2.3 熔断器的基本知识（课件）-《工厂电气控制设备》同步教学（清华大学出版社）

项目2 常用自动控制电器认识 知识要求 认识常用自动控制电器的结构、特点。 技能要求 掌握常用自动控制电器好坏的判别方法。 掌握常用电工工具和电工仪表的使用。 学习情景2.3 熔断器的基本知识 【问题的提出】 熔断器是一种应用广泛、简单快捷的保护电器，在电路中用于过载与短路保护。其具有结构简单、体积小、重量轻、使用维护方便、价格低廉等优点。从业人员必须熟悉其结构、型号、规格和用途，并能正确选择、使用与维护。 【相关知识】 1．熔断器的结构和工作原理 熔断器主要是由熔体(俗称保险丝)和安装熔体的熔管(或熔座)组成。熔体是熔断器的主要部分，其材料一般由熔点较低、电阻率较高的金属材料(如铝锑合金丝、铅锡合金丝和铜丝等)制成。熔管是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。 熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路正常工作时，熔体允许通过一定大小的电流而不熔断；当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到熔体的熔点时，熔体熔断切断电路，从而达到保护电路的目的。 电流流过熔体时产生的热量与电流的平方和电流通过的时间成正比，因此，电流越大，熔体熔断的时间越短。这一特性称为熔断器的保护特性(或安秒特性)，如图2-15所示。 图2-15 熔断器的保护特性 熔断器的安秒特性为反时限特性，即短路电流越大，熔断时间越短，这样就能满足短路保护的要求。由于熔断器对过载反应不灵敏，不宜用于过载保护，主要用于短路保护。 2．熔断器的分类 1) 瓷插式熔断器 图2-16 瓷插式熔断器 1—瓷底座 2—动触点 3—熔锡 4—瓷插件 5—静触点 由于其结构简单、价格便宜、更换熔体方便，因此广泛应用于380V及以下的配电线路末端，作为电力、照明负荷的短路保护。 2) 螺旋式熔断器 图2-17 螺旋式熔断器 1—瓷帽 2—熔芯 3—底座 熔断管上有一个标有颜色的熔断指示器，当熔体熔断时熔断指示器会自动脱落，显示熔丝已熔断。 在装接使用时，电源线应接在下接线座，负载线应接在上接线座，这样在更换熔断管时(旋出瓷帽)，金属螺纹壳的上接线座便不会带电，保证维修者安全。它多用于机床配线中作短路保护。 3．熔断器的选择 在选用熔断器时，应根据被保护电路的需要，首先确定熔断器的类型，然后选择熔体的规格，再根据熔体确定熔断器的规格。 1) 熔断器类型的选择 选择熔断器的类型要根据线路要求、使用场合、安装条件、负载要求的保护特性和短路电流的大小等来进行。电网配电一般用管式熔断器；电动机保护一般用螺旋式熔断器；照明电路一般用瓷插式熔断器；保护可控硅元件则应选择快速式熔断器。 2) 熔断器额定电压的选择 熔断器的额定电压大于或等于线路的工作电压。 3) 熔断器熔体额定电流的选择 (1) 对于变压器、电炉和照明等负载，熔体的额定电流IfN应略大于或等于负载电流I。即 IfN≥I (2-1) (2) 保护一台电动机时，考虑起动电流的影响，可按下式选择： IfN≥(1.5～2.5)IN (2-2) 式中：IN ——电动机额定电流(A)。 (3) 保护多台电动机时，可按下式计算： IfN≥(1.5～2.5)INmax+∑IN (2-3) 式中：INmax ——容量最大的一台电动机的额定电流；   ∑IN ——其余电动机额定电流之和。 4) 熔断器额定电流的选择 熔断器的额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。 图2-18所示为熔断器型号的意义。 学习情景2.4 低压断路器的基本知识 【问题的提出】 低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，主要用于低压动力电路中。它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合，不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以分断短路电流。从业人员必须熟悉其结构、型号、规格和用途，并能正确选择、使用与维护。 【相关知识】 1．低压断路器的工作原理 低压断路器主要由触点系统、操作机构和保护元件三部分组成。主触点由耐弧合金制成，采用灭弧栅片灭弧，操作机构较复杂，其通断可用操作手柄操作，也可用电磁机构操作，故障时自动脱扣，触点通断瞬时动作与手柄操作速度无关。其工作原理如图2-19所示。 图2-19 低压断路器原理图 1—分闸弹簧 2—主触点 3—传动杆 4—锁扣 5—过电流脱扣器 6—过载脱扣器 7—失压脱扣器 8—分励脱扣器 断路器的主触点是依靠操作机构手动或电动合闸的，并由自动脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。如果电路发生故障，自动脱扣机构在有关脱扣器的推动下动作，使挂钩脱开，主触点2在弹簧的作用下迅速分断。过电流脱扣器5的线圈和过载脱扣器6的线圈与主电路串联，失压脱扣器7的线圈与主电路并联，当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁被吸合，使自动脱扣机构动作；当电路过载时，过载时脱扣器的热元件产生的热量增加，使双金属片向上弯曲，推动自动脱扣机构动作；当电路失压时，失压脱扣器的衔铁释放，也使自动脱扣机构动作；分励脱扣器8则作为远距离分断电路使用，根据操作人员的命令或其他信号使线圈通电，从而使断路器跳闸。 2．低压断路器的主要技术参数 1) 额定电压 断路器的额定工作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 220、380、660及1140V，DC 220、440V等。应该指出，同一断路器可以规定在几种额定工作电压下使用，但相应的通断能力并不相同。 2) 额定电流 断路器的额定电流就是过电流脱扣器的额定电流，一般是指断路器的额定持续电流。 3) 通断能力 开关电器在规定的条件下(电压、频率及交流电路的功率因数和直流电路的时间常数)，能在给定的电压下接通和分断的最大电流值，也称为额定短路通断能力。 4) 分断时间 分断时间指切断故障电流所需的时间，它包括固有的断开时间和燃弧时间。 目前我国生产的断路器有DW10、DW15、DW16系列万能式断路器和DZ5、DZ10、DZ12、DZ15、DZ20等系列塑壳式断路器，以及近年来从联邦德国AEG公司引进的ME系列万能式断路器，日本三菱公司引进的AE系列万能式断路器，日本寺崎公司引进的AH系列万能式断路器和德国西门子公司引进的3WE系列万能式断路器。 图2-20 断路器型号的意义 3．低压断路器的选用 (1) 断路器的额定工作电压应大于或等于线路或设备的额定工作电压。对于配电电路来说，应注意区别是电源端保护还是负载保护，电源端电压比负载端电压高出约5%。 (2) 断路器主电路额定工作电流大于或等于负载工作电流。 (3) 断路器的过载脱扣整定电流应等于负载工作电流。 (4) 断路器的额定通断能力大于或等于电路的最大短路电流。 (5) 断路器的欠电压脱扣器额定电压等于主电路额定电压。 (6) 选择断路器的类型，应根据电路的额定电流及保护的要求来选用。 4．低压断路器的维护 (1) 使用新开关前应将电磁铁工作面的防锈油脂抹净，以免增加电磁机构的阻力。 (2) 工作一定次数后(约1/4机械寿命)，转动机构部分应加润滑油。 (3) 每经过一段时间应清除自动开关上的灰尘，以保护良好的绝缘。 (4) 灭弧室在分断短路电流后或较长时间使用后，应清除自动开关内壁和栅片上的金属颗粒和积碳。长期未使用的灭弧室(如配件)，在使用前应先烘一次，以保证良好的绝缘。 (5) 自动开关的触点在使用一定的次数后，如表面发现毛刺、颗粒等，应当修整，以保证良好的接触。当触点被磨损至原来厚度的1/3时，应考虑更换触点。 (6) 定期检查各脱扣器的电流整定值、延时和动作情况。 5．漏电保护断路器 漏电保护断路器是为了防止低压网络中发生人体触电、漏电火灾、爆炸事故而研制的一种开关电器。当人体触电或设备漏电时能够迅速切断故障电路，从而避免人体和设备受到危害。这种漏电保护断路器实际上是有检漏保护元件的塑料外壳式断路器，常见的有电磁式电流动作型、电压动作型和晶体管(集成电路)电流动作型。 漏电保护断路器在接入电路时，应接在电能表(曾称电度表)和熔断器后面，安装应按规定的标志接线。接线完毕后应按实验按钮，检查漏电保护断路器是否可靠动作。漏电保护断路器投入正常运行后，应定期校验，一般每月需在合闸通电状态下按动实验按钮一次，检查漏电保护断路器是否正常工作，以确保其动作可靠性。 实 训 操 作 1．实训目的 (1) 认识常用的自动控制电器并进行拆装。 (2) 学会采用电工仪器判断电器好坏的方法。 2．实训器材 交流接触器、电流继电器、电压继电器、时间继电器、速度继电器、转速表、电工工具、万用表、三相异步电动机。 3．实训内容 (1) 电流继电器与电压继电器的拆装。 (2) 时间继电器所有触点的功能测试。 (3) 速度继电器工作情况测试。 (4) 交流接触器的拆装。 4．实训步骤 (1) 分别将电流继电器与电压继电器进行拆装，观察各自线圈具有什么特点。 (2) 模拟时间继电器通电与断电情景，用万用表测试常开、常闭触点闭合与断开的转换顺序。 (3) 将速度继电器转子连接在三相异步电动机的转轴上，在三相异步电动机正常工作与停止转动时，分别测试速度继电器触点闭合与断开情况并记录转速。 (4) 拆装交流接触器，按照以下过程进行。 ①拆卸：拆下灭弧罩；拆底盖螺钉；打开底盖，取出铁芯，注意衬垫纸片不要丢失；取出缓冲弹簧和电磁线圈；取出反作用弹簧。拆卸完毕后将零部件放好，不要丢失。 ②观察：仔细观察交流接触器结构，零部件是否完好无损；观察铁芯上的短路环、位置及大小；记录交流接触器有关数据。 ③组装：安装反作用弹簧；安装电磁线圈和缓冲弹簧；安装铁芯；安装底盖，拧紧螺钉。安装时，不要碰损零部件。 ④更换辅助触点：松开压紧螺钉，拆除静触点；再用镊子夹住动触点向外拆，即可拆除动触点；将触点插在应安装的位置，拧紧螺钉就可以更换静触点；用镊子或尖嘴钳夹住触点插入动触点的位置，更换动触点。 ⑤更换主触点：交流接触器主触点一般是桥式结构，将主触点的动、静触点一一拆除，依次更换。应注意组装时，零件必须到位，无卡阻现象。 5．实训考核 课 后 练 习 1．本单元学习的保护电器有哪些种类？举例说明它们分别使用于什么场合。 2．比较接触器与电磁式继电器的异同点。 3．时间继电器的延时触点有哪些种类？分别说明各自的闭合与断开的顺序。 4．通过电工手册等资料查阅本节所学电器的型号与意义。 $$