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低压开关电器——基本开关电器

发布日期:2015/10/13已有 2626 人浏览

>>隔离开关 (或隔离器)


(见图表 H5)
这种开关是一种手动的、可锁定的双位设备 (断开和闭合)。当处在断开位置并锁定时,可提供电路的安全隔离。其特性在 IEC60947-3 中有规定。隔离开关不是设计用于接通或分断电流的[1] ,在标准中也未给出这些功能的额定值。然而它必须能够耐受通过短路电流,并具有额定短时耐受能力,通常是 1s 的时间,除非用户和制造商之间有其他约定。这种能力通常大于较长的 (低值) 运行过电流时间,比如电动机启动时的过电流时间。机械寿命、过电压、漏电流试验也必须满足标准。

图表 H5: 隔离开关 (或隔离器) 的符号

>>负荷开关

(见图表 H6)
这种控制开关通常手动操作 (为操作方便有时可电气操作),是一种非自动双位电器(断开和闭合)。
它用于在正常无故障的电路条件下闭合和分断负荷电路。
因此它不能对所控制的电路提供任何保护。
EC 标准 60947-3 规定了:?
 ● 开关操作频率 (每小时最大 600 次合 / 分循环);?
 ● 机械和电气寿命 (一般小于接触器的值);?
 ● 在正常和非频繁操作的情形下,接通和分断电流的额定值。
当合上开关为电路供电时,总是有可能存在短路状况。因此负荷开关设定有故障电流接通定额,即确保在短路电流的电动力作用下成功闭合。这种开关通常被称为“接通故障,断开负荷”开关。依赖上游的保护装置来清除短路故障。
AC-23 类包括个别电动机的偶而接通。而电容器或钨丝灯的通断则由用户和制造商之间的协议确定。

图表 H6: 负荷开关的符号
图表 H7 所示的应用类别通常不适用于电动机的启停和 / 或加速的设备。
举例: 
一个 AC-23 类别的负荷开关 (感性负荷) 必须能够:?
 ● 功率因数为滞后 0.35 时,接通 10 In (1000 A) 电流。?
 ● 功率因数为滞后 0.45 时,分断 8 In (800 A) 电流。?
 ● 当闭合时,耐受短时短路电流。

应用分类

典型应用

Cos φ                      

接通电流 × In

分断电流 × In

频繁操作

非频繁操作

AC 20A

AC 20B

在无负荷时连接和断开

-

-

-

AC 21A

AC 21B

通断电阻性负荷,包括中等程度的过负荷

0.95

1.5

1.5

AC 22A

AC 22B

通断电阻性和电感性负荷,包括中等程度的过负荷

0.65

3

3

AC 23A

AC 23B

通断电动机或其他高感性负荷

I ≤ 100 A 时为0.45
I > 100 A 时为 0.35

10

8

图表 H7: 按 IEC60947-3 对低压交流开关的应用分类3

>>遥控开关

(见图表 H8)
这种开关广泛用于照明电路的控制,按下按钮开关 (在远程控制位置),将断开已闭合的开关或按双稳顺序闭合已断开的开关。
典型应用:?
 ● 大型建筑楼梯上的双路通断;?
 ● 舞台灯光系统;?
 ● 工厂照明等。
可提供附加设备:?
 ● 随时向远方指明其状态;?
 ● 延时功能;?
 ● 保持触点的特性。

图表 H8: 双稳态遥控开关符号

>>接触器

(见图表 H9)
触器是一种电磁操作开关电器,通常依靠一个降低了电流的通过闭合电磁线圈来保持闭合状态 (尽管有各种机械栓锁类型用于特殊用途)。接触器被用于执行多次通/断循环,并通常由远程 ON/OFF 按钮控制。
IEC60947-4-1 的表 VIII 对大量的重复操作循环进行了标准化如下:?
 ● 运行持续时间:8h;不间断;间断;短时 3、10、30、60 和 90min。?
 ● 应用分类:比如,AC3 分类中的接触器可用于启停鼠笼电动机。?
 ● 启停循环 (每小时 1 ~ 1200 次循环)。?
 ● 机械寿命 (空载操作次数)。  ?
 ● 电气寿命 (带载操作次数)。?
 ● 按照相关应用分类设定额定电流接通和分断特性。
举例: 
AC3 类的一个 150 A 的接触器,在功率因数 (滞后) 为 0.35 时,必须具有分断至少 8 In (1200 A) 电流的能力,和接通至少10 In (1500 A) 电流额定值的能力。

图表 H9: 接触器符号

>>热继电器 [2]

一个带有针对过负荷保护的热继电器的接触器即构成了断路接触器。断路接触器广泛用于对照明电路进行远程按钮控制等,也可考虑作为基本元件用于电动机控制器,见 组合式开关设备元件的“组合开关电器元件”。不可将断路接触器等同于断路器,因为它的短路分断能力仅限于 8 In 或 10 In。因此对于短路保护,还必须在断路接触器的上游串联熔断器或断路器。

>>熔断器

(见图表 H10)
两类低压管装熔断器得到广泛应用:?
 ● 用于居所和类似场合,类型 gG;?
 ● 用于工业场合,类型 gG、gM 或 aM。
第一个字母表明熔断范围:?
 ● “g”表示是全范围分断能力的熔断体;?
 ● “a”表示是部分范围分断能力的熔断体。
第二个字母表明应用类别,这个字母准确说明了时间电流特性,约定的时间和电流。
举例: ?
 ● “gG”表示通用的全范围分断能力的熔断体;?
 ● “gM”表示用于保护电动机电路的全范围分断能力的熔断体;?
 ● “aM”表示用于保护电动机电路的部分范围分断能力的熔断体。
有些熔断器有“熔断器熔断”机械式指示器。当流经熔断器的电流超过给定值一定时间后,通过控制熔体的熔断,熔断器就分断电路。电流 / 时间的关系由每种类型的性能曲线给出。
标准定义了两类熔断器:?
 ● 用于住宅,筒装,额定电流 100 A 以下,指定类型为gG (IEC60269-1 和 3)。?
 ● 用于工业,筒装,类型 gG (通用);gM、aM (用于电动机电路),依照 IEC60269-1 和 2。

图表 H10: 熔断器符号
家用和工业用的熔断器的主要区别是标称电压、电流水平 (要求有很大的物理尺寸) 和故障电流分断能力。gG 类型熔断体经常用于电动机电路的保护,其特性要能够承受电动机的启动电流而不会损坏。
这方面的新进展表现在 IEC 采用了 gM 类型熔断体保护电动机电路,在设计上使其能够承受启动和故障条件。这种类型的熔断器在某些国家很流行,然而现今更为广泛使用的是 aM 类型熔断器配以过负荷热继电器。
gM 类型熔断体具有双重额定值,因而有两个电流值。第一个值 In 指明熔断体和熔断器支持件的额定电流,第二个值 Ich 指明熔断器的时间-电流特性,由 IEC60269-1的表 ΙΙ、ΙΙΙ 和 VI 中的门限所限定。
这两个额定值由两个字母区分,分别限定其不同的应用。
比如:In M Ich 指明该熔断器系用于电动机保护,并具有 G 特性。第一个值 In 对应整体熔断器持续最大电流,第二个值对应熔断体 G 特性。进一步的细节参见 提示。
aM 类型熔断体的特性有电流值 In 和时间电流特性,见下页图表 H14。
重要信息:某些国家标准使用 gI 型 (工业) 熔断器,其所有主要特性与 gG 类型熔断器类似。
但在家用和类似场所不应使用 gI 型的熔断器。

>>熔断器的熔断带—约定电流

熔断器的熔断条件依据其分类由标准定义。
>gG 类熔断器
这些熔断器提供过负荷和短路的保护。约定的不熔断和熔断电流已经标准化,示于图表 H12 和图表 H13。?
 ● 约定不熔断电流值 Inf 是指可熔断元件在特定时间内不熔断的电流值。比如一个 32 A 的熔断器通过电流为1.25 In (即 40 A) 时,1h 内不得熔断。 (见图表 H13) ?
 ● 约定熔断电流 If (图表 H12 中的 I2) 是导致可熔断元件在特定时间内熔断的电流值。
比如:一个 32 A 的熔断器通过电流为 1.6 In (即 52.1 A) 时在 1h 内必须熔断。
IEC 60269-1 标准的试验要求进行试验的熔断器,其运行特性处在两个限制曲线之间 (见图表 H12)。这意味着两个满足试验的熔断器在轻微过负荷时其熔断时间可以相差很多。

图表 H12: gG 和 gM 类熔断器熔断和非熔断电流带

额定电流 In (A) [3]

额定不熔断电流 Inf

额定熔断电流 If

额定时间 (h)

In ≤ 4 A

1.5 In

2.1 In

1

4 < In < 16 A

1.5 In

1.9 In

1

16 < In ≤ 63 A

1.25 In

1.6 In

1

63 < In ≤ 160 A

1.25 In

1.6 In

2

160 < In ≤ 400 A

1.25 In

1.6 In

3

400 < In

1.25 In

1.6 In

4

图表 H13: 低压 gG 和 gM 类熔断器其熔断和约定不熔断电流的范围 (IEC 60269-1 和 60269-2-1) ?
 ● 以上所给的两个关于 32 A 的熔断器的例子,和之前的关于标准试验要求的注释一起解释了这些熔断器为什么在较低的过负荷范围内性能不佳。 ?
 ● 因此需要安装一条载流量比一般电路中所需容量更大的电缆,以避免可能的长时间过负荷所引起的后果 (1h 以上的 60% 的过负荷为最不利的状态)。
经过比较,一个类似的电流额定值的断路器能: ?
 ● 通过 1.05 In,必须能够至少 1h 不跳闸; ?
 ● 当通过 1.25 In 时,则必须在 1h 之内跳闸 (1h 以内的 25% 的过负荷将处于最不利状况)。
>aM 类 (电动机) 熔断器
aM 型熔断器只能对短路电流进行保护,必须总是和另外一个能够提供过负荷保护的器件一起使用。
这类熔断器只能对电路的短路电流进行保护,而要对小于 4 In 的过负荷进行保护就必须要配合其他的开关设备 (如断路接触器或断路器)。因此他们不是自主完备的。
由于 aM 型熔断器并不用于保护低值的过负荷电流,因此没有规定约定的不熔断和熔断电流。对于超出大约 4 In 的故障电流的情况,给出了试验此种熔断器的特征曲线(见图表 H14),并且针对 IEC 60269 而进行试验的熔断器必须得到位于阴影区域内的工作曲线。
注意: 图表中的小“箭头”表示所试验的不同熔断器的电流 / 时间“门限”值 (IEC 60269)。

图表 H14: aM 型熔断器的标准熔断带 (所有电流定额情况下)

>>额定短路分断电流

现代筒装熔断器的一个特性就是,由于在高短路电流情况下[4] 熔断器迅速熔化,电流常常在第一个主峰值出现之前就被切断了,所以故障电流从未达到过它的预期最高值(见图表 H15)。
这种对电流的限制很大程度地减弱了可能出现的热和动应力,借此将使处于故障点的危险和损失减到最小。因此熔断器的额定短路分断电流是基于在预期故障电流交流分量的均方根值。
没有规定熔断器的额定短路接通电流。


图表 H15: 熔断器的限流作用
>提示:
短路电流的初始段包含直流分量,该直流分量的大小和持续时间取决于故障电流回路的 XL/R 比率。
在电源附近 (高 / 低压变压器),当发生瞬时故障时 (交流分量的) Ipeak/Irms 的值可以高达 2.5 (根据国际电工委员会的标准,见下页图表 H16)。
在一个装置较低的配电容量水平下,就像前面提示的, XL 与 R 的比值小,因此末端回路的 Ipeak/Irms 也小,约为 1.41。
只有当故障电流的预期交流分量有效值达到一个特定的水平时,电流峰值限制效应才会出现。例如,在下面的图表 H16 中,100 A 的熔断器将在预期故障电流 (均方根值)达到 2 kA 的峰值时开始切断电路 (a)。用于预期电流为 20 kA 有效值的同样的熔断器将会把电流峰值限制在 10 kA (b)。如果没有电流限制熔断器,这种特定情况下的电流峰值可以达到 50 kA (c)。就像前面提到的,在一个装置较低的配电水平下,R 的值很大程度上压倒了 XL 的值,故障水平往往也很低。这意味着故障电流的大小也许达不到足够高的值来引发峰值限流的作用。另一方面,前面也提到了 (在此种情况下) 瞬间直流电流对电流峰值的大小没有什么作用。

图表 H16: 低电压熔断器的限制电流峰值与故障电流的预期交流分量有效值
注意 关于 gM 类熔断器的额定值 
gM 型熔断器实际上就是 gG 型熔断器,其可熔元件所符合的 Ich (ch 代表“特性”) 可能是,例如,63 A。这是国际电工委员会的试验值,因此它的时间 / 电流特性和一个63 A 的 gG 型熔断器是一样的。
选择这一数值 (63 A) 是为了经受住电动机高起动电流,其稳定运行电流 (In) 范围在10 ~ 20 A 之间。
这意味着能够使用一个外形较小的熔断器圆筒和金属部件,因为在正常工作中所要求的散热程度是与低电流数值 (10 ~ 20 A ) 相关的。
一个适合此种情形的标准 gM 型熔断器将被指定为 32 M63 (即 In M Ich)。 第一个电流额定值 In 关系到熔断体在稳定负荷时的热性能,而第二个电流额定值 Ich 则与其 (短时) 启动电流的性能有关。很明显的是,尽管熔断器适合于短路保护,但它并不能对电动机过负荷提供保护,所以在使用 gM 型熔断器时常常还需要一个单独的热继电器。因此与 aM 型熔断器相比,gM 型熔断器的唯一优点就是本身外形较小以及价格略为低廉。

>>备注:


1.^ 即低压隔离开关基本上是一个无电系统的开关电器,操作时开关两端都没有电压,特别是当闭合时,因为存在着下游短路的可能性,隔离开关常常采取与上游开关或断路器联锁的方式。
2.^ 这种类型并未在 IEC 中定义,但在一些国家普遍使用。(译校注:中国通称为磁力启动器)
3.^ 对于 gM 型熔断器来说为 Ich。 4.^ 对于超出一定范围的电流,取决于熔断器的标称电流额定值,如图表 H15 所示。