发电厂常用低压电器的工作原理研究

陆元英　刘慧清　包国军

摘 要：目前在农业、工业、日常生活以及交通等用电部门中，低压电器的应用十分普遍，而发电厂供电系统中存在大量的低压控制元件，这些元件的质量将严重影响企业的安全生产和设备的安全性、可靠性。因此，本文选取发电厂常用的低压电器，按照作用、功能的不同分为保护类电器和控制类电器，并对其工作原理进行研究分析，为改善电器的可靠性及用电安全提供借鉴和参考。

关键词：低压电器；发电厂；工作原理

低压电器现在主要应用于电力传输系统与电力拖动系统中。截至目前，我国低压电器的种类接近600个，共有120个生产系列，规格标准数量近万[1]。虽然有众多的电器种类，但在选用和使用中安全与经济都是要牢牢把握的两个原则，从而保证设备的可靠运行以及因故障更换时的经济性。

1 发电厂常用低压电器概述

在发电厂中低压电器具有调节、控制、通断与保护功能，其工作电压区间在1200V（交流电压）或者1500V（直流电压）之内[2]。按照其承担的功用，可将其分为保护类电器和控制类电器。前者的工作原理是在电路过载或者其他异常情况下将设备断开，避免遭到破坏；后者则是对电路闭合、断开以及接触进行控制，从而起到控制调节的作用。常用的控制类低压电器主要有接触器和刀开关等，而常用的保护类电器有熔断器和热继电器等。

2 保护类电器的工作原理分析

2.1 刀开关的类型及原理

刀开关在低压控制中的应用十分广泛，以前被称为隔离开关或者闸刀开关，通常采用手动方式进行控制，以隔离电源和分段负载为基本功用，其中隔离电源的功能有利于设备检修、维护等工作，保障检修及维护人员的安全。而分断负载功能能将接入电路频率较低以及分段容量不足的设备和电路进行分断处理。刀开关的整体结构较为简单，包括闸刀、刀夹座、触头等，其中触头若采用熔断体作为构成材料，则一般称为熔断式开关；若触头元件采用叠装式，则称为组合开关。

刀开关的工作原理也十分简单，用接线座容纳进线和出线，依靠动触刀与静触头的接触实现电流的连接。瓷底板固定所有导电部分，而胶盖则起到保护作用，避免接触过程中产生的电弧伤人，并隔开电路中各极而防止短路。另外，在长期使用中金属零件容易掉落，在加装胶盖后能有效防止因金属零件导致的极间短路[3]。

2.2 熔断丝的分类及原理

熔断丝是最为常用的保护类低压电器，由绝缘座和绝缘管组成，其中最核心的部分是熔断体，在电路过载时会导致熔断体熔断，从而导致电路开路，避免因严重过载和短路导致设备损坏的情况。常用的熔断器有管式熔断器、螺旋式熔断器等。

在使用时，熔断器与保护电路串联。由于熔断体具有电热敏特性且自身熔点较低，因此一旦其中所经过的电流过大，将因电阻发热而导致自身熔断。如今熔断器大都具有反时限的特点，即熔断时间与过载电流之间具有负相关关系，所以若电流在一定时间范围内过载，且过载电流量不大的情况下，熔断器并不会直接损坏并形成开路，仍然能够长时间使用。

3 控制类电器的工作原理分析

3.1 继电器的分类及原理

在低压控制电路中继电器的作用介于保护元件与控制元件之间，其主要功能是对控制信号进行反应，从而间接实现对主电路的控制。其功能类似开关，工作原理是利用小电流控制信号对大电流使用信号进行控制，在自动化电路及设备中应用较广，能通过预先设定好的控制规则实现电路转换、安全保护等自动调节功能。

目前，电路中常用的继电器是电磁继电器，这种继电器由触点簧片、衔铁以及线圈等构成。根据电磁效应原理，利用线圈电流克服弹簧弹力，实现电路中开关触点的连接。当电流消失或者减弱到某一数值以下，电磁效应消失，弹簧作用力无法克制，从而实现触点断开。

3.2 限位开关的分类和原理

限位开关是利用机械运动原理，对运动位置进行控制，从而实现设备的往复、变速、反向以及停止等运动。其工作原理与常规按钮类似，不同之处在于前者开关动作的实现是依靠机械运动完成的。按照结构的不同，行程开关一般可分为组合式、微动式以及滚轮式、直动式几种。其工作原理是在装设有模块的机械运动部件运行到预先设定好的位置时，与相应位置的行程开关产生碰撞而连接触点，最终实现切换电路的目的。

3.3 空气开关的分类及原理

空气开关由电压继电器、热继电器、熔断器以及刀开关等组成，又称自动空气断路器，不仅能起到电路控制作用，而且承担保护功能。在短路和过载等情况下会根据电路运行状况实现自动控制功能，在平常使用时可采用手动方法进行控制。

空气开关利用脱扣器实现电流通断，正常负载电流经过电磁线圈时产生的吸引力在一定范围内不会对脱扣器造成影响。而线路一旦短路，则电磁线圈磁力将会瞬间增加，从而在磁铁吸引力的作用下造成脱扣器脱扣，此时弹簧的作用力开始起到作用，使静触头断开，整个电路也会随之断开。多线路发生过载，则热元件将会发热并造成金属片上弯，将锁扣和搭钩推开，使电源切断。

4 总结

低压电器在发电厂中主要起到控制电路闭合断开、调节电路运行的功能。在使用过程中要对技术数据进行确认，并对使用环境和对象进行控制。除了注意电器自身外，还要对环境的空气湿度、有害气体、导电尘埃等条件加以分析，并综合考虑低压电器元件的更换费用、更换难度和使用寿命等因素，以便整体改善低压电器的使用环境和使用效率。

参考文献

[1]纪占平，徐海.发电厂常用低压电器的工作原理[J].科学与财富，2012，12（4）：394.

[2]刘耀杰，李刚，成海洋.探讨继电器在低压电器工程中的功能与应用[J].中国科技博览，2014，23（12）：397.

[3]陈蕊.浅析继电器在电器工程及其自动化低压电器中的应用[J].科学与财富，2015，23（8）：44.

（作者单位：1.内蒙古能源发电兴安热电有限公司；2.内蒙古能源发电新丰热电有限公司；3.内蒙古能源发电兴安热电有限公司；4.中电投内蒙古新能源有限公司）