3-1电器原理与应用__有触点保护电器

图2-4 熔断器的保护特性曲线 t—熔断时间 I—流过熔断器的电流
图2-5 不同保护对象的时间-电流特性
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熔断器参数

额定电压是指熔断器分断前能长期承受的电压； 额定电流是指熔断器在长期工作制下，被保护对象的温升不超过规定值 时所能承载的电流。 熔断器额定短路分断能力是指在规定的使用条件(线路电压、功率因数 或时间常数)下，熔断器能分断的电流(对交流而言是其有效值)； 截断电流 指 在熔体分断期间，所能达到的最大电流。 时间-电流特性， 也称保护特性 I2t 特性 ，用于表述分断电流比较大，弧前时间比较短时的保护特性。
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为了充分发挥低压保护电器的作用，其保护特性必须得到良好配合， 主要是以下两方面的配合: ①同被保护对象允许过载特性的良好配合。 ②选择性保护的各级保护电器特性之间的良好配合。 首先以保护电动机用的断路器为例来进行分析。图2-1为保护电器与 被保护电动机在特性方面的配合情况，图中曲线1为电动机允许过载特性， 曲线2和曲线3为保护电器的保护特性曲线。曲线2和曲线1配合良好，但 曲线3利曲线1的配合则较差，因为它不能最大限度地利用被保护设备的 过载能力，反而会因电动机启动电流导致保护电器的误动作，因而无法 在实际中应用。
图2-1 保护电器与被保护电动机特性的配合 1—电动机的过载特性 2，3—保护电器的保护特性 4—电动机启动电流的变化曲线
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短路故障
在三相交流电力系统中，最常见且最危险的故障是各种形式的短路。 其中包括三相短路、两相短路、一相接地短路以及电动机和变压器一相 绕组上的匝间短路等。除此以外，配电线路、电机和变压器还可能发生 一相或两相断线以及上述几种故障同时发生的复杂故障。电器系统故障 可能引起下列严重后果。 ①短路电流通过短路点将燃起电弧、使电器设备烧坏甚至烧毁，严重 时会引发火灾。 ②短路电流通过故障设备和非故障设备时，产生热和电动力的作用， 使其绝缘遭到损坏或缩短其使用寿命。 ③造成电网电压下降，并可能波及其他用户和设备，使正常工作和生 产受到影响甚至造成整个配电和用电系统的瘫痪。 最常见的不正常工作情况是过负荷。长时间的过负荷会使过载设备和 绝缘线的温度升高，从而使绝缘加速老化或使设备发生故障，严重时会 导致设备的损坏。
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2.几种常见的熔断器 (1)插入式熔断器RC

又称瓷插式熔断器，一般用于交流50Hz、额 定电压可高达380V、额定电流高达200A的 电路中，作为短路保护及高倍过电流保护。 一般由瓷盖、瓷座、动触点、熔体、瓷插件 和静触点组成。瓷盖和瓷座由电工瓷制成， 瓷座两端固装着静触点，动触点固装在瓷盖 上。瓷盖中段有一突起部分，熔丝沿此突起 部分跨接在两个动触点上。瓷座中间有一空 腔，它与瓷盖的突起部分共同形成灭弧室。 熔断器所用熔断体材料主要是软铅丝或铜丝 逐步淘汰

图2-6 插入式熔断器结构原理图 1—瓷底座 2—动触点 3—熔体 4—瓷插件 5—静 触点

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(2)螺旋式熔断器RL

广泛应用于低压配电设备、电器控制系统中作短路和过电流保护。 一般由瓷座、熔体、瓷帽等组成。熔体是一个瓷管，内装有石英砂和 熔丝，熔丝的两端焊在熔体两端的导电金属端盖上 熔断指示器：当熔体熔断时，熔断指示器弹出脱落，透过瓷帽上的玻 璃孔可以看见。熔断器一端装有色点，不同的颜色表示不同的熔体电 流，熔体熔断时，色点跳出，示意熔体已熔断。
②监护用电设备的异常工作状况，并根据异常工作状况和设备运行维护 条件发出相应处理信号，或由值班人员进行处理，或由装置自动地进行 调整，或将那些继续运行会引起事故的电器设备予以切除。监护异常工 作情况的保护装置一般会有一定的延时。
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电路保护装置设计准则 ①可靠性:可靠性包括可靠度及安全度两个因素。如故障发生在保护电器 系统的保护区域以内，此时它们应该能够准确地动作，这种性能的程度 称为可靠度;又如故障发生在其保护区域以外时，它们则一定不能动作， 这种性能称为安全度。 ②选择性:当故障发生时，应尽量缩小电器控制系统被停电的范围，以保 证最大限度工作的持续性。 ③速动性:当故障发生时，应尽量快速将故障隔离，以减轻电器设备损害 的程度及提高维护电器系统的稳定度。 ④简练性:原则上电器保护系统的设计以简单为主，复杂的保护系统不仅 投资费用高，而且隐藏故障的机会也较多，所需的维护技术也较复杂。 ⑤经济性:这也就是追求最高的性能价格比。
第2章 常用有触点保护电器 2.1 概论
在现代社会生产与生活中，电能已成为一种不可或缺的能 量。如何在最经济的条件下将优质电能传输负载，除了要具 备优化的发电设施与控制设施以外，还必须具备优化的保护 设施。 保护低压负载正常安全用电的设施主要依靠低压保护电器 组成的各种保护装置。这些低压保护电器主要有熔断器、热 继电器、电压继电器、电流继电器、低压断路器以及漏电保 护电器等。
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2.1.1 保护电器的功用
保护电器就是对电器系统和电器设备进行安全保护的电器。 保护电器利用故障发生时电器系统的异常电压和电流的相关信息，迸 行一系列保护动作，最终切断被保护对象的电源，有些保护电器同时发 出指示信号及报警信号。另外有些保护电器还具备自动恢复供电的功能， 以减少由于暂时性的故障而停电过久的损失。 低压配电线路和用电设备在运行中应该安全可靠，当发生各种故障时， 设置在低压配电线路上的各种低压保护电器就能按要求及时开断电源， 消除故障。保护主要包括两方面: 一，保证在故障工作状态下人身安全; 二，保证在故障工作状态下系统及设备的安全。 常见的保护设施有:过电流保护、欠电压与失压保护、电动机的断相 保护、漏电保护等。

利用电流增大的特点可以构成过电流保护； 利用电压降低的特点可以构成低电压保护； 利用电流电压间的相位角的变化特点可以构成断相保护、漏电保护等。
常用的保护环节有过电流、短路、过载、过电压、失压、断相保护等。
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常用的保护电器按动作原理分类有电磁式、磁电式、感应 式、电动式、温度(热)式、光电式、压电式等。按励磁方式 分类有交流式、直流式等。按结构特点分类有机械式、电子 式等。按性能特点分类有智能式、非智能式等。按输出触点 容量分类有大容量，中等容量、小容量保护电器等。 通常保护电器的执行机构有两种类型： 一，有触点执行机构，可以通过吸合与释放动作来实现电 路的通断； 二，无触点执行机构，通过半导体的截止与饱和来实现电 路的通断。
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短路保护装置在电器控制系统中的基本作用可以概括为下列几点:
①借助于自动保护电器将电器控制系统的故障设备与非故障设备自动隔 离，使系统的运行恢复正常。但对于某些不正常工作情况，例如，轻度 过载，由于不会立即破坏电器控制系统的正常远行，因此在许多情况下 并不需要保护电器立即动作，为了不影响用电设备工作的连续性，保护 装置可以只记忆下故障信号而不动作。
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2.2 短路保护电器
熔断器(保险丝)：一种当电流超过规定值一定时间后，以它本身产生 的热量使熔体熔化而分断电路的保护电器。 应用非常广泛； 由于其动作不太灵敏，一般用于动作准确度和自动化程度不高的场合 熔断器用于保护电路中，能在电路发生短路或严重过电流时自动熔断， 从而切断电路电源，起到保护作用。熔断器互相配合或与其他开关电器 配合，在一定短路电流范围内可满足选择性保护要求。 熔断器与其他开关电器配合可构成多种熔断器组合电器，如熔断器式 隔离器、熔断器式刀开关、隔离器熔断器组和负荷开关等，熔断器的符 号如图2-3所示。



冶金效应 在高熔点的金属熔体上焊纯锡（或锡合金），当锡熔化 （230度）后，高熔点的金属开始溶解到锡中，成为合金，这种合金 熔点低，电阻大，加速熔化时间。
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熔断器工作的物理过程:
弧前过程的主要特征是熔体的发热与熔化，换言之，熔断器在此过程 中的功能在于对故障做出反应。显然，过电流相对额定电流的倍数越大， 产生的热量就越多，温度上升越迅速，弧前过程就越短暂。反之，过电 流倍数越小，弧前过程就越长。 弧后过程的主要特征是含有大量金属蒸气的电弧在间隙内蔓延、燃烧， 在电动力作用下在介质中运动并冷却，最后因弧隙增大以及能量被吸收 而熄灭。这个过程的持续时间决定于熔断器的有效熄弧能力。 当短路电流很大时，熔断器将在短路电流达到其峰值之前动作，这就 是通常说的“限流”作用。 熔断器动作过程中可能达到的最高瞬态电流值称为熔断器的截断电流。
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图2-8 有填料管式熔断器结构原理图 1—瓷底座 2—弹簧片 3—管体 4—绝缘手柄 5—熔体
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(4)无填料管式熔断器RM

无填料管式熔断器如图2-9所示，其熔丝 管由纤维物制成，使用的熔体为变截面 的锌合金片。 熔体熔断时，纤维熔管的部分纤维物因 受热而分解，产生高压气体，使电弧很 快熄灭。 无填料管式熔断器具有结构简单、保护 性能好、使用方便等特点，通常均组成 熔断器刀开关组合体使用。


ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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2.2.1 普通熔断器
1. 普通熔断器的机理

熔断器的熔体本身就是测量和执行元件。熔体常由金属材料制成不同 的丝状、片状、栅状或笼状，目的是控制不同故障情况下的熔断时间。
熔体材料一般具有相对熔点低、特性稳定、易于熔断的特点。它一般 采用铅锡合金、镀银铜片、锌、银等金属制成。 熔体串接于被保护电路，当电路发生短路或过电流时，通过熔体的电 流使其发热，当达到熔体金属的熔化温度时就会自行熔断，在此期间 伴随着燃弧和熄弧的过程，随后切断故障电路，起到保护作用。


在熔断管中装有石英砂，熔体埋于其中，熔体熔断时，电弧喷向石英 砂及其缝隙，可迅速降温而熄灭。
螺旋式熔断器额定电流为5A~200A，主要用于短路电流大的分支电路 或有易燃气体的场所。

图2-7 螺旋式熔断器结构原理图 1—瓷座 2—熔体 3—瓷帽 4—熔断指示器
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(3)有填料管式熔断器RT 一种具有高分断能力熔断器，其广泛应用于各种低压电器线路和设备 中作为短路和过电流保护。 一般由瓷底座、弹簧片、管体、绝缘手柄、熔体等组成，并有撞击器 等附件。熔断器底座采用整体瓷板结构或用两块瓷块安装于钢板制成 的底板组合结构。熔断体由瓷质管体、熔体、石英砂和触刀等部分组 成，有的带有熔断指示器和熔断体盖板。熔体是采用紫铜箔冲制的网 状多根并联形式的熔片，中间部位有锡桥，装配时将熔片围成笼状， 以充分发挥材料与熔体接触的作用，这样既可均匀分布电弧能量而提 高分断能力，又可使管体受热比较均匀而不易使其断裂。 熔断指示器是个机械信号装置。指示器上焊有一根很细的康铜丝，它 与熔体并联，在正常情况下，由于康铜丝电阻很大，电流基本上从熔 体流过，只有在熔体熔断之后，电流才转到康铜丝上，使它立即熔断。 这样指示器便在弹簧作用下立即向外弹出，显出醒目的红色信号。 有填料管式熔断器也是一种具有限流作用的熔断器。额定电流为 50~1000A，主要用于短路电流大的电路或有易燃气体的场所。