1.3 开关电器

1.3.1 刀开关

刀开关是结构简单、应用广泛且使用最早的一种手控开关电器。刀开关的典型结构如图1-10所示，由操作手柄、触刀（动触头）、静插座（静触头）和绝缘底板等组成，推动手柄使触刀紧紧插入插座中，电路即被接通。

刀开关是一种手动电器，一般用来不频繁地接通和分断容量不很大的低压供电电路，也可作为电源的隔离开关，三极刀开关适当降低容量后，可对小容量异步电动机作不频繁的直接起停控制。

1．常用刀开关

刀开关的种类很多。按触刀的极数可分为单极、双极和三极；按转换方向可分为单投和双投；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等。常用三极刀开关长期允许通过的电流有100A、200A、400A、600A和1000A5种，其主要型号有HD单投系列和HS双投系列。此外，还有刀开关与熔断器的组合产品。

（1）开启式负荷开关

开启式负荷开关结构示意图如图1-11所示。与一般刀开关相比，增设了熔丝和防护外壳胶盖，熔丝可以实现短路保护，而防护外壳可以防止分断电路时产生的电弧飞出胶盖灼伤操作人员，并且还可以防止极间飞弧造成相间短路。

但这种开关易被电弧灼烧损坏，因此不宜带负载接通或分断电路。但因其结构简单、价格低廉，常用作照明电路的电源开关，也可用于5.5kW以下小容量异步电动机不频繁的直接起停控制。

在控制电路进行合闸或拉闸时，必须盖好上、下胶盖，紧固螺钉，开关操作应动作迅速，以利于迅速灭弧，减少触刀与插座的灼损。开启式负荷开关常用型号有HK1、HK2系列等，HK2系列刀开关主要技术参数如表1-1所示。

（2）封闭式负荷开关

封闭式负荷开关又称铁壳开关，其结构示意图如图1-12所示，它主要由刀开关、熔断器、灭弧装置、操作机构和铁制外壳组成。三相动触刀固定在一根绝缘方轴上，通过操作手柄操纵。操作机构中，在手柄转轴与底座间还装有速动弹簧，使开关的接通或断开速度与手柄的操作速度无关，从而加快了分断速度，有利于迅速灭弧。此外，操作机构还设有机械联锁装置，能保证合闸状态时箱盖不能被打开；而箱盖打开时，手柄则不能操作开关合闸，这样既可防止电弧伤人，又可保证操作人员的安全。

封闭式负荷开关使用时应注意外壳要可靠接地，以防止意外漏电造成触电事故。其常用型号有HH3、HH4、HH10等系列。

2．刀开关选择

1）刀开关的额定电压应等于或大于电路的额定电压。

2）控制普通负载时，刀开关的额定电流应等于或稍大于电路的工作电流。

3）用刀开关控制电动机时，应适当降低容量使用，一般其额定电流要大于电动机额定电流的3倍。

刀开关的图形符号和文字符号如图1-13所示。

3．刀开关使用注意事项

1）安装刀开关时，瓷底座应与地面垂直，手柄向上为合闸位置，不能平装或倒装，以防止闸刀松动落下而发生误合闸，危及人身和设备安全。

2）接线时，电源进线应接在上方的进线端，负载应接在下方的出线端。这样，拉闸后开关与熔丝均不带电，以保证更换熔丝时的安全。

1.3.2 组合开关

组合开关又称为转换开关，其实质为刀开关，不同在于一般刀开关的操作手柄是在垂直于安装面的平面内向上或向下转动，而组合开关的操作手柄则是在平行于安装面的平面内向左或向右转动。由于组合开关结构紧凑，操作方便，组合性强，所以在机床上广泛地用其代替刀开关作为电源的引入开关、照明电路的控制开关，或控制小容量异步电动机的不频繁（每小时关合次数不超过20次）起停与正反转。

组合开关的结构示意图如图1-14所示。它是由单个或多个单极旋转开关叠装在同一根绝缘方轴上组成的，转动开关的手柄时，动触片插入相应的静触片中，使相应的线路接通。开关的顶盖部分则由滑板、凸轮、扭簧及手柄等零件组成操作机构，该机构采用扭簧贮能机构，可使开关快速动作而不受手柄操作速度的影响，因而提高了组合开关的通断能力，同时也利于灭弧。

组合开关有单极、双极和多极之分，其常用型号有HZ5、HZ10、HZ15系列。其中，HZ15系列组合开关主要技术参数如表1-2所示。

组合开关的选择主要根据负载的使用类别、极数、额定电压、额定电流及通断能力等，其中额定电压、额定电流的选择与负荷开关类似。

组合开关的图形符号和文字符号如图1-15所示。

1.3.3 低压断路器

低压断路器又称为自动开关，集控制和多种保护功能于一体。正常情况下可用于不频繁地接通或断开电路及控制电动机的运行；当电路发生严重过载、短路以及失电压等故障时，能自动切断故障电路，有效地保护串接在它后面的电气设备。

1．低压断路器的结构与工作原理

低压断路器的结构如图1-16所示，主要由触点系统、灭弧装置、操作机构和保护装置等几部分组成。开关的主触点靠操作机构手动或电动合闸后，即被锁扣锁在合闸位置，电路故障时，保护装置中的各种脱扣器动作使断路器跳闸分断电路。

当电路正常运行时，串联在电路中的过电流脱扣器6的线圈所产生的电磁吸力不足以吸动衔铁；当发生短路故障时，短路电流超过整定值，衔铁被迅速吸合，同时撞击杠杆并顶开锁扣，使主触点迅速断开将主电路分断，一般过电流脱扣器是瞬时动作的。图1-16中欠电压（失电压）脱扣器8的线圈为电压线圈，在电路正常运行时，其所产生的电磁吸力足以将衔铁吸合，当电源电压过低或降为零时，吸力减小或消失，使衔铁复位并撞击杠杆，使锁扣脱扣，实现了欠电压或失电压保护。图中还有热脱扣器7，其工作原理与后续介绍的热继电器相同。此外，还有分励脱扣器9，可通过按钮SB作为远距离控制分断电路之用。

2．低压断路器的特点

低压断路器结构紧凑、安装方便、操作安全且具有多种保护功能，特别是实现短路保护比熔断器更为优越。因为电路发生三相短路时，很可能只有一相的熔体熔断，造成断相运行，而对于低压断路器，只要发生短路都会使开关跳闸，将三相电路同时切断。此外，低压断路器还具有动作值可调、分断能力较高以及动作后不需要更换零部件等优点，因此，获得了广泛的应用。

3．低压断路器的类型

低压断路器按结构型式主要分为塑壳式和框架式两大类。

塑壳式低压断路器又称为装置式低压断路器，它是用绝缘材料制成的封闭型外壳将所有构件组装在一起，而手动扳把露在正面壳外，一般用作配电系统的保护开关以及电动机和照明电路等的控制开关。国产塑壳式低压断路器产品主要有DZ5、DZ10、DZ15、DZ20等系列。其中DZ15系列塑料外壳式低压断路器的主要技术参数如表1-3所示。

框架式低压断路器又称为万能式低压断路器，它具有绝缘衬底的框架结构底座，它的所有部件都装在框架内，导电部分加以绝缘。主要用于电力网主干线路等大电流电路，或40～100kW电动机回路的不频繁全压起动，并起短路、过载及失电压保护作用。国产框架式低压断路器产品主要有DW系列，其中DW15系列是更新换代产品，而在DW15系列基础上制成的DWX15系列限流式断路器，具有快速断开和限制短路电流上升的特点，特别适合用于可能发生特大短路电流的电路中。DW15系列框架式低压断路器的主要技术参数如表1-4所示。

此外，塑壳式低压断路器和框架式低压断路器都有引进国外先进技术的产品。如引进德国西门子公司制造技术的3VE系列、DZ108系列塑壳式低压断路器、引进美国西屋公司制造技术的H系列塑壳式断路器、引进日本制造技术的AE、AH系列具有高分断能力的框架式断路器等。

4．低压断路器的主要技术参数

1）额定电压。额定电压是指断路器在电路长期工作时的允许电压值。断路器的额定电压在数值上取决于电网的额定电压等级。我国电网标准规定为AC 220V、AC 380V、AC 660V、AC 1140V，DC 220V、DC 440V等。

2）额定电流。断路器的额定电流是指过电流脱扣器允许长期通过的电流值。

3）通断能力。通断能力是指在规定操作条件（电压、频率及交流电路的功率因数和直流电路的时间常数）下，断路器能接通和分断短路电流的能力。

4）机械寿命。机械寿命是指断路器不带电时，允许的最高操作次数。

5）电气寿命。电气寿命是指断路器带电时，允许的最高操作次数。

5．低压断路器的选择

1）低压断路器的类型应根据电路的额定电流及保护的要求选用。电网主干线路等大电流电路主要选用框架式断路器；电气设备控制系统中多选用塑壳式断路器或漏电保护断路器；而建筑配电系统中则一般选用漏电保护断路器。

2）断路器额定电压：大于或等于电路或设备的额定电压。

3）断路器额定电流：大于或等于负载的额定电流。

4）过电流脱扣器的瞬时整定电流：应大于或等于负载电路正常工作时的峰值电流；对于保护笼型感应电动机的断路器，瞬时整定电流为8～15倍的电动机额定电流；对于保护绕线型感应电动机的断路器，瞬时整定电流为3～6倍的电动机额定电流。

5）欠电压脱扣器额定电压：应等于电路的额定电压。

6）热脱扣器电流整定值：应等于负载的额定电流。

7）分励脱扣器额定电压：应等于控制电源电压。

8）额定通断能力：应大于或等于电路的最大短路电流。

低压断路器图形符号和文字符号如图1-17所示。

6．低压断路器的使用注意事项

1）低压断路器应按规定垂直安装，连接导线应符合规定要求。有接地螺钉的低压断路器应可靠连接地线，插入式接线的低压断路器应特别检查其插头是否压紧。

2）脱扣器的整定值不允许随意变动，但应定期检查其动作值的准确性。

3）正常情况下，每6个月应对开关进行一次检修，并清除积尘。

4）低压断路器分断短路电流后，应在切除上一级电源的情况下，及时检查触点情况并进行相应处理。