电气设备第二章低压开关设备ppt课件

第二章低压开关设备 定义 500伏以下的电路的控制电器 包括 闸刀开关 接触器 磁力启动器 自动空气开关等4类应用 发电厂 变电所及其它低压配电装置中 接通和断开交直流电路灭弧 空气中拉长电弧或灭弧栅将长电弧截为短电弧 1 1特点最简单的手动操作电器 额定电流最大为1500A 与熔断器串联 短路或过载时切断电路速断刀片 通过弹簧与主刀片相连 电弧产生于速断刀片 保护主刀片1 2分类极数 单极 双极和三极灭弧结构 带灭弧罩和不带灭弧罩操作方式 直接手柄操作和连杆操作用途 单投和双投 1闸刀开关 a 刀开关结构 b 符号 组合开关又称转换开关 常用的组合开关有HZ10系列 其结构如图1 8所示 图1 8HZ系列转换开关 3按钮 适用 手动控制低压电器的线圈通 断电 进而控制其它设备 信号电路控制种类很多 按需选择 红色 停止按钮 2组合开关 转轴 手柄 弹簧 凸轮 绝缘垫板 动触头 静触头 绝缘杆 特点 利用电磁原理实现低压电路的断开和接通 操作方便 动作迅速 灭弧性能好 能频繁操作 远距离控制 应用 电动机控制电路与空气开关等配合 实现自动控制和过电流 过电压保护不可单独切断短路和过载分类 交流和直流结构 电磁铁 触头和灭弧装置 4接触器 接触器是一种电磁式自动开关 主要用于远距离频繁接通和分断交直流主电路及大容量控制电路 其主要的控制对象为电动机 根据主触点通过的电流的种类的不同 接触器有交流接触器与直流接触器之分 接触器的动力来源是电磁机构 直流接触器 交流接触器 接触器工作原理是利用电磁吸力的原理工作的 主要由电磁机构和触头系统组成 电磁机构通常包括吸引线圈 铁心和衔铁三部分 图2 6为接触器的结构示意图与图文符号 图中 1 2 3 4是静触点 5 6是动触点 7 8是吸引线圈 9 10分别是动 静铁心 11是弹簧 当吸引线圈7 8两端加上额定电压时 动 静铁芯间产生大于反作用弹簧弹力的电磁吸力 动 静铁芯9 10吸合 带动动铁芯上的触头动作 即常闭触头1 5和2 6断开 常开触头3 5和4 6闭合 当吸引线圈7 8两端电压消失后 电磁吸力消失 触头在反弹力 弹簧弹力 作用下恢复常态 动铁心 吸引线圈 静铁心 弹簧 4 1 1工作原理按下QA 启动按钮 线圈通电产生磁力克服弹簧拉力 电路接通 HD 红灯 亮辅助触点实现自保持按下TA 停止按钮 线圈断电 电路断开 LD 绿灯 亮电压较低时 接触器能自动断开 4 1交流接触器 CJ 原理接线图 交流电磁式接触器的工作原理 线圈通电后 在铁芯中产生磁通及电磁吸力 此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合 带动触点机构动作 常闭触点打开 常开触点闭合 互锁或接通电路 线圈失电或线圈两端电压显著降低时 电磁吸力小于弹簧反力 使得衔铁释放 触点机构复位 断开线路或解除互锁 D QA TA HD LD 铁心 线圈 A B C 4 1 2交流接触器的结构 下图为交流接触器结构原理图 主要由三部分组成 吸引线圈 铁心 常开主触点 衔铁 常开辅助触点 常闭辅助触点 灭弧罩 3 灭弧系统 大容量的接触器 20A以上 采用缝隙灭弧罩及灭弧栅片灭弧 小容量接触器采用双断口触头灭弧 电动力灭弧 相间弧板隔弧及陶土灭弧罩 石棉水泥灭弧罩灭弧 1 触头系统 采用双断点桥式触头结构 一般有三对常开主触头 主触头 指式或桥触头 接通电路辅助触头 桥式触头 接通信号 电气连锁或自保持作用 2 电磁系统 包括动 静铁芯 吸引线圈和反作用弹簧 螺旋管式和直动式 适合额定电流较小转动式 额定电流较大 触点的形式 1 指形接触 有线接触和面接触之分 一般用于大容量电路 2 桥式点接触用于小容量电路 例如控制电路 按钮 行程开关等 3 桥式面接触用于中 小等容量电路 例如小型接触器等 根据吸引线圈通电电流的性质分类 电磁机构分为直流电磁电磁机构与交流电磁机构 交流电磁机构最为常见 设置障碍消除衔铁的机械振动 通常采用短路环来解决 短路环起到磁分相的作用 把极面上的交变磁通分成两个相位不同交变磁通 这样 两部分吸力就不会同时达到零值 当然合成后的吸力就不会有零值的时刻 如果使合成后的吸力在任一时刻都大于弹簧拉力 就消除了 4 1 3电磁机构的特点 短路环 吸引线圈 铁心 衔铁 1 电磁机构电磁机构由线圈 动铁心 衔铁 和静铁心组成 其作用是将电磁能转换为机械能 产生电磁吸力带动触点动作 2 触点系统包括主触点和辅助触点 主触点用于通断主电路 通常为三对常开触点 辅助触点用于控制电路 起电气联锁作用 故又称联锁触点 一般常开 常闭各两对 3 灭弧装置容量在10A以上的接触器都有灭弧装置 对于小容量的接触器 常采用双断口触点灭弧 电动力灭弧 相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧 对于大容量的接触器 采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧 4 其他部件包括反作用弹簧 缓冲弹簧 触点压力弹簧 传动机构及外壳等 4 1 4CJ10交流接触器 3主触点 1灭弧罩 2触点压力弹簧片 5线圈 6短路环 7静铁心 9动铁心 10常开辅助触点 11常闭辅助触点 4反作用弹簧 5 CJ10交流接触器特点 Ie为150A 工作可靠 通断能力较大桥式触头系统 有两对常开和两对常闭辅助触头直动式铁芯 静铁芯末端安装短路环 减少震动和噪音震动原因 交变磁通过零时 磁力为零 动铁芯受力也是交变的 故产生易震动 短路环原理 短路环产生的感应磁通滞后线圈主磁通90度 二者叠加后动铁芯受力增加 且大于0 4 1 5CJ12交流接触器Ie为600A 工作可靠 通断能力较大指式主触头系统转动式铁芯动触头 辅助触头在转轴上 D 控制电路图 常开辅助触头 电动机 常闭触头 常开主触头 注 闸刀开关 熔断器未示出 4 1 6控制电路 常开触头 A B C 4 2直流接触器 CZ0 直流接触器主要用于远距离接通和分断直流电路 还用于直流电动机的频繁起动 停止 反转和反接制动 适用 400V 600A以下直流线路远距离控制和频繁操作主要结构和工作原理与交流接触器基本相同 在结构上也是由电磁机构 触点系统和灭弧装置等部分组成 由于直流电弧比交流电弧难以熄灭 直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧 直流接触器的工作原理如下 当接触器线圈通电后 线圈电流产生磁场 使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心 并带动触点动作 常闭触点断开 常开触点闭合 两者是联动的 当线圈断电时 电磁吸力消失 衔铁在释放弹簧的作用下释放 使触点复原 常开触点断开 常闭触点闭合 与交流接触器工作原理相同 不同之处在于交流接触器的吸引线圈由交流电源供电 直流接触器的吸引线圈由直流电源供电 4 3接触器的主要技术指标4 3 1额定电压4 3 2额定电流4 3 3吸引线圈额定电压4 3 4通断能力4 3 5操作频率4 3 6交直流接触器的额定操作频率 4 4接触器的选择接触器的选择原则 4 4 1根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型 一般直流电路用直流接触器控制 当直流电动机和直流负载容量较小时 也可用交流接触器控制 但触头的额定电流应适当选择大些 4 4 2接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压 4 4 3吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致 4 4 4额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流 根据负载额定电流 接触器安装条件及电流流经触头的持续情况来选定接触器的额定电流 5磁力起动器 原理 交流接触器和热继电器组合而成 又名电磁开关 应用 远距离控制三相鼠笼电动机功能 电动机停止 起动 改变旋转方向 失压和过载保护 注 串联熔断器实现短路保护 原理 利用电流通过电阻丝产生的热效应切断电路 保护电动机长期过载的自动控制电器 结构特点 双金属片结构简单 体积小 良好的反时限特性 应用广泛主动层材料 铁铬合金被动层材料 铁镍合金 5 1热继电器 5 1 1JR1型热继电器工作原理 右图为工作原理示意图属间接加热方式加热元件串联于主电路电流过载时 产生大于额定电流产生的热量 使双金属片受热弯曲 不能支撑动触点弹簧使静 动触点分离 切断控制电路 主电路断开复位实际装置更复杂 动触点 静触点 双金属片 支撑弹簧 工作原理示意框图 转轴 5 1 2JR15型热继电器工作原理 属复合加热方式加热元件串联于主电路 并缠绕在双金属片外过载时双金属片受热弯曲 弹簧使静 动触点分离 切断控制电路 切断主电路复位方式 5min后自动复位3min后可手动复位调节弹簧改变整定电流大小环境温度的影响由补偿双金属片消除 一对常开和常闭触点 1 过载保护 通过热继电器实现 2 短路保护 通过熔断器实现3 连锁保护 通过接触器两个常闭触点实现4 欠压保护 通过接触器线圈实现 电压继电器线圈匝数多 导线细 工作时并联在回路中 根据线圈两端电压的大小接通或断开电路 5 1 3电压继电器 5 1 4电流继电器 a 过电流继电器 b 欠电流继电器 电流继电器的符号图 电流继电器的线圈串接于电路中 根据线圈电流的大小而动作 这种继电器的线圈导线粗匝数少 线圈阻抗小 5 1 5时间继电器时间继电器用来按照所需时间间隔 接通或断开被控制的电路 以协调和控制生产机械的各种动作 因此是按整定时间长短进行动作的控制电器 时间继电器种类很多 按构成原理有 电磁式 电动式 空气阻尼式 晶体管式和数字式等 按延时方式分 通电延时型 断电延时型 5 1 6速度继电器速度继电器是以速度的大小为信号与接触器配合 完成笼型电动机的反接制动控制 故亦称为反接制动继电器 速度继电器常用于铣床和镗床的控制电路中 a 外形 b 结构 c 符号速度继电器外形 结构和符号图 5 2磁力启动器 5 2 1工作原理按下QA QC通电并自保持 主电路接通过载RJ动作断开控制回路 QC断电失压保护 电压低于85 QC不能自保持 控制电路展开图 QC常开辅助触头实现自保持 RJ触头 QC常开触头 注 闸刀开关 熔断器未示出 RJ QC线圈 QA启动开关 TA停止开关 ABC 5 2 2可逆磁力启动器 两个交流接触器和一个RJ 电动机可正 反转正转 ZQA接通 ZQC接通控制电路反转 FQA FQC接通控制电路 且使A和C相对调 电动机反转 控制电路展开图 注 闸刀开关 熔断器未示出 电气连锁 FQC回路中串联ZQC的常闭触点 因此ZQC接通时 按下FQA不能接通FQC 可防止短路 必须按下TA 才能改变电动机转向 TA停止开关 ABC 复合按钮 FQA按下 同时断开ZQC回路 FQC常闭触点断开 ZQC断开 主电路断开 同时 FQC接通 迅速实现反转电气连锁和机械联锁 应用广泛 注 熔断器未示出 6 自动空气开关 定义自动切断故障的低压保护电器 广泛用于电厂和变电所的低压配电装置 特点适用于正常情况下不频繁操作的电路与闸刀开关 熔断器组合结构相比 能多次动作 动作电流值可调 选择性好 断流能力大 可靠 6 1工作原理 电磁铁线圈串连在主电路中短路和过载时 电磁力大 吸引衔铁 使搭钩和钩杆分离弹簧带动钩杆 断开电路即电流脱扣器 电磁铁直接作用于脱扣器 最小 脱扣电流 脱扣器启动的电流弹簧调节 脱扣电流可调 文字符号QF 俗称 低压自动开关 低压断路器 或 空气开关 等 1 作用是低压供配电系统中最主要的电器元件 不仅能带负荷通断电路 而且能在短路 过负荷 欠压或失压的情况下自动跳闸 断开故障电路 2 原理结构其示意图如图所示 图自动空气开关工作原理示意图1 主触头2 跳钩3 锁扣4 分励脱扣器5 失压脱扣器6 7 脱扣按钮8 电阻9 热脱扣器10 过电流脱扣器 6 2结构元件 主触头 块状 承受工作电流 用于通断主电路嵌有银减小电阻灭弧触头 保护主触头烧损 装有可更换的黄铜灭弧端头副触头 1000A以上 作用与灭弧触头相同接通顺序 灭弧触头 副触头 主触头断开则相反跳钩它带有弹簧 用来控制主触头的通断动作锁扣用来锁住或释放跳钩 6 2 1触头系统 6 2结构元件 6 2 2灭弧装置 迷宫式灭弧栅 断流能力大灭弧室 石棉或陶瓷制 防止相间短路灭焰栅 金属片 防止电弧火花喷出 6 2 3机构 传动机构 使自由脱扣器工作自由脱扣机构 触头系统和保护装置 作用是接通和断开电路 自由脱扣机构四联杆系统 接通位置 转动点几乎在同一水平线 且中点稍低于两端点连线断路 线圈通电使冲击杆向上运动 连杆中点运动 连杆曲折 带动触点分离再接通 手柄先向下 再向上推即可 6 2 4脱扣器 A 过流脱扣器电磁式和金属片 当线路出现短路故障时 过电流脱扣器动作 将锁扣顶开 从而释放跳钩使主触头断开 B 失压脱扣器如果线路出现失压情况 通过失压脱扣器的动作 以同样原理使主触头断开 如果按下按钮6或7 使失压脱扣器或者分励脱扣器动作 则可以实现开关的远距离跳闸 两个电过流脱扣器 一个失压脱扣器 失压脱扣器的电磁线圈并联在BC相 电压降低 电磁力减小 C 分闸脱扣器 三极自动开关 脱扣器由操作母线独立供电按下TA 常开触点接通 线圈带电 断开主电路TA返回 常开触点断开 线圈断电脱扣器平时无电流通过 D 6 3自动开关类型 DZ系列 装置式封闭塑料外壳 仅手柄和接线柱在壳外DW系列 框架式敞开式结构 保护方案和操作方式多 万能式自动开关 6 3 1DW框架式 额定电压 交流380V 直流400V 电流 4000A结构特点 200 600A 塑料底板 1000 4000A 金属底板 触头系统分三档 200A 主触头 400 600A 主触头 灭弧触头 1000A 主 副触头 灭弧触头 2500 4000A 2 3组1500A触头并联 金属栅片灭弧室 有过流 分闸和失压脱扣器 分瞬时和延时动作两种 三种操作方式 直接手柄1500A 电磁铁200 600A 电动机2500A 自动空气开关的种类 1 按用途分配电用空气开关电动机保护用空气开关照明用空气开关漏电保护空气开关 2 按灭弧介质分1 空气开关2 真空空气开关 3 按极数分单极 双极 三极 四极空气开关注 小型空气开关可经拼装由几个单极的组合成多极的 3 配电用空气开关按结构分塑料外壳式 装置式 空气开关 框架式 万能式 空气开关 4 配电用空气开关按保护性能分非选择型空气开关 瞬时动作型 只作短路保护用 长延时动作型 只作过负荷保护用 两段保护为瞬时和长延时的组合 选择型空气开关 两段保护特性 瞬时和短延时两段组合 三段保护特性 瞬时 短延时和长延时三段组合 DW框架式接线 电磁铁合闸操作电路 HA合闸 C通电 合闸线圈DC接通 产生电磁力 自动开关合闸 DC允许接通时间1S SJ与C同时通电 延时触点1S内断开 使C断电 DC断开 ZK与合闸回路连锁 连锁常闭触点 合闸后 ZK断开 C不能再次接通 SJ常开点防止HA粘住即 合闸后HA粘住 ZK断开状态 SJ常开点处于闭合状态 延时触点SJ断开 C不能接通 框架式自动开关 万能式自动空气开关 介绍 1 结构为框架式结构 整个装置装设在金属或塑料的框架上 目前 主要有DWl5 DWl8 DW40 CBll DW48 DW914等系列及引进国外技术生产的ME系列 AH系列等 其中DW40 CBll系列采用智能型脱扣器 可实现微机保护 2 特点1 框架式自动空气开关的保护方案和操作方式较多 既有手柄操作 又有杠杆操作 电磁操作和电动操作等 而且其安装地点也很灵活 既可装在配电装置中 又可安在墙上或支架上 2 相对于塑料外壳式自动空气开关 框架式自动空气开关的电流容量和断流能力较大 不过 其分断速度较慢 断路时间一般大于0 02s 3 应用框架式自动空气开关主要用于配电变压器低压侧的总开关 低压母线的分段开关和低压出线的主开关 图4 56DW15型框架式自动空气开关a 外形图b 内部结构图1 灭弧罩2 电磁铁3 主轴4 动触头5 静触头6 欠电压脱扣器7 快速电磁铁8 电流互感器或电流电压变换器9 热脱扣器或电子脱扣器10 阻容延时装置11 操作机构12 指示牌13 手动断开按钮14 分励脱扣器 4 DW15型自动开关介绍图4 56是目前推广应用的DW15型自动空气开关的外形图和内部结构图 主要结构及特点 触头系统安装在绝缘底板上 由静触头 动触头和弹簧 连杆 支架等组成 灭弧室里采用钢纸板材料和数十片铁片作灭弧栅来加强电弧的熄灭 操作机构由操作手柄和电磁铁操作机构及强力弹簧组成 脱扣器系统脱扣系统有过负荷长延时脱扣器 短路瞬时脱扣器 欠电压脱扣器和分励脱扣器等 带有电子脱扣器的万能式空气开关还可以把过负荷长延时 短路瞬时 短路短延时 欠电压瞬时和延时脱扣的保护功能汇集在一个部件中 并利用分励脱扣器来使空气开关断开 DW15万能式低压断路器 6 3 2DZ装置式 用于电流较大的低压电路总开关过载 短路时自动跳闸3种电流等级 100 250 600A手动操作 合 分保护装置 复式脱扣器 过载保护 热脱扣器 双金属片弯曲短路保护 电磁脱扣器 线圈带动衔铁跳闸后 手柄处于合 分中间位置手柄向下扳动 再向上 合 过载跳闸则需冷却后复位 5 塑料外壳式 装置式自动开关 介绍 1 结构封闭式结构 即所有机构及导电部分都装在塑料壳内 只在塑壳正面中央有外露的操作手柄供手动操作用 目前常用的塑料外壳式自动空气开关主要有DZ20 DZl5