常用低压配电电器安装与工作原理

1.手动电器

这里首先介绍手动电器的工作原理和安装方法，施工现场配电箱中常用的手动电器主要有刀开关和隔离器及其组合电器。下面分别介绍各类手动电器的工作原理和安装、使用方法。

（1）隔离器、刀开关与隔离开关的作用 在对电气设备的导电部分进行维修时，必须一直保持这些部分处于无电状态，所以需要将电气设备从电网脱开并隔离。能起这种隔离电源作用的开关电器称为隔离器。隔离器分断时不仅能将电路中所有电流通路切断，还能够保持有效的隔离距离。隔离器在做电源隔离时，不仅要求各电极的动、静触头之间处于分断状态，还要求动、静触头之间保持规定的电气间隙，不仅如此，还能够使得各电流通路之间、电流通路和邻近接地零部件之间也都能够满足规定的电气间隙要求。因此，合格的隔离器是能够提供完善的电气隔离保护的，而像断路器之类的，虽然能够分断电路，但是不一定能满足要求的电气间隙，这就是为什么配线箱中不能以断路器代替隔离器的原因。

隔离器一般属于无载通、断电器，只能接通或分断“可忽略的电流”（一般指套管、母线、连接线、电缆等的分布电容电流以及电压互感器或分压器的电流），也就是说，这类电器是不可以带电分断的，但在接通状态时具有一定的载流能力。也有一些隔离器产品有一定的通断能力，能在非故障条件下接通和分断电气设备或成套设备中的某一部分，但使用时要注意，这种情况下，其通断能力应和其所需要通断的电流相匹配，不能超范围使用。

刀开关是一种结构简单、应用十分广泛的手动电器，主要用于无载通、断电路用。也就是在分断负载电流时，被分断两触头间一定是已经不会出现明显极间电压，这时才能使用刀开关进行直接接通或分断电路。有时也可用来通、断较小工作电流，例如，可以作为照明设备和小型电动机作不频繁操作的电源开关用。只有当刀开关有灭弧罩，并用杠杆操作时才可接通或分断额定电流。当能满足隔离功能要求时，也就是电气间隙符合要求时，刀开关也可用作电源隔离开关。

通常把兼有开关作用的隔离器称作隔离开关，隔离开关是低压配电系统中常用的电气设备，它具备一定的短路接通能力。通常隔离开关不能单独使用，为了具备一定的短路保护功能，一般要与熔断器组合使用。除了这种组合，为了方便使用还可以将两种器件组装在一起：其他熔断器与隔离器或刀开关的组合形式还有：隔离器和熔断器串联组合成一个单元，隔离器的动触头由熔断体或带熔断体的载熔件组成时，就称为隔离器式熔断器组，或称为熔断器式隔离器；如果是刀开关和熔断器串联组合则组成负荷开关；如果是刀开关的动触头由熔断体组成时，就构成了熔断器式刀开关。上述4种含有熔断器的组合电器统称为熔断器组合电器。熔断器组合电器一般可以有载通断，并有一定的短路保护功能。

低压配电系统中常用刀开关与其他保护电器组合作为电源引入的隔离开关，因为其在电路检修时能够提供明确可见的分断点并提供必要的电气间隙。如果仅仅使用断路器作为隔离开关，则因断路器动、静触头之间电气间隙较小，是没有办法保证足够的电气间隙的，所以，一般配电系统中通常采用隔离开关作为分断电源的总开关，而不是单独使用断路器作隔离开关。

使用中一定要注意，所有的用作隔离开关的刀开关，都不能用于带负载分断，否则将引起很大电弧，很容易烧毁开关，甚至发生弧光短路，造成人员或设备更大的伤害。因此，用刀开关作隔离开关隔离电源时，正确的操作是：合闸操作时，先合刀开关，再合上其他允许分断负载电流的电器，如断路器等；分闸操作时则正相反，先使那些带负荷分断的电器分断，再将刀开关分闸。只有深入了解、掌握这类电器的性能和适用情况，才能正确使用。下面将分述各类刀开关的工作原理、选用方法和安装工艺等。

（2）开启式刀开关的工作原理和安装方法 开启式刀开关又称为刀开关，一般用于额定电压AC380V、DC440V，额定电流至1500A的配电设备电源隔离用，也可用于不频繁地接通和分断电路。刀开关由刀形动触头和底座上的静触头（夹座）组成，带有杠杆操作机构和灭弧室，扳动杠杆可以操控闸刀的分合。其中HD型是单向刀开关，HS型是双向刀开关，其结构示意图和实物图片如图8-24所示，其中图8-24d是其操作示意图。

刀开关应垂直安装在开关板上，确保静触头在上方，电源线应接在静触头上，负荷线应接在动触头上。刀开关合闸时，应保证各相位的刀片同时合闸，且刀片与夹座之间接触严密；分闸时应使各相位刀片同时断开，并保证断开后有一定的绝缘距离。

（3）开启式负荷开关的工作原理和安装方法 开启式负荷开关也叫作瓷底胶盖闸刀开关，简称胶盖开关，是由刀开关和保护熔丝组合构成的。可在额定电压至500V、额定电流至60A的电路中作不频繁接通与分断电路及短路保护用，但不适合用作隔离开关。其外形结构如图8-25所示，在临电工程中已经禁止使用。

图8-24 开启式刀开关结构示意图

a）实物图 b）侧方正面杠杆操作机构式 c）中央正面杠杆操作机构式 d）杠杆操作原理

1—手柄 2—灭弧罩 3—刀片 4—接线端子 5—夹座

图8-25 HK系列开启式负荷开关

a）结构示意图 b）实物图片

1—上胶盖 2—下胶盖 3—触刀座 4—触刀 5—瓷柄 6—紧固螺母 7—出线端子 8—熔丝 9—触刀铰链 10—瓷底座 11—进线端子

开启式负荷开关应垂直安装，手柄向上合闸，严禁倒装或平装，以免发生因闸刀自重误合闸的情况。接线时必须将电源线接在开关上方的进线接线柱上，负载线接在下方出线座上。接线时应将螺钉拧紧，尽量减小接触电阻，以免过热损伤导线绝缘层。安装时要保证刀片和夹座位置正确，不得歪扭。刀片和夹座之间应接触紧密，夹座应保持足够压力。熔丝的型号、规格必须符合设计要求。

（4）封闭式负荷开关的工作原理和安装方法封闭式负荷开关也称为铁壳开关。封闭式负荷开关的铁壳上装有速断弹簧，弹簧用钩子扣在手柄转轴上，当手柄由合闸位置转向分闸位置的过程中，钩子将弹簧拉紧，在弹簧拉力作用下，闸刀与夹座可以快速分离，使电弧被迅速拉长而熄灭。为了安全，封闭式负荷开关上还装有联锁装置，使开关在合闸位置时盖子不能打开，盖子打开时则不能合闸，以保证操作安全。其外形结构如图8-26所示。

图8-26 HH₃系列负荷开关外形及结构

a）HH₃系列负荷开关内部结构示意图 b）HH₃负荷开关实物图片

1—闸刀 2—静插座 3—熔断器 4—速断弹簧 5—绝缘转轴 6—手柄 7—灭弧罩 8—操作机构

封闭式负荷开关也应垂直安装，安装高度一般距离地面1300～1500mm，以便于操作和确保安全。金属部分必须接地或接零，开关的铁壳进出线孔应设保护绝缘护套。接线方式通常有两种：

1）将电源线与开关静触头相接，负载线接在开关熔丝下方的下柱端头上，当开关拉断后，闸刀与熔丝都不带电，可以确保操作安全。

2）将电源线接在熔丝下柱端头上，负载线接静触头，这种接线方式在开关闸刀发生故障时熔丝熔断，可立即切断电源。

（5）熔断器式隔离器的工作原理和安装方法 熔断器式隔离器常称为电源隔离开关，主要用作电源引入开关，其外形结构如图8-27所示。熔断器式隔离器是一种新型电器，有多种结构形式，一般多采用有填料熔断器和刀开关组合而成，广泛应用于开关柜或与终端电器配套的电器装置中，作为线路或用电设备的电源隔离开关及严重过载和短路保护之用。在回路正常供电的情况下，接通和切断电源可由刀开关来承担，当线路或用电设备过载或短路时，熔断器的熔体熔断，及时切断故障电流，保护隔离开关。

刀开关安装时，手柄要向上，不得倒装或平装。倒装时，手柄有可能会自动下滑而引起误合闸，造成人身伤害事故。接线时，应将电源进线端接在上端端子上，负载接在下端端子上。这样，拉开刀闸后，刀开关与电源隔离，便于检修。

隔离器、刀开关电路特性的选择主要是根据线路要求决定，取决于电路数、触头种类和数量。有些产品是可以改装的，制造厂可在一定范围内按订货要求满足不同的需要。目前，隔离器、刀开关产品的电压大多数为交流500V、直流440V，因此，安装刀开关的电路其额定电压不应超过交流500V或直流440V。电路的计算电流也不应超过其额定工作电流。刀开关的极数、位置数和操控方式可根据实际需要选定。

当用刀开关直接通、断小负载时，应注意选择相应的通断能力。特别是当直接控制小型电动机等感性负载时，应考虑其接通和分断过程中的电流特性（如起动电流、起动时间等）。

隔离器、刀开关在按上述原则选取后，均需进行短路性能校验，以保证其具体安装位置上的预期短路电流不超过电器的额定短时耐受电流（当电路中有短路保护电器时，可放宽为额定极限短路电流）。熔断器组合电器的选用，需在上述隔离器、刀开关的选用要求之外，再考虑熔断器的特点。熔断器式刀开关的较高极限分断能力，主要用于相应级别的配电屏及动力箱。一般负荷开关的额定电流不超过200A，通断能力为4倍额定电流，可用作工矿企业的配电设备。

图8-27 HR系列隔离开关外形及结构

a）HR系列隔离开关实物图片 b）HR系列隔离开关操作示意图

2.自动电器

低压配电系统中的自动电器主要有低压断路器、漏电保护器和熔断器，下面将分别介绍其工作原理、适用场合和安装方法。

（1）低压断路器的工作原理和安装方法 低压断路器也叫自动空气开关，是一种完善的低压控制开关。能在正常工作时带负荷通、断电路，也能在电路发生短路、严重过载以及电源电压太低或失电压时自动切断电源。分为框架式和塑料外壳式两种，施工工地应用较多的是塑料外壳低压断路器，其工作原理和外形结构如图8-28所示。

断路器开关合闸只能手动，分闸动作既可以手动也可以自动。当电路发生短路故障时，其过电流脱扣器动作使开关自动跳闸，切断电路。当电路发生过负荷时，则按照反时限特性动作，即严重过负荷时会快速分断，过负荷不超过一定限值时，则是达到规定时间后，过负荷脱扣器才动作，使开关自动跳闸切断电源。在按下脱扣按钮时，也可使开关的失电压脱扣器失电压或者使分励脱扣器通电，实施开关远程控制跳闸。

图8-28 低压断路器工作原理图

a）工作原理示意图 b）电路与文字符号 c）DZ20系列低压断路器实物图

1—复位弹簧 2—主触头 3—锁键 4—搭钩（代表自由脱扣机构） 5—转轴 6—过电流脱扣器 7—杠杆 8、10—衔铁 9—弹簧 11—欠电压脱扣器 12—热脱扣器 13—热脱扣器元件

低压断路器安装应符合下列要求：

1）低压断路器的型号、规格应符合设计要求；低压断路器安装应符合产品技术文件以及施工验收规范的规定。

2）低压断路器宜垂直安装，灭弧室应位于上部。低压断路器与熔断器配合使用时，熔断器应安装在电源一侧。

3）操作机构的操作手柄或传动杠杆的开合位置应正确，且应操作灵活、动作准确，操作力不应大于允许工作力值。触头在闭合、断开的过程中，可动部分与灭弧室零件不应该有卡阻现象。触头接触紧密，接触电阻小；开关辅助触头动作应正确可靠，接触良好。

4）低压断路器接线时，裸露在箱体外部易于触及的导线端子必须加以绝缘保护。有半导体脱扣装置的低压断路器的接线，应符合相序要求。脱扣装置的动作应灵活可靠。

5）安装在可能受振动处的断路器，应有减振措施，以防开关内部零件松动。

6）断路器极间的中心距离以及与相邻设备和建筑物之间的距离应符合表8-4的规定。

表8-4 低压断路器安装与相邻设备距离要求

（2）低压熔断器的工作原理与安装方法 低压熔断器是一种安全保护用电器，它串联在被保护电路中，能够在供电线路或用电设备发生过载或短路时快速自动切断电源，因而被广泛地用于电路和用电设备的保护。此外，熔断器互相配合或与其他开关电器的保护特性相配合，还可以在一定短路电流范围内满足选择性保护要求。熔断器与其他开关电器组合还可以构成各种熔断器组合电器，如熔断器式隔离开关、熔断器式刀开关等。

熔断器种类繁多，型式多样。熔断器的主要型式有有填料和无填料封闭式管式熔断器（常用RT、RM系列）、RL型螺旋式熔断器、RC1A型插入式熔断器等。熔断器型式的选择主要是依据使用场合，电流、电压等级和周围环境确定。工地中配电箱、开关箱内常选用RC1A型和RM型熔断器。

1）无填料封闭管式熔断器的工作原理。无填料封闭管式熔断器主要用于额定电压交流380V或直流440V及其以下各电压等级的动力网络，作短路保护和防止连续过负荷之用，目前建筑工地使用较多的是RM10系列产品。无论哪一种类型的熔断器，其典型结构都是由熔断管或座、熔断体、填料及导电部分组成，如图8-29a所示。其中熔断管一般由硬质纤维或瓷质绝缘材料制成，形状通常为封闭或半封闭的管状外壳，熔断体装于其中。熔断体由金属材料制成丝状、带状、片状或笼状。除丝状之外，熔体经常制成变截面结构，如图8-29b所示，目的是改善熔断体材料性能，并控制不同故障情况下的融化时间。熔断体材料分为低熔点材料和高熔点材料两大类，目前常用的低熔点材料有锑铅合金、银铅合金、锌等；高熔点材料有铜、银和铝等。铝比银的熔点低，而比铅、锌的熔点高。铝的电阻率较银、铜为大。钢的熔点最高为1083℃，而锡的熔点最低为232℃。对于高分断能力的熔断器通常用铜作主体材料，而用锡及其合金作辅助材料，以提高熔断器的性能。

熔断体是熔断器的心脏部件，它应具备的基本性能是功耗小、限流能力强和分断能力高。填料也是熔断器中的关键材料，目前广泛应用的填料是石英砂，主要有两个作用，作为灭弧介质和帮助熔体散热，从而有助于提高熔断器的限流能力和分断能力。

图8-29 无填料管式熔断器结构示意图

a）熔断管与夹座 b）熔断管内部结构 c）RM10系列熔断管实物图(www.xing528.com)

2）有填料封闭管式熔断器的工作原理。此类熔断器型号很多，施工工地中用得较多的是RT系列有填料密封管式熔断器，典型产品有NT型、RT14、RT15、RT20等型号。其结构也是由熔断管、熔体及插座组成，与RM10熔断器类似。熔断管为白瓷质的，管内充填石英砂，石英砂在熔体熔断时起到灭弧作用，在熔断管的一端还设有熔断指示器。该熔断器的分断能力比同容量的RM10型大2.5～4倍，有填料高分断能力熔断器是全范围熔断器，能分断从最小熔化电流至其额定分断能力（120kA）之间的各种电流等级，具有较好的限流作用。其外形结构如图8-30所示。RT系列熔断器适用于交流380V及以下、短路电流大的配电装置中，作为线路及电气设备的短路保护及过载保护。

图8-30 有填料管式熔断器结构示意图

a）结构示意图 b）实物图片

3）瓷插式熔断器的原理与使用。工地常用的RC1A系列瓷插式熔断器如图8-31所示，它结构简单，由熔断器瓷底座和瓷盖两部分组成。熔丝用螺钉固定在瓷盖内的铜闸片上，使用时将瓷盖插入底座，拔下瓷盖便可更换熔丝。由于该熔断器使用方便、价格低廉而应用广泛。RC1A系列熔断器主要用于交流380V及以下的电路末端作线路和用电设备的短路保护，在照明线路中还可起过载保护作用。RC1A系列熔断器额定电流为5～200A，但极限分断能力较差，由于该熔断器为半封闭结构，熔丝熔断时有声光现象，对易燃易爆的工作场合应禁止使用。

图8-31 瓷插式熔断器

a）结构示意图 b）实物图片

1—瓷盖 2—瓷底座 3—动触头 4—静触头 5—熔体

4）螺旋式熔断器的原理与使用。国产螺旋式熔断器型号都是以RL开头的，常用的有RL5、RL6等系列。螺旋式熔断器由瓷帽、瓷套、熔管和底座等组成，如图8-32所示。熔管内装有石英砂、熔丝和带小红点的熔断指示器。当从瓷帽玻璃窗口观测到带小红点的熔断指示器自动脱落时，表示熔丝已经熔断了。熔管的额定电压为交流500V，额定电流为2～200A，常用于控制电路保护，安装时要注意上下接线端接法。

图8-32 螺旋式熔断器

a）结构示意图 b）熔断器和熔体实物图片

1—瓷底座 2—下接线端 3—瓷套 4—熔体 5—瓷盖 6—观察窗 7—红点 8—上接线端

5）熔断器的选用方法。对熔断器的要求是：在电气设备正常运行时，熔断器不应熔断；一旦出现短路时，应立即熔断；在电流发生正常变动（如电动机起动过程）时，熔断器不应熔断；而在用电设备持续过载时，应延时熔断。要达到这个目标，就要对熔断器合理选用。对熔断器的选用主要包括类型选择和熔体额定电流的确定。

选择熔断器的类型时，主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。例如，用于保护照明和电动机的熔断器，一般是考虑它们的过载保护，这时，希望熔断器的熔化系数适当小些。所以容量较小的照明线路和电动机宜采用熔体为铅锌合金的RC1A系列熔断器，而大容量的照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时分断短路电流的能力。若短路电流较小时，可采用熔体为锡质的RC1A系列或熔体为锌质的RM10系列熔断器。用于车间低压供电线路的保护熔断器，一般是考虑短路时的分断能力。当短路电流较大时，宜采用具有高分断能力的RL系列熔断器。当短路电流相当大时，宜采用有限流作用的RT系列熔断器。

对熔断器的参数选择主要是考虑额定电压和电流，应选用额定电压大于或等于被保护电路的额定电压等级的熔断器，熔断器的额定电流要依据负载情况而选择。通常要考虑以下几种情况：

①电阻性负载或照明电路：这类负载起动过程很短，运行电流较平稳，一般按负载额定电流的1～1.1倍选用熔体的额定电流，进而选定熔断器的额定电流。

②电动机等感性负载：这类负载的起动电流为额定电流的4～7倍，一般选择熔体时，需要避开起动时的冲击电流，一般选熔体的额定电流为电动机额定电流的1.5～2.5倍。这样一来，熔断器就难以起到过载保护作用，而只能用作短路保护，过载保护需要应用热继电器才行。

③对于多台电动机，熔体额定电流可以按下式选取：

I_FU≥（2.5～3.0）I_Nmax+∑I_N

式中 I_FU——熔体额定电流，单位为A；

I_Nmax——最大一台电动机的额定电流，单位为A；

∑I_N——其余电动机额定电流之和，单位为A。

④为防止发生越级熔断，上、下级（供电干线、支线）熔断器间应有良好的协调配合，为此，应使上一级（供电干线）熔断器的熔体额定电流比下一级（供电支线）大1～2个级差。

6）熔断器的安装。常用的低压熔断器，安装上要符合如下规定：

①低压熔断器安装，应符合施工质量验收规范的规定。安装位置及相互间距离应便于更换熔体，低压熔断器宜垂直安装。

②低压熔断器与断路器配合使用时，熔断器应安装于电源一侧。

③安装有熔断指示器的熔断器，其指示器应装于便于观察的一侧。

④安装瓷插式熔断器在金属底板上时，其底座应设置绝缘衬垫。

⑤安装几种规格的熔断器在同一配电盘上时，应在底座旁标明熔断器规格。

⑥对有触及带电部分危险的熔断器，应配齐绝缘抓手。

⑦安装带有接线标志的熔断器，电源配线应按标志进行。

⑧螺旋式熔断器安装时，底座必须固定牢固，电源线的进线端应接在熔芯引出端子上，出线应接在螺纹壳上，以防调换熔体时发生触电事故。

⑨瓷插式熔断器应垂直安装，熔体不允许用多根较小熔体代替一根较大熔体，否则会影响熔体熔断时间，造成事故。

（3）漏电保护器的工作原理与安装方法漏电保护器，全称是低压漏电电流动作保护器。它是在规定条件下，当漏电电流超过安全值时，能自动断开电路的机械开关电器和组合电器。按其保护功能，一般可分为漏电保护继电器、漏电保护断路器和漏电保护插座三种。施工工地常用的漏电保护断路器，也常简称为漏电开关，实际上就是在塑壳式断路器上加装一个漏电保护脱扣器。

漏电保护器的作用主要是防止由漏电引起的触电事故。当人身发生相与地触电或设备对地漏电时，可迅速切除电源，避免事故的发生。其次是防止漏电引起火灾事故，以及监视或切除一相接地故障。此外，有的漏电保护装置还可以防止三相电动机断相运行的故障。所以，在低压配电系统中装设漏电保护器是防止电击事故的一种有效措施，也是防止漏电事故引发电气火灾和电气设备损坏的一种辅助性安全措施，因此，漏电保护器是规范要求的建筑工地上必须配备的保护电器。

工程中目前使用的漏电保护器都是电流动作型的，其检测漏电流的核心设备是一个高灵敏度的零序电流互感器，其工作原理可以用图8-33来说明。当电气设备正常运行时，三相线路上负载平衡，零线上的电流I_N为零，此时，穿过互感器的四根线上流过电流的相量和也为零，在零序电流互感器的二次侧没有输出信号；当设备或线路漏电时，例如图中所示情况：电动机一相相线绝缘破损，发生相线接外壳情况，这时漏电流I_d流经机壳和接地电阻R_d，机壳上也出现了一个危险的对地电压U_d，如果此时有人员接触到这样的机壳，就有可能发生触电事故，甚至危及生命。

现在我们来看，漏电保护器是怎样发挥作用的。正常工作时，三相负载平衡，零线上电流为零。当发生图示的一相接地故障后，漏电使得三相平衡遭到破坏，系统中出现了零序电流I_N，穿过漏电互感器的导线上电流相量和不再为零，检测到这个电流后，互感器二次输出也不再为零，输出信号与基准值相比较，当其超过基准值时，漏电保护器中的执行元件就会使电磁脱扣器动作，电磁脱扣器YA与断路器QF联动，则断路器分断，切断电动机的电源，从而起到保护作用。

图8-33 漏电保护器检测原理

TM—变压器 RCD—漏电保护器 TAN—零序电流互感器 YA—电磁脱扣器 —故障电流 R_d—接地电阻 —对地电压

施工工地常用的是剩余电流断路器（俗称漏电断路器），应根据配电线路的情况合理选用，同时还应考虑环境因素、使用场合和保护对象的情况，可参照表8-5～表8-8合理选用。

表8-5 按线路状况选用漏电保护器

表8-6 按气候条件选用漏电保护器

由于漏电保护器是用来对有致命危险的人身触电事故进行保护，并防止由于电气或线路漏电引发火灾，因此，漏电保护器的安装、调试其安装应符合下列要求：

1）漏电保护器应选用经国家认证的合格电器产品，并按照国家技术标准试验合格方可安装。

2）漏电保护开关前端零线上不应设有熔断器，以防零线保护熔断后相线漏电，导致漏电保护开关不动作。

3）按漏电保护器产品标识进行电源侧和负载侧的接线。

4）在带有短路保护功能的漏电保护器安装时，应确保有足够的灭弧距离。

5）漏电保护器安装于特殊环境中，必须采取防腐、防潮、防热等技术措施。

6）漏电保护器安装完毕后，除应检查接线无误外，还应通过按钮试验，检查其动作性能是否满足要求。

表8-7 按使用场合选用漏电保护器

表8-8 按保护对象选用漏电保护器