浅谈低压开关设备和控制设备低压断路器

李明，牛少锋

淅川县电业局，河南 南阳 474450

开关是最普通的电器之一，用于分合电路。常见的开关有刀开关、隔离开关、负荷开关、转换开关、组合开关、空气断路器等。

开关可分为有载操作、无载操作、选择性操作3种，也可分为正面操作和背面操作的开关，还可分为带灭弧和不带灭弧的开关。开关刀口有面接触和线接触两种。线接触刀口开关的刀片易插入，接触电阻小，制造方便。开关常采用弹簧片，以保证接触良好。

1 低压开关

1.1 刀开关的用途及分类

低压开关也称低压隔离器。以刀开关为例，它是低压电器中结构比较简单、应用较广的一类手动电器，主要用于隔离电源，也可用来非频繁地接通和分断容量较小的低压配电电路及直接启动小容量电动机等。

刀开关由闸刀、静插座、手柄和绝缘底板等组成。刀开关有多种。按用途可分为胶盖闸刀开关、铁壳开关、组合开关等；按极数可分为单极、双极和三极；按操作方式可分为直接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式；按投掷方向可分为单投和双投等。

1.2 刀开关的主要技术参数

1）刀开关的额定电压。在长期工作中允许承受的最大电压称为额定电压。目前我国生产的刀开关的额定电压为交流380V，直流220V或440V。

2）刀开关的额定电流。在合闸位置上允许长期通过的最大工作电流称为额定电流。小电流刀开关的额定电流分为10A、15A、20A、30A、60A五个等级，大电流刀开关的额定电流一般为100A、200A、400A、600A、1000A和1500A六个等级。

3）刀开关的分断能力。在额定电压下能可靠地分断的最大电流称为分断能力。一般刀开关只能分断额定电流值以下的电流。当刀开关与熔断器配合使用时，刀开关的分断能力指与其相配合的熔体或熔断器的分断能力。

4）操作次数。操作次数有机械次数和电次数两个指标。刀开关在不带电的情况下所能达到的操作次数为机械次数，即机械寿命；刀开关在额定电压下能可靠分断额定电流的总次数就是电寿命。

5）电动稳定电流。刀开关在一定短路电流峰值所产生的点动力作用下部产生变形、破坏成触刀自动弹出现象时，则此短路电流峰值就是刀开关的电动稳定电流。通常刀开关的电动稳定性电流比额定电流大数十倍。

6）热稳定电流。短路发生时，若刀开关能在一定时间内通过某一最大短路电流，并不会因温度急剧上升而发生熔焊现象，此电流即为刀开关的热稳定电流。

1.3 刀熔开关、组合开关及其他

1）刀熔开关。为了使用方便和减少体积，实际使用中，对于小容量刀开关，常将熔丝或熔断器与刀开关安装在一起，组成兼有通断电路和保护作用的开关电器。

胶盖刀开关即开启式复合开关，适用于交流50Hz、额定电压单相220V和三相380V、额定电流至100A的电路中，作为不频繁地接通和分断有负载电路与小容量线路的短路保护之用。其中，三极开关适当降低容量后，可作为小型感应电动机手动不频繁操作的直接启动及停机用。

2）熔断器式刀开关 熔断器式刀开关即熔断器隔离开关，是以熔断体或带有熔断体的载熔件作为动触点的一种隔离开关。常用的型号有HR5、HR6系列，主要用于额定电压交流660V、发热电流至630A的具有高短路电流的配电线路和电动机电器中，作为电源开关、隔离开关、应急开关。并作为电路 ，但一般不作为直接启停单台电动机之用。

3）组合开关 组合开关又称转换开关，是一种操作手柄可以转动的刀开关。安装组合开关时，可以选择不同类型的动触点和静触点，然后组装，得到不同的接线方案，即可通过“组合”满足各种不同的控制要求。

1.4 刀开关的选择

1）结构的选择。应根据刀开关的作用和装置的安装方式选择是否带灭弧装置。如开关用于分断负载电流时，应选择带灭弧装置的刀开关。可根据装置的安装方式来选择正面、背面、侧面操作方式以及是直接操作还是杠杆操作，是板前接线还是板后接线等。

2）额定电流的选择。额定电流一般应等于或大于分断电路中各个负载电流的总和。对于电动机负载，应考虑启动电流，所以应选额定电流大一级开关。

2 负荷开关

负荷开关通常采用手动操作，是一种非自动双位设备。

负荷开关具有简单的灭弧装置，能用于分合负载线路，但不能分断短路电流，不能对所控制电路提供保护功能。负荷开关通常配合熔断器一起使用，利用熔断器切断故障电流。负荷开关分断后具有明显的断开点，因此它可起隔离开关的作用。负荷开关与隔离开关的本质区别是前者可带负荷操作，而后者却不能。

3 低压断路器

低压断路器过去称为自动空气开关，为了与IEC标准一致，故改用此名。它是一种既有手动开关作用，又能进行自动失压、欠压、过载和短路保护的电器，应用极为广泛。

低压断路器可用来分配电能、不频繁地启动异步电动机、对电动机及电源线路进行保护。当这些设备发生严重过载、短路或欠电压等故障时，低压断路器能自动切断电源，功能相当于负荷开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合，是一种自动切断电路故障用的保护电源。

3.1 低压断路器的类型

1）万能式低压断路器。又称开启式低压断路器，容量较大，具有较高的短路分断能力和较高的稳定性，适用在交流50Hz、额定电压380V的配电网中作为配电干线的主保护，主要型号有DZ10、DZ15两个系列。

2）快速断路器。具有强有力的灭弧装置，最快动作时间可在0.02s以内，用于半导体整液元件和整流装置的保护，主要型号有DS系列。

3）智能化断路器。目前，国产的智能化断路器有框架式和塑料外壳式两种。前者主要用作智能化自动配电系统中的主断路器，后者主要用于配电网中，分配电能和作为电路及电源设备的控制和保护。智能化断路器的控制核心采用了微处理器或单片机技术。它不仅具有普通断路器的各种保护功能，同时还具有实时显示电路中的电气参数，对电路进行在线监视、自动调节、测量、试验、自诊断和通信等功能，能够对各种保护功能的动作参数进行显示，设定和修改，能存储保护电路动作时的故障参数，以便查询。

3.2 低压断路器的结构和工作原理

1）主触点和灭弧系统。主触点是断路的执行元件，用来分合主电路。灭弧系统用于增强主触点的分断能力。主触点是由操作机构和脱扣器操纵通断的，因而操作机构可用操作手柄操作，也可用电磁脱扣机构远距离操作。在正常情况下，触点可接通、分断工作电流。过载或短路故障时，可依靠自由脱扣机构及时切断故障电流，从而保护系统中的电气设备和线路。

2）脱扣器。脱扣器是断路器的感测元件，是实施保护功能的主要元件，由不同功能的脱扣器可以组合成不同性能的低压断路器。

4 结论

设计的样机在企业试验站进行了现场调试、试验，如保护特性的测试、上位机和控制器之间的通信以及液晶显示、测量等，做了大量的运行试验，取得很好的结果。我国为了使断路器赶上国际先进水平，决定把开发智能化断路器列为“八五”重点开发项目。