配电电器简介：封闭式负荷开关和普通低压断路器

配电电器是指正常或事故状态下接通或断开用电设备和供电电网所用的电器。它主要有刀开关、断路器和熔断器三种。

1.刀开关

刀开关又称为闸刀开关，是低压配电电器中结构最简单、应用最广泛的电器。刀开关主要用在低压成套装置中，作为不频繁手动接通和分断交、直流电路或隔离开关用，有时也用来控制小容量电动机的直接启动与停机。根据不同的工作原理、使用条件和结构形式，刀开关及其与熔断器组合的产品有刀开关和刀形转换开关、开启式负荷开关、封闭式负荷开关、组合开关等几种。

1）刀开关和刀形转换开关

（1）结构和符号。

刀开关的典型结构如图4.5所示，它由静触座、手柄、动触刀、铰链支座和绝缘底板组成。

图4.5　刀开关的典型结构

1—手柄；2—静触座；3—动触刀；4—铰链支座；5—绝缘底板

刀开关按极数，分为单极、双极和三极三种；按操作方式，分为直接手柄操作式、杠杆操作式和电动操作式三种；按刀开关转换方向，分为单投和双投两种。

刀开关的图形符号及文字符号如图4.6所示。

图4.6　HD 系列刀开关的符号

（2）型号和主要参数。

目前常用的刀开关型号有单投（HD）和双投（HS）等系列。HD 系列刀开关主要用于交流380V、50Hz电力网络中作电源隔离或电路转换，是电力网络中必不可少的电器元件，常用于低压配电柜、配电箱、照明箱中。电路首先连接的是刀开关，之后再接熔断器、断路器、接触器等其他电器元件，以满足各种配电柜、配电箱的功能要求。当刀开关后面的电器元件或电路出现故障时，切断电源就靠它来实现，以便对设备、电器元件进行修理更换。HS系列刀开关主要用于转换电源，即当一路电源不能供电，需要另一路电源供电时，它便用来进行电路转换，转换开关处于中间位置，就可以起隔离作用。

（3）刀开关在使用中的注意事项。

①当刀开关当做隔离开关使用时，合闸顺序是：先合上刀开关，再合上其他用于控制负载的开关电器。分闸顺序则相反，控制负载的开关电器要先分闸。

②严格按照产品说明书规定的分断能力来分断负载，若是无灭弧罩的产品，一般不允许分断负载；否则，有可能导致稳定持续燃弧，并因之造成电源短路。

③若是多极开关，则应保证各极动作的同步，并且接触良好；否则，当负载是笼形异步电动机时，电动机便有可能发生因单相运转而烧坏的事故。

④如果刀开关不是安装在封闭的箱内，则应经常检查，防止因积尘过多而发生相间闪络现象。

2）开启式负荷开关

开启式负荷开关又称胶盖瓷底刀开关，主要用做电气照明的控制开关和分支电路的配电开关。三极开启式负荷开关还可用于小容量鼠笼式异步电动机非频繁启动控制开关。

（1）结构和符号。

开启式负荷开关的外形如图4.7（a）所示，结构如图4.7（b）所示，图形符号和文字符号如图4.7（c）所示。开启式负荷开关一般都由刀开关和熔断器两部分组成。

图4.7　开启式负荷开关的外形、结构和符号

1—胶盖；2—胶盖紧固螺钉；3—进线座；4—静触点；5—熔丝；6—瓷柄；7—动触点；8—出线座；9—瓷底

（2）型号和主要参数。

开启式负荷开关型号的表示方法及含义如下：

开启式负荷开关的常用型号有HK1、HK2、HK4和HK8等系列。

（3）使用安装及操作注意事项。

对于普通负载，开启式负荷开关可以根据其额定电流来选择。当用它来控制6.5kW 以下的电动机时，若电动机直接启动，开启式负荷开关的额定电流应当是电动机额定电流的3倍。

安装开启式负荷开关时，电源线应接在静触点上，负荷线应接在与闸刀相连的端子上，也就是接在闸刀下侧熔断丝的另一端，以确保刀开关切断电源后闸刀和熔断丝不带电。垂直安装时，手柄向上合为接通电源，向下拉为断开电源，不能反装；否则，会因闸刀松动自然落下而误将电源接通。

开启式负荷开关操作时要迅速，一次合闸到位。

3）封闭式负荷开关

封闭式负荷开关又称铁壳开关，主要用于配电电路，用做电源开关、隔离开关和应急开关。在控制电路中，也可用于不频繁启动的28kW 以下的三相异步电动机。

（1）结构和符号。

封闭式负荷开关的外形如图4.8（a）所示，结构如图4.8（b）所示，图形符号和文字符号如图4.8（c）所示。常用的HH 系列封闭式负荷开关的3个动触点装在与手柄相连的转动杆上，熔断器有瓷插式或无填料封闭管式，操作机构上装有速断弹簧和机械连锁装置，速断弹簧使电弧快速熄灭，降低刀片的磨损，机械连锁装置确保箱盖打开时开关不能闭合，开关闭合后箱盖不能打开，确保使用安全。

（2）型号和主要参数。

封闭式负荷开关型号的表示方法及含义如下：

图4.8　封闭开启式负荷开关的外形、结构和符号

1—灭弧机构；2—熔断器；3—静触点（插座）；4—动触点（触刀）；5—速断弹簧；6—操作机构；7—手柄

封闭式负荷开关的常用型号有HH3、HH4、HH10、HH11等系列。

4）组合开关

组合开关又称转换开关，是刀开关的另一种形式，不同之处在于它的操作手柄不是上下操作，而是左右旋转的。在设备自动控制系统中，一般用做电源引入开关或电路功能切换开关，也可直接用于控制小容量交流电动机的不频繁操作。

（1）结构和符号。

组合开关的外形如图4.9（a）所示，结构如图4.9（b）所示，图形符号和文字符号如图4.9（c）所示。组合开关有单极、双极和三极之分，由若干个动触点及静触点分别装在数层绝缘层内组成。动触点随手柄旋转而改变其通断位置，顶盖部分由凸轮、扭簧及手柄等零件构成操作机构，由于该机构采用了扭簧储能结构，从而能快速闭合及分断开关，使开关闭合和分断的速度与手动操作无关，提高了产品的通断能力。(www.xing528.com)

图4.9　组合开关的外形、结构和符号

1—绝缘杆；2—接线柱；3—手柄；4—转轴；5—扭簧；6—凸轮；7—绝缘垫板；8—动触片；9—静触片

（2）型号和主要参数。

组合开关型号的表示方法及含义如下：

常用的组合开关型号有HZ5、HZ10和HZ15等系列。

2.低压断路器

低压断路器有两种形式：一种是不带漏电保护的，即普通低压断路器；另一种是带漏电保护的，通常称为漏电保护器。

1）普通低压断路器

普通低压断路器俗称自动开关或空气开关，用于低压配电电路中不频繁的通断控制。在电路发生短路、过载或欠电压等故障时能自动分断故障电路，是一种控制兼保护电器。

普通低压断路器的种类繁多，按其用途和结构特点，可分为DW 型框架式断路器、DZ型塑料外壳式断路器、DS型直流快速断路器，以及DWX 型、DWZ型限流式断路器等。框架式断路器主要用做配电线路的保护开关，而塑料外壳式断路器除可用做配电线路的保护开关外，还可用做电动机、照明电路的控制开关。图4.10所示为普通低压断路器的外形图。

图4.10　普通低压断路器的外形

下面以塑壳断路器为例，简单介绍普通低压断路器的结构、工作原理、使用与选用方法。

普通低压断路器主要由三个基本部分组成，即触头、灭弧系统和各种脱扣器，包括过电流脱扣器、失压（欠电压）脱扣器、过载脱扣器、分励脱扣器。图4.11（a）所示为普通低压断路器的工作原理示意图，图4.11（b）所示为普通低压断路器的一般图形符号，图4.11（c）所示为普通低压断路器的图形符号和文字符号。

普通低压断路器开关是靠操作机构手动或电动合闸的，触头闭合后，锁扣机构将触头锁在合闸位置上。当电路发生故障时，各自的脱扣器使锁扣机构动作，自动跳闸以实现保护作用。过电流脱扣器用于线路的短路和过流保护，当线路的电流大于整定的电流值时，过电流脱扣器所产生的电磁力使挂钩脱扣，动触点在弹簧的拉力下迅速断开，实现断路器的跳闸功能。过载脱扣器用于线路的过负荷保护，工作原理与热继电器的相同。失压（欠电压）脱扣器用于失压保护，失压脱扣器的线圈直接接在电源上，处于吸合状态，低压断路器可以正常合闸；当停电或电压很低时，失压脱扣器的吸力小于弹簧的反力，弹簧使动铁芯向上使挂钩脱扣，实现低压断路器的跳闸功能。分励脱扣器用于远距离跳闸，当在远距离按下按钮时，分励脱扣器得电产生电磁力，使其脱扣跳闸。

图4.11　普通低压断路器的工作原理图和符号

1—过载脱扣器；2—过电流脱扣器；3—分闸弹簧；4—主触点；5—锁扣；6—远控按钮；7—分励脱扣器；8—失压脱扣器；9—失压保护；10—过流保护；11—过载保护

不同的低压断路器，其保护作用是不同的，使用时应根据需要选用。在图形符号中也可以标注其保护方式，如图4.11（c）所示。低压断路器详细图形符号中，标注了失压、过载、过流三种保护方式。

2）漏电保护器

漏电保护器是一种安全保护电器，在电路中作为触电和漏电保护之用。在线路或设备出现对地漏电或人身触电时，漏电保护器能迅速自动断开电路，有效地保障人身和线路安全。

电气设备漏电时，将呈现异常的电流或电压信号，漏电保护器通过检测、处理此异常电流或电压信号，促使执行机构动作。根据故障电流动作的漏电保护器称为电流型漏电保护器，根据故障电压动作的漏电保护器称为电压型漏电保护器。由于电压型漏电保护器结构复杂，受外界干扰动作稳定性差，制造成本高，现已基本淘汰。国内外漏电保护器的研究和应用均以电流型漏电保护器为主导地位。图4.12所示为漏电保护器的外形图。

图4.12　漏电保护器的外形

（1）漏电保护器的工作原理。

如图4.13所示，被保护的相线、零线穿过环形铁芯，构成了零序电流互感器的原绕组线圈N1，缠绕在环形铁芯上的绕组构成了互感器的副绕组线圈N2，如果没有漏电发生，则流过相线、零线的电流相量和等于零，因此在N2 上也不能产生相应的感应电动势，开关保持闭合状态。如果发生了漏电，相线、零线的电流相量和不等于零，就会在N2 上产生感应电动势，这个信号会被送到电子开关输入端，促使电子开关导通，磁力线圈通电产生吸力断开电源，完成人身触电或漏电的保护。

图4.13　漏电保护器的工作原理示意图

（2）漏电保护器的结构及动作参数。

电流型漏电保护器主要由电子线路、零序电流互感器、漏电脱扣器、触头、试验按钮、操作机构及外壳等组成。漏电保护器的额定漏电动作电流为30～100mA，漏电脱扣器的动作时间小于0.1s。

（3）漏电保护器的使用方法。

漏电保护器在电路中，应接在电流表和熔断器后面，安装时应按开关上规定的标志接线。接线完毕后应按动试验按钮，检查漏电保护器是否可靠动作。漏电保护器投入正常运行后，应定期检验，一般每月需在合闸通电状态下按动试验按钮一次，检查漏电保护器是否正常工作，以确保其安全性。

3.熔断器

熔断器是一种在电流超过额定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器。熔断器广泛应用于低压配电系统及用电设备中作断路和过电流保护。

1）熔断器的工作原理

熔体是熔断器的主要部分，根据熔点的高低，熔断器一般可分为低熔点熔断器和高熔点熔断器两类。低熔点熔断器由铅、锡及其合金制成，高熔点熔断器由银、铜和铝等制成。熔体切断故障电流有时会产生电弧，在要求切断能力较强的场合，可以采用充有石英砂填料的封闭式熔断管。它在用陶瓷制成的熔断管内装上熔体和石英砂，当切断故障电流产生电弧时，颗粒石英砂与电弧接触后，能吸收电弧产生的热量，使之快速冷却而熄灭电弧。另外，有一种管式熔断器，它把熔体装在空心的有机纤维管中，熔体熔断时电弧所产生的高温可使有机纤维管放出大量绝缘气体，从而熄灭电弧。

2）熔断器的分类

按结构分，常用的熔断器有瓷插式熔断器、螺旋式熔断器、无填料封闭管式熔断器和有填料封闭管式熔断器等。典型产品有：RL6、RL7、RL96、RLS2系列螺旋式熔断器，RL1B系列带断相保护螺旋式熔断器，RT18系列熔断器以及RT14系列有填料密封管式熔断器。还有引进技术生产的NT 系列有填料密闭式刀型触头熔断器与NGT 系列半导体器件保护用熔断器等。

图4.14（a）所示为瓷插式熔断器，图4.14（b）所示为螺旋式熔断器，图4.14（c）所示为无填料封闭管式熔断器，图4.14（d）所示为有填料封闭管式熔断器，图4.14（e）所示为熔断器的图形符号和文字符号。

图4.14　熔断器的外形和符号

3）熔断器的选用

熔断器的选用要注意以下两点：熔断器的额定电压UN应不小于线路的工作电压UL，熔断器的额定电流IN应不小于所装熔体的额定电流IRN。

选择熔体额定电流的方法如下。

（1）作为电灯支线的熔体，应使熔体的额定电流不小于支线上所有电灯的工作电流之和。

（2）作为一台电动机的熔体，应使熔体额定电流不小于电动机的启动电流的4.2倍；如果电动机启动频繁，应使熔体额定电流不小于电动机的启动电流1.6～2倍。

（3）作为几台电动机合用的总熔体，应使熔体的额定电流等于（1.2～4.2）×容量最大的电动机的额定电流加上其余电动机的额定电流之和。