第三章 常用低压电器元件

t
0
IR
I
熔断器的保护特性曲线 t—熔断时间；I—流过熔断器的电流 Ir—最小熔化电流
电弧
汽化 熔化 熔体的熔化过程
2.熔断器的主要技术参数：
（1）额定电压：指熔断器分断前能长期承受的电压。220、380、415、500、600、 1140V。 （2）额定电流：指熔断器长期工作制下，各部件温升不超过规定值时所能承载的电 流。不同于熔体的额定电流，熔体电流的规格较多，通常情况下，几个不同的熔体 规格可以使用同一个熔断器规格，且小于等于熔断器的熔体电流。 （3）熔体额定电流：指熔断器长期工作制下，熔体温升不超过规定值时所能承载的 电流。 2、4、6、8、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、100、125、160、200、 250、315、400、500、630、800、1000、1250A。 （4）极限分断能力：指熔断器在规定额定电压和功率因数的条件下，能分断的最大 电流。所以极限分断能力反映了熔断器分断短路电流的能力。 （5）保护特性：熔断器的基本特性是时间---电流特性，又称保护特性或熔断特性或 安秒特性。是指熔断器的熔断时间与流过电流关系的曲线。流过熔体的电流越大， 熔断时间越短，保护特性曲线是反时限特性曲线。熔断器可以用来保护电缆、电动 机、半导体器件以及其他电器设备。不同的保护对象在过载时允许的通电时间特性 是不同的。
❖ 最小熔化电流与熔体的额定电流之比成为熔断器的熔化系数Kr，
❖ 熔化系数却决于熔体的结构、材料和工作温度。熔体采用低熔点材料时， 溶化系数较小利于保护，但是电阻率较大，熔体截面积较大，熔断产生 的金属蒸汽多，不利于熄弧，所以分断能力低。熔体采用高熔点材料时， 溶化系数较大不利于保护，但是电阻率较小，熔体截面积较小，有利于 熄弧，所以分断能力较高。因此不同的熔体材料的熔断器有不同的特点， 可分别在电路中起不同的作用。
电器温升的升高，不会理会电路的工作电流大小。其工作原理不同于“限流保
险丝”）。
按使用范围分，可分为：电力保险丝、机床保险丝、电器仪表保险丝（电
子保险丝）、汽车保险丝。
按体积分，可分为：大型、中型、小型及微型。
按额定电压分，可分为：高压保险丝、低压保险丝和安全电压保险丝。
按分断能力分，可分为：高、低分断能力保险丝。
熔断器主要由熔体和安装熔体的熔管和熔座组成。其中熔 体是主要部分，既是感受元件又是执行元件。熔体可以做成丝状、 片状、带状、笼状，材料有两类：低熔点材料，如铅、锌、锡及 铅锡合金；另一类为高熔点材料，如银、铜、铝等。熔管的材料 为陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维。
❖ 二、 熔断器（fuse-link）的分类：
❖ 熔体的材料和形状：
❖ 1.熔体材料：低熔点材料和高熔点材料
❖ 低熔点材料包括铅、锡、锌、铅锡合金、低熔点合金等。
❖ 高熔点材料包括银、铜、铝等。
❖ “冶金效应”：指在采用高熔点金属材料的基础上，局部使 用低熔点材料。例如：铜熔体上焊锡球或锡块。当通过短路 电流时，熔体温度上升到低熔点金属锡的熔点时，锡首先熔 化渗入铜中，使铜熔体局部成为合金，因而熔点下降，也就 是液化的低熔点材料成为高熔点材料的“熔剂”，从而成为 合金。而合金的熔点比高熔点材料的熔点低，电阻率较大， 使局部发热剧增，缩短了熔化时间。大大改善了保护特性。
按形状分，可分为：平头管状保险丝（又可分为内焊保险丝与外焊保险丝）、
尖头管状保险丝、铡刀式保险丝、螺旋式保险丝、插片式保险丝、平板式保险
丝、裹敷式保险丝、贴片式保险丝。
按熔断速度分，可分为：特慢速保险丝（一般用TT表示）、慢速保险丝
（一般用T表示）、中速保险丝（一般用M表示）、快速保险丝（一般用F表
分断能力弱，主要负载切除后，将线路与电源隔
开，保证检修人员安全。有些刀开关加装灭弧室，
可以切断额定电流下的有载电路。
手柄 静插座
触刀 锁链支座 绝缘底板 图1 手柄操作式单极开关
静插座
手柄
速断刀片
拉力弹簧
图2 带速断刀片的刀开关
❖ 刀开关按极数可以分成单极、双极和三极； 按结构 可以分成平板式和条架式； 按操作方式可以分 成直接手柄操作式、杠杆操作机构式、旋转操作式 和电动机构操作式。
3.通断能力：指在规定条件下，额定电压下接通和分 断的电流值。
❖ 4.动稳定电流：(在规定的使用和性能条件下，开关电路在闭合位置 上所能承受的电流峰值。)电路发生短路故障时，刀开关并不因为短 路电流产生的电动力作用而发生变形损坏或者触刀自动弹出之类的现 象，此时的电流即为动稳定电流。刀开关的动稳定电流是额定电流的 几十倍到几百倍。
❖ 绝缘底板一般用陶瓷或玻璃或者其他绝缘材料做成， 绝缘手柄用塑料。触刀一般用硬紫铜板，静插座或 铰链插座用硬紫铜板或黄铜板制成。
❖ 使用速断刀片既加快了分断速度，减少了静插座的 烧损；还由于电弧产生在静插座与速断刀片之间， 保护了主触刀，且使刀开关的断开速度与操作者的 操作速度无关。
二 刀开关的主要技术参数：
❖
HK □ □/□
设计代号 额定电流 极数
❖ 常用作额定电压380V/220V，额定电流100A的照明配电线路的电源开关和小容 量电动机非频繁启动的操作开关。
❖ 负荷开关与普通刀开关相比，增设了熔断丝和防护胶壳两部分。防护胶壳的作 用是防止操作时电弧飞出灼伤操作人员，并防止极间电弧造成电源短路。熔断 丝主要起短路和严重过电流保护作用。
二 熔断器的主要工作原理和主要技术参数：
❖ 熔断器的工作原理与基本特性：
❖ 当电流流过导体时，因导体存在一定的电阻，所以导体将会发热，且 发热量遵循下面公式：
Q 0.24I 2RT
❖ 其中：Q-发热量；I-流过导体的电流；
❖
R-导体的电阻；T-电流流过导体的时间。
❖ 取决于热量产生的速度和热量耗散的速度。
第三章 常用低压电器元件
第一节 刀开关 第二节 熔断器 第三节 低压断路器 第四节 主令电器 第五节 继电器 第六节 接触器 第七节 电磁铁
第一节 刀开关
❖ 一 刀开关的用途和结构：
❖
刀开关广泛应用于各种低压配电设备，作为
电源隔离开关，也可以用来频繁地接通与断开容
量不大的低压配电电路。
❖
简单的刀开关因没有灭弧措施，分断速度低，
❖ 7.电寿命：(在规定的正常工作条件下，开关电器不需要修理或更换 机械零件的情况下，带负载的操作次数。)刀开关的电寿命为500— 1000次。
三 刀开关的选用
❖ 刀开关的额定电压应等于或大于电路的额定电压， 额定电流应等于或稍大于电路的额定电流。若用刀 开关控制电动机，考虑电动机的启动电流大，选用 额定电流大一些的刀开关。此外，刀开关的通断能
❖ 其它分类形式：
❖
按保护形式分，可分为：过电流保护与过热保护。用于过电流保护的保险
丝就是平常说的保险丝（也叫限流保险丝）。用于过热保护的保险丝一般被称
为“温度保险丝”。温度保险丝又分为低熔点合金形与感温触发形还有记忆合
金形等等（温度保险丝是防止发热电器或易发热电器温度过高而进行保护的，
例如：电吹风、电熨斗、电饭锅、电炉、变压器、电动机等等；它响应于用电
1.额定电压：指在规定条件下，保护电器正常工作的 电压值。目前国内生产的刀开关的额定电压一般 为交流（50Hz）500V以下，直流为440V以下。
2.额定电流：指在规定条件下，保护电器正常工作的 电流值。目前国内生产的刀开关的额定电流一般 为10 、15、20、30、60、100、200、400、600、 1000、1500等。
❖ 组合开关：也是一种刀开关，不过他的刀片是旋转式的，动触头和静触头安装 在封闭的绝缘件内，采用叠装式结构，层数由动触头数目确定。动触头安装在 操纵手柄的转轴上随转轴旋转而改变各对触头的通断状态。
封闭式负荷开关（铁壳开关）
❖ 封闭式负荷开关：俗称铁壳开关。一般在电力排灌、电热器、 电气照明线路的配电设备中，作为手动不频繁的接通与分断 负荷电路用。其中容量较小（额定电流在60以下的）者可用 作交流异步电动机非频繁全压启动的控制开关。铁壳开关主 要有触头和灭弧系统、熔体及操作机构组成并将其装于一铁 壳内。其操作机构有两个特点：一是采用储能合闸方式，即 采用一根弹簧执行合闸和分闸功能，使开关的闭合和分断速 度与操作速度无关。二是设有联锁装置，保证开关合闸后不 能打开箱盖而在箱盖打开后不能再合开关。
❖ 5.热稳定电流：(在规定的使用和性能条件下，开关电路在指定的短 时间内于闭合位置上所能承受的电流。)发生短路故障时，刀开关在 一定时间内通过某一短路电流，并不因温度急剧升高而发生熔焊现象， 这一最大短路电流称为刀开关的热稳定电流。它是额定电流的几十倍。
❖ 6.机械寿命：(开关电器在需要修理或更换机械零件前所能承受的无 载操作次数，)刀开关为不频繁操作电器，机械寿命为5000---10000 次。
❖ 1.按结构形式分类： ❖ 半封闭插入式、无填料密闭管式、有填料密闭管式、快速熔断
器和自复熔断器。 ❖ 2.按适用对象分：专职人员和非专职人员使用。一般专职人员
使用的熔断器一般包括一般工业用熔断器、半导体器件保护用 熔断器（又称快速熔断器）、自复式熔断器 ❖ 3.按工作类型分：g类和a类 ❖ g类熔断器又称全范围分断熔断器，可在规定的条件下分断从 最小熔化电流到其额定分断电流之间的任何电流；a类熔断器 又称部分范围分断熔断器，只能分断从4倍额定电流到其额定 分断电流之间的任何电流。 ❖ 4.按使用类别分：G类和M类 ❖ G类为一般用途熔断器，常用于保护包括电缆在内的各种负载； M类为电动机电路用熔断器，主要用于对电动机负载的保护。 ❖ 常用的gG类和aM类。 gG系列熔断器主要用于对电路的短路 保护；aM系列熔断器主要用于对电动机的短路保护。
❖ 熔断器工作的物理过程： ❖ 1.熔体升温 当电路中出现短路电流时，使熔体温度升高到熔化温度，
但熔体仍然处于固体状态，并没有开始熔化。此时，电流越大，温度 上升越快。 ❖ 2.熔体熔化 熔体继续吸收热量，其中部分金属开始从固体状态转变 为液体状态。由于熔体熔化需要吸收一部分热，因此，这个阶段内， 熔体温度始终保持在熔点。 ❖ 3.电弧产生 熔化了的金属继续被加热直至汽化，即出现金属蒸汽。 此时，由于瞬间小的绝缘间隙的出现，电流突然中断，此时的电路电 压会立即击穿此间隙，产生电弧，从而使电路又一次接通，形成第二 次加热阶段。 ❖ 4.电弧熄灭 电弧形成后，若能量较小，随熔断间隙的扩大将自行熄 灭；否则，电弧燃烧扩散到填料中，使熔体间隙进一步扩大，以致电 弧不能继续燃烧，电弧熄灭。于是熔断器真正切断电流，起到保护电 路的作用。 ❖ 弧前过程主要特点：熔体的升温与熔化，熔断器对故障做出反应。 ❖ 弧后过程主要特点：含有大量金属蒸汽的电弧在间隙内蔓延、燃烧， 最后被熄灭。此过程的持续时间取决于熔断器的灭弧能力。