和燃弧四个阶段 前三项时间之和为弧前时间 后一项为燃弧时间 5 低压熔断器的熔体熔断 熔断过程如图 所示 4 3低压熔断器类电器4 3 2类型 低压熔断器按填充物的有无 分有填料和无填料两类 有填料熔断器 绝缘管装入填料的目的是加快熄弧 提高分断能力 填充材料要求熔点高 比热高 热导率高 灭弧过程中膨胀系数小 产生气体少 形状最好为卵圆形 颗粒大小适当 必须清洁 不能有金属或有机物质 填充材料主要有石英砂与三氧化二铝 其中 后者的性能优于前者 密度 熔点 热导率均较高 但石英砂价廉 多采用 其直径为0 2 0 4mm 低压熔断器按填充物的有无 分有填料和无填料两类 有填料熔断器 优点很多 包括使用安全 绝缘管内压力低 有良好的过载保护反时限特性 又有良好的短路保护特性 具有限流作用 有醒目的熔断指示 便于识别故障电路 额定分断能力高 25 100kA 等 有填料熔断器有RL RT RLS NT NGT等系列 RL6螺旋式熔断器 NT系列低高分断能力熔断器 NGT系列 RSO RS3系列 4 3 2类型 无填料熔断器 熔体多采用变截面现状 其熔体熔断后产生电弧 电弧被迅速拉长 而且电弧的高温使绝缘管内壁燃烧 产生大量气体 达几十个大气压 而使电弧熄灭 无填料熔断器的优点是用户可自行更换熔体 经济性好 缺点是额定分断能力不高 20kA以下 4 3 2类型 按照使用方法不同 分一般工业用熔断器 半导体器件保护用快速熔断器 特殊熔断器 自复式 按照限流情况不同 分不限流和限流两类低压熔断器 如图 所示 4 3 3结构低压熔断器的典型结构如图 和图 所示 用滑石陶瓷或高频陶瓷制成的绝缘管具有较高的机械强度和耐热性 十几个大气压 思考 熔体 熔断体 结构见右图 和熔断器的关系 熔体 形状分丝状和片状两种 其中 丝状多用于小电流熔断器 片状多用于较大电流熔断器 且常采用变截面形式 有几个狭窄部分 当熔体通过短路电流时 狭窄部分同时熔断形成多个断口 其段数与额定电压有关 每个断口可以承受200 250V电压 变截面熔体 狭窄部分的段数越多 越有利于熄弧 RM7 薄铜片冲制 小孔中焊锡 RM10 锌板冲制成变截面熔片 系列和 系列的熔体形状如图 所示 系列的熔体形状如图 所示 示例 系列产品典型结构如图 所示 关于绝缘管 RM7是三聚氰胺玻璃纤维管 强度及耐热性大为提高 在电弧作用下也产生气体 RM10是钢纸绝缘管 在电弧作用下产生气体 4 3低压熔断器类电器4 3 4主要技术参数1 额定电压长期工作时和熔断后所能承受的电压2 额定电流长期工作时 各部分温升不超过极限允许温升所能承受的电流值 3 最小熔化电流当熔体通过的电流使熔化时间趋于无穷大 一旦超过此电流熔体将会熔断 熔化系数是指最小熔化电流与熔体额定电流之比 表征熔断器对过载的灵敏度 4 额定分断能力在规定条件下 熔断器能可靠分断的电流值 5 限流系数是指实际分断电流与预期短路电流最大值 交流指峰值 之比 此值越小 限流能力越强 4 3低压熔断器类电器4 3 4主要技术参数6 保护特性 安秒特性 是指熔体通过的电流 与熔断时间 之比 为反时限特性 图 低压熔断器的保护特性图 低压熔断器安秒特性与保护对象过载能力间的匹配 4 3低压熔断器类电器4 3 4主要技术参数7 冶金效应是指高熔点金属在某些液态金属 如锡 铅 的作用下 熔点会降低的物理特性 对低压熔断器而言 可在铜熔体的局部焊锡或锡合金 当熔体通过过载电流时 锡或锡合金首先熔化 并与铜成为合金 合金熔点比铜的低 导致局部电阻加大 铜熔体在较低温度下熔断 从而改善了低压熔断器的过载保护特性 注意 如果熔体通过的是短路电流时 由于熔体熔化的时间极短 冶金效应是不起作用的 见图 4 3低压熔断器类电器4 3 5产品选择1 选择原则 有6个方面 2 类型选择 主要根据负载的情况和电路短路电流的大小来选择类型 4 3 6典型产品示例 有填料封闭管式和无填料封闭管式低压熔断器的对比 见表 示例 低压熔断器 4 4低压断路器类电器4 4 1概述一 定义 低压断路器以前称为自动开关或自动空气断路器 是一类既能接通 承载和分断正常电路条件下的电流 也能在规定的非正常条件下接通 承载一定时间和分断的机械开关电器 二 构造 低压断路器由导电接触系统 灭弧系统 各种脱扣器 开关机构和把以上各部分连接在一起的金属框架或塑料外壳构成 三 发展 作为最重要的保护及控制元件之一 低压断路器的发展历程见表 所示 4 4低压断路器类电器4 4 2分类一 按保护对象不同分类 配电保护型 电动机保护型 家用和类似家用场所保护型与剩余电流保护型 二 按结构型式不同分类 万能式断路器 又称框架式断路器 AirCircuitBreaker A 塑壳式断路器 MouldedCaseCircuitBreaker 微型断路器 MiniatureCircuitBreaker 剩余电流断路器 也称漏电保护断路器 EarthLeakageCircuitBreaker 4 4低压断路器类电器4 4 2分类三 按使用类别不同分类 选择型 保护装置参数可调 和非选择型 保护装置参数不可调 其中 后者多用于支路保护 四 按灭弧介质不同分类 空气式和真空式 目前国产多为空气式 五 按灭弧技术不同分类 有零点灭弧式断路器和限流式断路器 六 按操作方式不同分类 直接手柄操作式 杠杆操作式 电磁铁操作式和电动机操作式 4 4 2分类七 按极数不同分类 选择型 保护装置参数可调 和非选择型 保护装置参数不可调 其中 后者多用于支路保护 八 按安装方式不同分类 有固定式 插入式 抽屉式和嵌入式等 九 按电流种类不同分类 交流 和直流 十 按灭弧介质不同分类 空气式和真空式 十一 按使用类别不同分类 A类和B类 十二 按限流原理不同分类 非限流型和限流型 短路电流还没有达到最大值时 熔断器熔体熔断 分断电路 有限流作用的好处 减小线路及电气设备通过短路电流时所承受的电动力及热效应 既可以节省线路和设备投资 又保证了设备的安全运行 4 4 2分类十三 按分断速度不同分类 一般型和快速型 十四 按用途不同分类 配电断路器 电动机保护用断路器 特殊用途的断路器 剩余电流断路器 无过电流保护断路器和瞬时动作断路器 十五 按保护装置不同分类 热式 电磁式 电子式 智能式 可通信智能式 无过电流保护断路器和瞬时动作断路器 表 低压断路器按用途和保护特性分类 4 4 3基本特性与技术参数4 4 3 1基本特性与技术参数低压断路器具有结构复杂 通断能力强 保护特性多 动稳定性与热稳定性高的特性 思考 1 欠电压保护 低压断路器的欠电压脱扣器 2 接地故障 DW45 CM1 可通讯的塑壳断路器 4 4 3 2技术参数低压断路器的选择 需根据额定电压 额定电流 额定接通与分断能力 脱扣器整定电流和欠电压脱扣器电压等参数来确定 需从短路特性和灵敏系数方面进行校验 一 额定电压和额定电流低压断路器的额定工作电压和额定电流应分别不低于线路额定电压和计算电流 1 额定电压包括额定工作电压 一般取电网额定电压等级 额定绝缘电压 一般取最大额定工作电压 和额定脉冲电压 大于或等于线路过电压峰值 对分励和欠电压脱扣器 其额定电压应等于线路的额定电压 2 额定电流为低压断路器的额定持续电流 长延时脱扣器的整定电流应大于或等于线路的计算负载电流 同时应不大于线路导体长期允许电流的0 8 1倍 瞬时或短延时脱扣器整定电流应大于线路尖峰电流 二 额定接通与分断能力1 定义 额定接通与分断能力是指在规定条件下 能够可靠地接通和分断的短路电流值 包括额定接通能力和额定分断能力 1 额定接通能力指额定短路接通能力 是指在额定参数下可接通的最大短路电流 用最大预期峰值电流表示 2 额定分断能力包括额定短路分断能力 额定极限短路分断能力 Icu 试验后不要求断路器继续运行 和额定运行短路分断能力 Ics 试验后要求断路器继续运行 1 Icu是在规定的试验条件下 按 表示分断 表示间歇时间 一般为 min 表示接通 为接通分断 的试验程序所分断的短路电流 用预期电流有效值表示 2 Ics是在规定的试验条件下 按 的试验程序所分断的短路电流 3 由于Ics试验完成后还要做 的电寿命试验 然后再测温升 因而 Ics比Icu更为严酷 一般来。