低压电器的应用Word下载.docx
- 文档编号:16350618
- 上传时间:2022-11-23
- 格式:DOCX
- 页数:27
- 大小:156.80KB
低压电器的应用Word下载.docx
《低压电器的应用Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《低压电器的应用Word下载.docx(27页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
1.2.4使用类别…………………………………………………………………6
第2章低压断路器工作原理…………………………………………………7
2.1塑壳式断路器主要结构………………………………………………………7
2.1.1触头系统…………………………………………………………………7
2.1.2灭弧系统…………………………………………………………………9
2.1.3过载脱扣器………………………………………………………………9
2.1.4短路脱扣器………………………………………………………………9
2.1.5传动机构………………………………………………………………10
2.1.6转轴……………………………………………………………………10
2.1.7绝缘外壳………………………………………………………………10
2.2塑壳式断路器工作原理……………………………………………………11
2.2.1脱扣器为热动—电磁型的塑壳式断路器……………………………11
2.2.2脱扣器为电子式型塑壳式断路器……………………………………13
2.2.3智能型可通信塑壳断路器……………………………………………15
2.2.4带剩余电流保护塑壳断路器…………………………………………17
第3章低压断路器的选用…………………………………………………20
3.1低压电网产生故障的原因与分析…………………………………………20
3.1.1低压配电网络短路电流估算…………………………………………20
3.1.2有关相线接地的短路电流……………………………………………22
3.1.3中性线电流……………………………………………………………23
3.2断路器的额定电流的选择……………………………………………………25
3.2.1配电保护型断路器额定电流的选择…………………………………25
3.2.2电动机保护型额定电流的选择………………………………………25
总结…………………………………………………………………………27
参考文献…………………………………………………………………………28
绪论
低压电器是一种能根据外界的信号和要求,手动或自动地接通、断开电路,以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备,低压电器元件的质量将直接影响到低压供电系统的可靠性。
一、低压电器的发展概况
二十世纪初,发明了三相交流输电线路,电力使用的范围不断扩大,电网的容量也日益增大,对供电电网运行与保护的要求越高,因此发展了低压断路器。
随着多台电动机的运行,为了适应自动的远距离的和频繁的操作,发展了接触器、起动器和各种继电器等控制电器。
上世纪50年代以后,由于生产和科学的进步,电网容量日益扩大,对电源质量和可靠供电的要求又有了提高,同时亦对各种低压电器提出了新的要求。
例如,对低压断路器要求不断提高额定短路分断能力,对于接触器,要求提高机械寿命及电气寿命等。
此外,对于低压电器的性能要求也逐步提高。
例如,对于低压断路器要求保护特性分散性小、稳定性好,保护特性间配合合理,工作可靠。
70年代后,在小容量低压断路器基础上发展了带剩余电流保护功能的断路器,它可作为人身触电的直接或间接的保护以及防火的保护,大大提高了用电的安全性。
近年来,由于计算机的发展,对各个技术领域带来了巨大的影响,低压电器也无例外地应用CAD/CAM技术,使研究与设计进入了一个新阶段。
无论在电器的电磁系统设计与计算、温升特性的计算、电路开断特性的计算、触头灭弧系统的计算以及特殊测试设备的研究等方面都已成为国内外电器研究的重要课题,很多方面都已取得了很大的进展。
以国内低压电器中的低压断路器主流品种而言,其发展经历了从仿制到自行设计各阶段,尤其是国家实行了改革开放政策也加快了产品的发展更新。
万能式断路器第一代产品为仿苏联的DW1、DW2与DW0系列;
第二代产品是从上世纪1958年以后发展的自行设计的DW10系列;
第三代产品是70年代末开发,80年代投放市场的DW15系列;
第四代产品是90年代中期研制成功的DW45(相当于常熟开关制造有限公司公司的CW系列)系列。
塑料外壳式断路器第一代产品为仿苏联的DZ1系列;
第二代产品是上世纪60年代自行设计的DZ10系列;
第三代产品是80年代初开发的DZ20系列;
进入90年代,以常熟开关开关制造有限公司为首自行设计研制成功的CM系列塑壳式断路器代表了第四代产品的诞生,进而大大缩小了与国际先进水平的差距。
二、低压电器研究意义
随着科学技术的不断发展,社会生产、生活等各方面对能源的需求越来越多。
而在各能源中有以电能的使用最为广泛,这是由于电能的使用极为方便。
电能的使用适宜于大规模生产,集中管理和自动控制,而且电能传输损耗小,可以远距离输送,所以世界各国都以电能的拥有量来表征国民经济的发达水平。
电能的生产,尤其是输送为了减少线路上的电能的损耗均采用高压输电。
而对于电能的使用,却大多数是低电压。
这无论是在工业、农业、交通运输、国防、文教卫生、商业以及人民的生活设施等用电部门都不例外。
据统计发电厂生产的电能约有80%以上是通过转换为低电压而使用的。
而对于电网,电机及其它用电设备进行转换、控制、保护和调节都要依靠各种高低压电器来完成。
随着工业化水平的日益发展,不仅对低压电器产品的数量有日益增长的要求,而且对产品的性能、质量、可靠性、品种等要求也越来越高。
第1章低压断路器的重要参数指标
1.1低压断路器的概念及通常分类
低压断路器又称自动开关,它是一种既有手动开关作用,又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。
它是用于额定电压交流1200V或直流1500V以下电路中起保护、控制、调节、转换和通断作用的电器。
它可用来分配电能,不频繁地启动异步电动机,对电源线路及电动机等实行保护,当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路,其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。
而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件,一获得了广泛的应用。
低压断路器,从它的结构、用途所具有的功能来分,就有万能式(又称框架式,国际上通称ACB)和塑料外壳式[国际上通称MCCB,MCB(小型)]两大类,它们相同的作用是:
(1)在正常情况下,作不频繁合、分电路或起动、停止电动机;
(2)在线路或电动机发生过载、短路或欠电压(电压不足)等故障时,能自动切断电路,予以保护。
根据保护对象的不同,断路器又分为四个类型:
(1)配电保护型──保护电源和电气线路(电线、电缆)和设备;
(2)电动机保护型──专作电动机的不频繁起动,运行中中断,以及在电动机发生过载、短路和欠电压时的保护;
(3)家用和类似家用场所保护型──对照明线路、家用电器等的保护;
(4)剩余电流(漏电)保护型──用来保护人身免受电击危险及防止电气火灾的保护器。
按操作方式分有:
电动操作、储能操作和手动操作。
按结构分有:
万能式和塑壳式。
按使用类别分有:
选择型和非选择型。
按灭弧介质分有:
油浸式、真空式和空气式。
按动作速度分有:
快速型和普通型。
按极数分有:
单级、二级、三级和四级等。
按安装方式分有:
插入式、固定式和抽屉式等。
1.2低压断路器的重要参数指标
它的重要参数指标有:
额定电流,额定电压,短路特性,使用类别等等。
1.2.1额定电流
(1)约定发热电流(
)
断路器的约定发热电流是制造厂规定的不封闭断路器在自由空气中做温升试验时的试验电流值,严格来说此值不是一个额定值,今后也不标志在断路器上。
(2)约定封闭发热电流(
断路器的约定封闭发热电流Ithe由制造厂规定,用以对安装在规定的外壳中的断路器进行温升试验。
该约定发热电流可能是无通风的约定值,在这种情况下,外壳应采用规定的最小尺寸,反之,该约定发热电流可能是有通风的约定值,但通风应按制造厂的规定。
(3)额定电流
A、断路器的额定电流(
对于断路器来说,额定电流就是额定持续电流(
)也就是脱扣器能长期通过的电流,对带可调式脱扣器的断路器为可长期通过的最大电流。
B、断路器壳架等级额定电流(
断路器壳架等级额定电流用基本几何尺寸相同和结构相同的框架或塑料外壳中能装的最大脱扣器额定电流表示。
1.2.2额定电压
(1)额定工作电压(
断路器的额定工作电压是指与通断能力以及使用类别相关的电压值,对多相电路是指相间的电压。
(2)额定绝缘电压(
断路器的额定绝缘电压是设计断路器的电压值,电气间隙和爬电距离应参照此值而定,除非带型号产品技术文件另有规定,额定绝缘电压是断路器的最大额定工作电压。
在任何情况下,最大额定工作电压不超过额定绝缘电压。
(3)额定冲击耐受电压(
断路器的额定冲击耐受电压是在规定的试验条件下,不造成击穿的工频正弦电压的有效值。
1.2.3短路特性
(1)额定短路接通能力
断路器的额定短路接通能力是有具体产品标准或制造厂规定的在规定的电压;
额定频率以及一定的功率因数(后时间常数)下断路器能够接通的电流值,用最大预期电流峰值表示。
额定短路接通能力就是断路器在相应于电源电压为额定工作电压的105%时能够接通的电流。
(2)额定短路分断能力(
额定短路分断能力要求断路器在工频恢复电压等于额定工作电压的105%时能够分断额定短路分断能力及以下的任何电流(包括临界负载电流一般临界负载电流在断路器四倍额定电流以下)。
工频恢复电压三相平均值超过额定工作电压的110%时,额定短路分断能力可不作保证。
(3)额定极限短路分断能力(
额定极限短路分断能力(
),是指在一定的试验参数(电压、短路电流、功率因数)
条件下,经一定的试验程序,能够接通、分断的短路电流,经此通断后,不再继续承载其额
定电流的分断能力。
它的试验程序为0—t(线上)C0
(“0”为分断,t
为间歇时间,一般为3min,“C0”表示接通后立即分断)。
试检后要验证脱扣特性和工频耐压。
额定极限短路分断能力可以用预期短路电流来表示(交流情况下是周期分量有效值)
(4)额定运行短路分断能力(
)
额定运行短路分断能力(
),是指在一定的试验参数(电压、短路电流和功率因数)条件下,经一定的试验程序,能够接通、分断的短路电流,经此通断后,还要继续承载其额
定电流的分断能力,它的试验程序为0—t(线上)C0—t
(线上)C0。
额定
运行短路分断能力的试验条件极为苛刻(一次分断、二次通断),由于试验后它还要继续承载额
定电流(其次数为寿命数的5%),因此它不单要验证脱扣特性、工频耐压,还要验证温升。
IEC947_2(以及1997新版IEC60947_2)和我国国家标准GB14048.2规定,Ics可
以是极限短路分断能力Icu数值的25%、50%、75%和100%(B类断路器为50%、75%和
100%,B类无25%是鉴于它多数是用于主干线保护之故)。
(5)额定短时耐受电流(
额定短时耐受电流(
),是指在一定的电压、短路电流、功率因数下,忍受0.05、0.1、0.25、0.5或1s而断路器不允许脱扣的能力,(
)是在短延时脱扣时
,对断路器的电动稳定性和热稳定性的考核指标,它是针对B类断路器的。
在此时间内,断路器不应动作,以考核断路器不会在相间产生的电动力作用下而遭机械损伤,也不会发生很高的温升而破坏零部件的绝缘性能。
对于交流,此电流值是预期短路电流的周期分量有效值,其最小值应符合规定,见下表1-1
表1-1
壳架等级最大额定电流
A
额定短时耐受电流的最小值
≤2500
12
或5KA取较大值
>
2500
30KA
1.2.4使用类别
断路器的使用类别是按断路器在短路情况下是否特别指明对负载侧串联的另一短路保护电器实现选择性保护而规定。
(1)使用类别:
A类
在短路情况下,断路器不明确用作串联在其负载侧的另一短路保护电器的选择性保护,既无人为短延时,因而无额定短时耐受电流要求。
(2)使用类别:
B类
在短路情况下,断路器明确用作串联在负载侧的另一短路保护电器的选择性保护,既有人为的短延时,(可调节)其延时时间不小于0.05S因而有可能制定短时耐受电流的要求。
第2章低压断路器工作原理
低压断路器用于低压配电电路、电动机或其他用电设备电路中,能接通,承载以及分断正常电路条件下的电流,也能在规定的非正常电路条件(例如短路)下接通,承载一定时间(如短路短延时)和分断电流的开关电器。
无论是万能式断路器(国际上简称ACB),塑壳式断路器(国际上简称MCCB),小型断路器(国际上简称MCB)概不例外。
2.1塑壳式断路器主要结构
塑壳式断路器的结构,主要由七个部分组成:
2.1.1触头系统
触头系统是断路器最重要的部件之一,它用来分合电路,遇线路或用电设备发生过载或短路时,触头应能在断路器机构脱扣后可靠开断,不能发生熔焊现象,动静触头间产生的电弧被拉长,然后进入灭弧室,使电弧熄灭。
因此触头系统的触点材料要求具有良好的导电性(保证触头温升)、耐电弧性、耐熔焊和耐电磨损(保证电气寿命)性能良好的银合金材料制成。
随着工业配电网络不断发展,低阻抗大容量变压器在低压配电线路中得到广泛使用,使得电路中发生故障时的短路电流越来越大,有的可高达AC400V、100kA以上。
这就要求在电网中起故障电流分断的断路器,不但要具有足够大的分断能力,而且还应具备显著的限流效应以降低电网中其它电器所受的电动力和发热量,确保用电设备安全,近年来,触头系统的限流技术在低压电器中得到广泛应用。
限流式低压断路器实质上就是利用短路故障电流自身的作用,使接通的触头快速分开,触头间形成迅速增长的电弧电压,从而来限制短路电流。
使触头快速分开的机构有两种:
一种是利用短路电流在触头回路中产生的电动斥力(条件是上下触头间通过的电流方向相反);
另一种是使故障电流通过一个螺管线圈,螺管电磁铁的铁心在电磁力作用下动作,快速推开动触头。
由于后者结构较复杂,所以第一种限流型触头结构在目前国际上得到广泛应用。
就触头结构而言,主要有以下几种(见图一)
ABC
DE
图2-1
A——传统方案,无限流作用
B——单向电动斥力触头(上触头可绕轴转动)
C——双向电动斥力触头(上下触头可分别绕轴向相反方向转动)
D——用U型电磁铁加强触头区域自励磁场(磁吹弧)
E——桥式双断点电动斥力触头
限流断路器均利用触头(含触头臂)之间产生的电动斥力来达到限流目的。
当处于接通状态的上下触头通过方向相反的故障电流时,(如图二),触头臂之间产生的电动斥力可用下式表达
电动斥力F=KI
(L/d)2-1
图2-2
式中:
K:
比例常数
Ip:
故障电流峰值
L:
触头臂长度(上下触头公共部分)
D:
触头接通时上下触头臂之间的距离
塑料外壳式断路器的触头结构大部份采用图一中方案B结构,这种结构工艺较简单,成本较低,工作可靠性好,经试验对比,方案B的实际分断的短路电流仅为理论短路电流的
。
如预期短路电流为AC400V,50kA,由于采用方案B的电动斥力触头结构,在电动斥力作用下,短路电流达到约17kA左右触头已斥开,可获得较为理想的限流效果。
方案C为双向电动斥力触头结构,在短路电流发生时,由于上下触头向相反方向斥开,所以在单位时间内,触头间离开距离的增长量比方案B大,限流效果更好,其实际分断的短路电流仅为理论短路电流的
~
另外为了获得足够大的电动斥力,均尽可能加大了触头臂长度L和缩小了触头接通时上下触头之间的距离d,以获得理想的限流效果(限流系数均在0.30以下)。
2.1.2灭弧系统
(1)灭弧室:
加大了灭弧室容积,尽可能增加了灭弧栅片数量,设置了引弧片和电弧能量吸收板,以利电弧迅速引向灭弧室,并被灭弧栅片切割成串联的短弧,通过灭弧栅片的冷却,使弧柱降温,去游离效果增大,电弧电压上升,最终使电弧熄灭。
(2)在进线端子的隔弧板处覆盖阻燃绝缘纸板,使产品达到了飞弧短的目的。
另外地可增加装零飞弧罩,满足了零飞弧要求。
2.1.3过载脱扣器
(1)热动式:
由发热元件与双金属元件组成。
它分为直热式和旁热式两种,直热式只有双金属元件无发热元件一般用于小电流规格,绝大部分产品用旁热式结构。
当有一定的过载电流流过发热元件时,热量传递给双金属片,使之受热而弯曲,推开牵引杆,使跳扣锁扣脱扣,四连杆传动机构带动转轴与触头使断路器跳闸。
(2)液压式(又称油杯式):
由铁心、衔铁、油管、线圈、磁轭等组成,铁心置于注入硅油的油管内,铁心上装有复位弹簧,当有过载电流流过电磁线圈时,铁心受电磁力作用缓慢上升,经一定延时后,铁心上升到一定位置,在克服了的衔铁的弹簧反力后,衔铁吸下,推动牵引杆使断路器跳闸。
这种结构由于较复杂,且对硅油的粘度要求较高,受环境温度影响较大,目前已被基本淘汰。
2.1.4短路脱扣器(又称瞬时脱扣器)
短路脱扣器是一个电磁铁机构,主要分为拍合式(使用场合较多)与螺管式两种。
(1)拍合式:
由衔铁、磁轭、线圈、反力弹簧等组成。
线圈绕在磁轭上,当短路电流发生并通过线圈时产生磁场,短路电流与线圈匝数的乘积IW称为磁动势,当磁动势足够大时,电磁力克服挂于衔铁上的弹簧反力,衔铁被磁轭吸合,推动牵引杆,使断路器脱扣跳闸而起到短路保护作用。
(2)螺管式:
由铁心、磁极、磁轭、线圈、反力弹簧与绝缘管等组成。
磁极、铁心与反力弹簧安装于绝缘管内。
当短路电流发生并通过线圈时产生磁场,铁心被磁极吸合,拉动牵引杆,使断路器脱扣跳闸。
螺管式结构的优点是灵敏度高,固有动作时间短,而且其反力弹簧得到绝缘管的保护,不会受电弧影响而退火,所以短路保护特性在整个产品寿命期内将十分稳定,工作十分可靠。
缺点是结构较复杂,动作特性调整较困难。
2.1.5传动机构
传动机构主要由支架、跳扣、锁扣、连杆、弹簧和牵引杆等组成,它的作用是用手动或用手动操作机构,电动操作机构来操作触头的合、分。
在断路器合闸时,主弹簧被拉伸、传动机构贮能。
在出现过载或短路时可自由脱扣。
2.1.6转轴
采用机械强度、耐热性、绝缘性能均良好的DMC不饱和聚酯模塑料制成的整体绝缘转轴取代传统结构的绝缘方轴,三相触头各自安装在绝缘转轴上,摒弃了传统设计中将三相触头与绝缘方轴铆装的结构。
它的优点在于:
(1)传统的铆装结构,在产品使用时,通断电路自然产生产品的发热和冷却,由于触头及方轴材质不同,其受热膨胀和冷却收缩程度也不同,容易导致铆装处松动,从而使产品触头压力与超行程变小,触头温升上升,严重时产品会发生故障而烧毁,而整体转轴用弹簧安装触头无松动的后患。
(2)可容易的通过调整弹簧参数获得理想的触头压力,同时由于弹簧被绝缘转轴所保护,不易受电弧影响,在产品整个寿命期触头压力比较稳定。
(3)由于传统结构的绝
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 低压电器 应用