电气设备第二章低压开关设备.ppt

第二章 低压开关设备,定义：500伏以下的电路的控制电器。包括：闸刀开关、接触器、磁力启动器、自动空气开关 等4类应用：发电厂、变电所及其它低压配电装置中，接通和断开交直流电路灭弧：空气中拉长电弧或灭弧栅将长电弧截为短电弧,1.1 特点 最简单的手动操作电器。额定电流最大为 1500A。与熔断器串联，短路或过载时切断电路 速断刀片：通过弹簧与主刀片相连，电 弧产生于速断刀片，保护主刀片1.2 分类 极数：单极、双极和三极 灭弧结构：带灭弧罩和不带灭弧罩 操作方式：直接手柄操作和连杆操作 用途：单投和双投,1 闸刀开关,(a)刀开关结构,(b)符号,组合开关又称转换开关。常用的组合开关有HZ10系列，其结构如图1.8所示。,图1.8 HZ系列转换开关,3 按钮,适用：手动控制低压电器的线圈通、断电，进而控制其它设备；信号电路控制种类很多，按需选择（红色停止按钮）,2 组合开关,转轴,手柄,弹簧,凸轮,绝缘垫板,动触头,静触头,绝缘杆,特点：利用电磁原理实现低压电路的断开和接通。操作方便、动作迅 速、灭弧性能好、能频繁操作、远距离控制。应用：电动机控制电路 与空气开关等配合，实现自动控制和过电流、过电压保护 不可单独切断短路和过载分类：交流和直流结构：电磁铁、触头和灭弧装置,4 接触器,接触器是一种电磁式自动开关，主要用于远距离频繁接通和分断交直流主电路及大容量控制电路。其主要的控制对象为电动机。根据主触点通过的电流的种类的不同，接触器有交流接触器与直流接触器之分。接触器的动力来源是电磁机构.,直流接触器,交流接触器,接触器工作原理是利用电磁吸力的原理工作的，主要由电磁机构和触头系统组成。电磁机构通常包括吸引线圈、铁心和衔铁三部分。图2-6为接触器的结构示意图与图文符号。图中，1-2，3-4是静触点，5-6是动触点，7-8是吸引线圈，9-10分别是动、静铁心，11是弹簧。,当吸引线圈7、8两端加上额定电压时，动、静铁芯间产生大于反作用弹簧弹力的电磁吸力，动、静铁芯9、10吸合，带动动铁芯上的触头动作，即常闭触头1-5和2-6断开，常开触头3-5和4-6闭合。当吸引线圈7、8两端电压消失后，电磁吸力消失，触头在反弹力（弹簧弹力）作用下恢复常态。,动铁心,吸引线圈,静铁心,弹簧,4.1.1 工作原理 按下QA（启动按钮），线圈通电产生磁力克服弹簧拉力，电路接通，HD（红灯）亮 辅助触点实现自保持 按下TA（停止按钮），线圈断电，电路断开，LD（绿灯）亮 电压较低时，接触器能自动断开,4.1 交流接触器（CJ）,原理接线图,交流电磁式接触器的工作原理：线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力。此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作。常闭触点打开，常开触点闭合，互锁或接通电路。线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点机构复位，断开线路或解除互锁。,D,QA,TA,HD,LD,铁心、线圈,A,B,C,4.1.2 交流接触器的结构,下图为交流接触器结构原理图。主要由三部分组成。,吸引线圈,铁心,常开主触点,衔铁,常开辅助触点,常闭辅助触点,灭弧罩,（3）灭弧系统：大容量的接触器（20A以上）采用缝隙灭弧罩及灭弧栅片灭弧，小容量接触器采用双断口触头灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩、石棉水泥灭弧罩灭弧。,（1）触头系统：采用双断点桥式触头结构，一般有三对常开主触头。主触头：指式或桥触头，接通电路 辅助触头：桥式触头，接通信号、电气连锁或自保持作用,（2）电磁系统：包括动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧。螺旋管式和直动式：适合额定电流较小 转动式：额定电流较大,触点的形式,1.指形接触(有线接触和面接触之分)一般用于大容量电路。2.桥式点接触用于小容量电路（例如控制电路,按钮、行程开关等)。3.桥式面接触用于中、小等容量电路（例如小型接触器等)。,根据吸引线圈通电电流的性质分类，电磁机构分为直流电磁电磁机构与交流电磁机构。交流电磁机构最为常见，设置障碍消除衔铁的机械振动，通常采用短路环来解决，短路环起到磁分相的作用，把极面上的交变磁通分成两个相位不同交变磁通，这样，两部分吸力就不会同时达到零值，当然合成后的吸力就不会有零值的时刻，如果使合成后的吸力在任一时刻都大于弹簧拉力，就消除了。,4.1.3 电磁机构的特点,短路环,吸引线圈,铁心,衔铁,1)电磁机构 电磁机构由线圈、动铁心（衔铁）和静铁心组成，其作用是将电磁能转换为机械能，产生电磁吸力带动触点动作。2）触点系统 包括主触点和辅助触点。主触点用于通断主电路，通常为三对常开触点。辅助触点用于控制电路，起电气联锁作用，故又称联锁触点。一般常开、常闭各两对。3）灭弧装置 容量在10A以上的接触器都有灭弧装置,对于小容量的接触器,常采用双断口触点灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧。对于大容量的接触器，采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧。4）其他部件 包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。,4.1.4 CJ10交流接触器,3主触点,1灭弧罩,2触点压力弹簧片,5线圈,6短路环,7静铁心,9动铁心,10常开辅助触点,11常闭辅助触点,4反作用弹簧,5）CJ10交流接触器特点,Ie为150A，工作可靠，通断能力较大桥式触头系统，有两对常开和两对常闭辅助触头直动式铁芯，静铁芯末端安装短路环，减少震动和噪音震动原因：交变磁通过零时，磁力为零。动铁芯受力也是交变的，故产生易震动。短路环原理：短路环产生的感应磁通滞后线圈主磁通90度。二者叠加后动铁芯受力增加，且大于0。,4.1.5 CJ12交流接触器Ie为600A，工作可靠，通断能力较大指式主触头系统转动式铁芯动触头，辅助触头在转轴上,D,控制电路图,常开辅助触头,电动机,常闭触头,常开主触头,注：闸刀开关、熔断器未示出。,4.1.6 控制电路,常开触头,A,B,C,4.2 直流接触器（CZ0）,直流接触器主要用于远距离接通和分断直流电路，还用于直流电动机的频繁起动、停止、反转和反接制动。适用：400V、600A以下直流线路远距离控制和频繁操作 主要结构和工作原理与交流接触器基本相同。在结构上也是由电磁机构、触点系统和灭弧装置等部分组成。由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。,直流接触器的工作原理如下：当接触器线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动触点动作：常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原：常开触点断开，常闭触点闭合。与交流接触器工作原理相同，不同之处在于交流接触器的吸引线圈由交流电源供电,直流接触器的吸引线圈由直流电源供电。,4.3 接触器的主要技术指标 额定电压 额定电流 吸引线圈额定电压 通断能力 操作频率 交直流接触器的额定操作频率：,4.4 接触器的选择接触器的选择原则：根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型。一般直流电路用直流接触器控制，当直流电动机和直流负载容量较小时，也可用交流接触器控制，但触头的额定电流应适当选择大些。接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；4.4.3 吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致；额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。根据负载额定电流，接触器安装条件及电流流经触头的持续情况来选定接触器的额定电流。,5 磁力起动器,原理：交流接触器和热继电器组合而成，又名电磁开关。应用：远距离控制三相鼠笼电动机功能：电动机停止、起动、改变旋转方向、失压和过载保护。注：串联熔断器实现短路保护,原理：利用电流通过电阻丝产生的热效应切断电路，保护电动机长期过载的自动控制电器。结构特点：双金属片结构简单、体积小、良好的反时限特性，应用广泛 主动层材料：铁铬合金 被动层材料：铁镍合金,5.1 热继电器,5.1.1 JR1型热继电器工作原理,右图为工作原理示意图属间接加热方式加热元件串联于主电路电流过载时，产生大于额定电流产生的热量，使双金属片受热弯曲，不能支撑动触点弹簧使静、动触点分离，切断控制电路主电路断开复位实际装置更复杂,动触点,静触点,双金属片,支撑弹簧,工作原理示意框图,转轴,5.1.2 JR15型热继电器工作原理,属复合加热方式加热元件串联于主电路，并缠绕在双金属片外过载时双金属片受热弯曲，弹簧使静、动触点分离，切断控制电路切断主电路复位方式：5min后自动复位 3min后可手动复位调节弹簧改变整定电流大小环境温度的影响由补偿双金属片消除。一对常开和常闭触点,1.过载保护：通过热继电器实现；*2.短路保护：通过熔断器实现3.连锁保护:通过接触器两个常闭触点实现4.欠压保护：通过接触器线圈实现,电压继电器线圈匝数多，导线细，工作时并联在回路中，根据线圈两端电压的大小接通或断开电路。,5.1.3 电压继电器,5.1.4 电流继电器,(a)过电流继电器,(b)欠电流继电器,电流继电器的符号图,电流继电器的线圈串接于电路中，根据线圈电流的大小而动作。这种继电器的线圈导线粗匝数少、线圈阻抗小。,5.1.5 时间继电器时间继电器用来按照所需时间间隔，接通或断开被控制的电路，以协调和控制生产机械的各种动作，因此是按整定时间长短进行动作的控制电器。时间继电器种类很多，按构成原理有：电磁式、电动式、空气阻尼式、晶体管式和数字式等。按延时方式分：通电延时型、断电延时型。,5.1.6 速度继电器速度继电器是以速度的大小为信号与接触器配合，完成笼型电动机的反接制动控制，故亦称为反接制动继电器。速度继电器常用于铣床和镗床的控制电路中。,(a)外形(b)结构(c)符号 速度继电器外形、结构和符号图,5.2 磁力启动器,5.2.1 工作原理按下QA，QC通电并自保持，主电路接通过载RJ动作断开控制回路，QC断电失压保护：电压低于85，QC不能自保持,控制电路展开图,QC常开辅助触头实现自保持,RJ 触头,QC常开触头,注：闸刀开关、熔断器未示出。,RJ,QC线圈,QA启动开关,TA停止开关,A B C,5.2.2 可逆磁力启动器*,两个交流接触器和一个RJ，电动机可正、反转正转：ZQA接通，ZQC接通控制电路反转：FQA-FQC接通控制电路，且使A和C相对调，电动机反转,控制电路展开图,注：闸刀开关、熔断器未示出。,电气连锁FQC回路中串联ZQC的常闭触点，因此ZQC接通时，按下FQA不能接通FQC，可防止短路。必须按下TA，才能改变电动机转向,TA停止开关,A B C,复合按钮FQA按下，同时断开ZQC回路FQC常闭触点断开，ZQC断开，主电路断开同时，FQC接通，迅速实现反转电气连锁和机械联锁，应用广泛,注：熔断器未示出。,6.自动空气开关,定义 自动切断故障的低压保护电器，广泛用于电厂和变电所的低压配电装置。特点 适用于正常情况下不频繁操作的电路 与闸刀开关熔断器组合结构相比能多次动作；动作电流值可调，选择性好；断流能力大，可靠；,6.1 工作原理,电磁铁线圈串连在主电路中短路和过载时，电磁力大，吸引衔铁，使搭钩和钩杆分离弹簧带动钩杆，断开电路即电流脱扣器 电磁铁直接作用于脱扣器（最小）脱扣电流脱扣器启动的电流弹簧调节脱扣电流可调,文字符号QF，俗称“低压自动开关”、“低压断路器”或“空气开关”等。1.作用 是低压供配电系统中最主要的电器元件，不仅能带负荷通断电路，而且能在短路、过负荷、欠压或失压的情况下自动跳闸，断开故障电路。2.原理结构 其示意图如图 所示。,图 自动空气开关工作原理示意图1主触头 2跳钩 3锁扣 4分励脱扣器 5失压脱扣器 6、7脱扣按钮 8电阻 9热脱扣器 10过电流脱扣器,6.2 结构元件,主触头块状，承受工作电流，用于通断主电路嵌有银减小电阻灭弧触头保护主触头烧损，装有可更换的黄铜灭弧端头副触头1000A以上，作用与灭弧触头相同接通顺序:灭弧触头副触头主触头 断开则相反跳钩 它带有弹簧，用来控制主触头的通断动作锁扣 用来锁住或释放跳钩,触头系统,6.2 结构元件,6.2.2 灭弧装置,迷宫式灭弧栅断流能力大灭弧室石棉或陶瓷制，防止相间短路灭焰栅金属片，防止电弧火花喷出,6.2.3 机构,传动机构使自由脱扣器工作自由脱扣机构触头系统和保护装置，作用是接通和断开电路。,自由脱扣机构四联杆系统,接通位置，转动点几乎在同一水平线，且中点稍低于两端点连线断路线圈通电使冲击杆向上运动，连杆中点运动，连杆曲折，带动触点分离再接通手柄先向下，再向上推即可,6.2.4 脱扣器,A.过流脱扣器 电磁式和金属片,当线路出现短路故障时，过电流脱扣器动作，将锁扣顶开，从而释放跳钩使主触头断开。B.失压脱扣器 如果线路出现失压情况，通过失压脱扣器的动作，以同样原理使主触头断开。如果按下按钮6或7，使失压脱扣器或者分励脱扣器动作，则可以实现开关的远距离跳闸。,两个电过流脱扣器，一个失压脱扣器 失压脱扣器的电磁线圈并联在BC相.电压降低，电磁力减小,C.分闸脱扣器（三极自动开关）,脱扣器由操作母线独立供电按下TA，常开触点接通，线圈带电，断开主电路TA返回，常开触点断开，线圈断电脱扣器平时无电流通过,D,6.3 自动开关类型,DZ系列装置式封闭塑料外壳，仅手柄和接线柱在壳外DW系列框架式敞开式结构，保护方案和操作方式多，“万能式自动开关”,6.3.1 DW框架式,额定电压交流380V，直流400V；电流4000A结构特点200600A，塑料底板；1000-4000A，金属底板触头系统分三档：200A主触头，400-600A主触头、灭弧触头，1000A主、副触头，灭弧触头，2500-4000A23组1500A触头并联金属栅片灭弧室有过流、分闸和失压脱扣器，分瞬时和延时动作两种三种操作方式：直接手柄1500A、电磁铁200-600A、电动机2500A,自动空气开关的种类（1）按用途分配电用空气开关电动机保护用空气开关照明用空气开关漏电保护空气开关（2）按灭弧介质分1)空气开关 2)真空空气开关(3)按极数分单极,双极,三极,四极空气开关注：小型空气开关可经拼装由几个单极的组合成多极的。（3）配电用空气开关按结构分塑料外壳式（装置式）空气开关,框架式（万能式）空气开关(4)配电用空气开关按保护性能分非选择型空气开关 瞬时动作型，只作短路保护用；长延时动作型，只作过负荷保护用；两段保护为瞬时和长延时的组合。选择型空气开关 两段保护特性，瞬时和短延时两段组合；三段保护特性，瞬时、短延时和长延时三段组合。,DW框架式接线（电磁铁合闸操作电路）,HA合闸，C通电，合闸线圈DC接通，产生电磁力，自动开关合闸DC允许接通时间1SSJ与C同时通电，延时触点1S内断开，使C断电，DC断开 ZK与合闸回路连锁，连锁常闭触点。合闸后,ZK断开，C不能再次接通SJ常开点防止HA粘住即：合闸后HA粘住，ZK断开状态，SJ常开点处于闭合状态，延时触点SJ断开，C不能接通,框架式自动开关(万能式自动空气开关)介绍(1)结构 为框架式结构，整个装置装设在金属或塑料的框架上。目前，主要有DWl5，DWl8、DW40、CBll(DW48)、DW 914等系列及引进国外技术生产的ME系列、AH系列等。其中DW40、CBll系列采用智能型脱扣器，可实现微机保护。(2)特点 1）框架式自动空气开关的保护方案和操作方式较多，既有手柄操作，又有杠杆操作、电磁操作和电动操作等。而且其安装地点也很灵活，既可装在配电装置中，又可安在墙上或支架上。2）相对于塑料外壳式自动空气开关，框架式自动空气开关的电流容量和断流能力较大，不过，其分断速度较慢（断路时间一般大于0.02s）。(3)应用 框架式自动空气开关主要用于配电变压器低压侧的总开关、低压母线的分段开关和低压出线的主开关。,图4-56 DW15型框架式自动空气开关a)外形图 b)内部结构图1灭弧罩 2电磁铁 3主轴 4动触头 5静触头 6欠电压脱扣器 7快速电磁铁 8电流互感器或电流电压变换器 9热脱扣器或电子脱扣器 10阻容延时装置 11操作机构 12指示牌 13手动断开按钮 14分励脱扣器,(4)DW15型自动开关介绍图4-56是目前推广应用的DW15型自动空气开关的外形图和内部结构图。,主要结构及特点 触头系统 安装在绝缘底板上，由静触头、动触头和弹簧、连杆、支架等组成。灭弧室里采用钢纸板材料和数十片铁片作灭弧栅来加强电弧的熄灭。操作机构 由操作手柄和电磁铁操作机构及强力弹簧组成。脱扣器系统 脱扣系统有过负荷长延时脱扣器、短路瞬时脱扣器、欠电压脱扣器和分励脱扣器等；带有电子脱扣器的万能式空气开关还可以把过负荷长延时、短路瞬时、短路短延时、欠电压瞬时和延时脱扣的保护功能汇集在一个部件中，并利用分励脱扣器来使空气开关断开,DW15万能式低压断路器,6.3.2 DZ装置式,用于电流较大的低压电路总开关过载、短路时自动跳闸3种电流等级：100、250、600A手动操作合、分保护装置复式脱扣器,过载保护：热脱扣器，双金 属片弯曲 短路保护：电磁脱扣器，线 圈带动衔铁 跳闸后，手柄处于合、分中 间位置 手柄向下扳动，再向上(合），过载跳闸则需冷却后 复位,5.塑料外壳式(装置式自动开关)介绍(1)结构 封闭式结构，即所有机构及导电部分都装在塑料壳内，只在塑壳正面中央有外露的操作手柄供手动操作用。目前常用的塑料外壳式自动空气开关主要有DZ20、DZl5、DZXl0系列及引进国外技术生产的H系列、S系列、3VL系列、TO和TG系列等。（2）特点 1）保护方案少 主要保护方案有热脱扣器保护和过电流脱扣器保护两种；2）操作方法少 有手柄操作和电动操作（较大容量用）；3）电流容量和断流容量都较小，但分断速度较快（断路时间一般不大于0.02s）（3）应用 塑料外壳式自动开关结构紧凑，体积小，重量轻，操作简便，封闭式外壳的安全性好，因此，被广泛用作容量较小的配电支线的负荷端开关、不频繁起动的电动机开关、照明控制开关和漏电保护开关等。（4）DZ20系列塑料外壳式自动开关介绍,图 DZ20型塑料外壳式自动空气开关1引入线接线端 2主触头 3灭弧室 4操作手柄 5跳钩 6锁扣 7过电流脱扣器 8塑料壳盖 9引出线接线端 10塑料底座,图为DZ20系列塑料外壳式自动空气开关的结构图。DZ20型属我国生产的第二代产品，目前的应用较为广泛。它具有较高的分断能力，外壳的机械强度和电气绝缘性能也较好，而且所带的附件较多。,图4-55 自动空气开关操作手柄位置示意图合闸位置1操作手柄 2操作杆 3弹簧 4跳钩 5锁扣6牵引杆 7上连杆 8下连杆 9动触头 10静触头,6.自动空气开关操作手柄的三个位置，如图 4-55所示。在壳面中央有分合位置指示。注：把下面三个图用动画形式演示其合闸、自由脱扣、分闸和再扣的动作过程。合闸位置（图4-55a）手柄扳向上方，跳钩被锁扣扣住，空气开关处于合闸状态。,图4-55 自动空气开关操作手柄位置示意图合闸位置1操作手柄 2操作杆 3弹簧 4跳钩 5锁扣6牵引杆 7上连杆 8下连杆 9动触头 10静触头,自由脱扣位置(图4-55b)手柄位于中间位置，是当空气开关因故障自动跳闸，跳钩被锁扣脱扣，主触头断开的位置；,国产自动开关型号表示和含义如下：,