《工厂电气控制设备》低压断路器 （举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《工厂电气控制设备》低压断路器-讲义 1. 了解低压断路器的定义、种类。 2. 了解低压断路器的结构和工作原理。 3. 了解低压断路器的主要技术数据和保护特性。 4. 了解塑壳式低压断路器典型产品 5. 掌握塑壳式低压断路器选用。 知识点一 低压断路器的定义、种类、结构和工作原理 1、 低压断路器的定义 低压断路器又称自动开关，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠电压、失电压、过载和短路保护的开关电器。 2、 低压断路器的种类 低压断路器种类较多，按用途分有保护电动机用、保护配电线路用及保护照明线路用三类。按灭弧介质分为油浸式、空气式、真空断路式三类:按结构型式分有框架式和塑壳式两种:按级数分有单极、双极、三极和四极断路器。 三、低压断路器的结构和工作原理 各种低压断路器在结构上都由主触头及灭弧装置、各种脱扣器、自由脱扣机构和操作机构等部分组成。 1. 主触头及灭弧装置 主触头是断路器的执行元件，用来接通和分断主电路，为了提高其分断能力，主触头上装有灭弧装置。 2. 脱扣器 脱扣器是断路器的感测元件，也是断路器的保护元件。当电路出现故障时，脱扣器感测到故障信号后，经自由脱扣器使断路器主触头分断，从而起到保护作用。按感测的故障信号不同，有以下几种脱扣器。 (1) 分励脱扣器 用于远距离使断路器断开电路的脱扣器，其实质是一个电磁铁，由控制电源供电，可以按照操作人员指令或继电保护信号使电磁铁线圈通电，衔铁动作，使断路器切断电路。一旦断路器断开电路，分励脱扣器电磁线圈也就断电了，所以分励脱扣器是短时工作的。 (2) 欠电压、失电压脱扣器这是一个具有电压线圈的电磁机构，其线圈并联在主电路中。当主电路电压消失或降至一定值以下时，电磁吸力不足以继续吸持衔铁，在反力作用下衔铁释放，衔铁顶板推动自由脱扣机构，将断路器主触头断开，实现欠电压与失电压保护。 (3) 过电流脱扣器 其实质是一个电流线圈的电磁机构，电磁线圈串联在主电路中流过负载电流。当正常电流通过时，产生的电磁吸力不足以克服反力，衔铁不被吸合；当电路出现瞬时过电流或短路电流时，吸力大于反力，使衔铁吸合并带动自由脱扣机构使断路器主触头断开，实现过电流与短路电流保护。 (4) 热脱扣器该脱扣器由热元件、双金属片组成，将双金属片热元件串联在主电路中，其工作原理与双金属片式热继电器相同。当过载到一定值时，由于温度升高，双金属片受热弯曲并带动自由脱扣机构，使断路器主触头断开，实现长期过载保护。 3. 自由脱扣机构和操作机构 自由脱扣机构是用来联系操作机构和主触头的机构，当操作机构处于闭合位置时，也可操作分励脱扣机构进行脱扣，将主触头断开。 操作机构是实现断路器闭合、断开的机构。通常电力拖动控制系统中的断路器采用手动操作机构，低压配电系统中的断路器有电磁铁操作机构和电动机操作机构两种。图1所示为DZ5-20型低压断路器的外形和结构。低压断路器的工作原理与符号如图2所示。图中是一个三极低压断路器，三个主触头串联于三相电路中。经操作机构将其闭合，此时传动杆3由锁扣4钩住，保持主触头的闭合状态，同时分闸弹1已被拉伸。当主电路出现过电流故障且达到过电流脱扣器的动作电流时，过电流脱扣器6的衔铁吸合，顶杆上移将锁扣4顶开，在分闸弹簧1的作用下使主触头断开。当主电路出现欠电压、失电压或过载时，则欠电压、失电压脱扣器和热脱扣器分别将锁扣顶开，使主触头断开。分励脱扣器可由主电路或其他控制电源供电，由操作人员发出指令或由继电保护信号使分励线圈通电，其衔铁吸合，将锁扣顶开，在分闸弹簧作用下使主触头断开，同时也使分励线圈断电。 图1 DZ5-20型低压断路器的外形和结构 a)外形 b)结构 1-按钮 2-电磁脱扣器 3-自由脱扣器 4-动触头 5-静触头 6-接线柱 7-发热元件 图2 低压断路器工作原理与符号 a)原理示意图 b)符号 1-分闸弹簧 2-主触头 3-传动杆4-锁扣 5-轴 6-过电流脱扣器 7-热脱扣器 8-欠电压、失电压脱扣器 9-分励脱扣器 低压断路器又称为什么（ ） A. 手动开关 B. 自动开关 C. 隔离开关 D. 负荷开关 【答案】B 【解析】低压断路器又称自动开关，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠电压、失电压、过载和短路保护的开关电器。 1. 下列哪项不是低压断路器的分类依据（ ） A. 用途 B. 灭弧介质 C. 颜色 D. 结构型式 【答案】C 【解析】低压断路器按用途、灭弧介质、结构型式等多种方式分类，颜色不是其分类依据。 2. 低压断路器中，用于远距离使断路器断开电路的脱扣器是（ ） A. 热脱扣器 B. 欠电压脱扣器 C. 分励脱扣器 D. 过电流脱扣器 【答案】C 【解析】分励脱扣器用于远距离使断路器断开电路，其实质是一个电磁铁。 3. 当主电路电压消失或降至一定值以下时，哪种脱扣器会动作（ ） A. 热脱扣器 B. 欠电压、失电压脱扣器 C. 过电流脱扣器 D. 分励脱扣器 【答案】B 【解析】欠电压、失电压脱扣器在主电路电压消失或降至一定值以下时动作，实现欠电压与失电压保护。 1. 低压断路器中，哪个部件负责接通和分断主电路（ ） A. 脱扣器 B. 主触头 C. 自由脱扣机构 D. 操作机构 【答案】B 【解析】主触头是断路器的执行元件，用来接通和分断主电路。 2. 过电流脱扣器的实质是什么（ ） A. 电压线圈电磁机构 B. 电流线圈电磁机构 C. 热元件 D. 双金属片 【答案】B 【解析】过电流脱扣器实质是一个电流线圈的电磁机构，用于过电流与短路电流保护。 3. 低压断路器中，哪个机构用于联系操作机构和主触头（ ） A. 脱扣器 B. 主触头及灭弧装置 C. 自由脱扣机构 D. 操作机构 【答案】C 【解析】自由脱扣机构是用来联系操作机构和主触头的机构。 · 低压断路器的定义与功能：低压断路器，又称自动开关，是低压配电系统中重要的保护和控制元件。它不仅能手动接通和分断电路，还能在电路出现欠电压、失电压、过载和短路等故障时自动切断电路，保护设备和线路的安全。 · 低压断路器的脱扣器类型及其作用：低压断路器包含多种脱扣器，如分励脱扣器、欠电压脱扣器、过电流脱扣器和热脱扣器等。每种脱扣器负责感测不同的故障信号，并通过自由脱扣机构使断路器主触头断开，从而实现相应的保护功能。 · 低压断路器的操作机构与自由脱扣机构：操作机构是实现断路器闭合和断开的关键部件，有手动、电磁铁和电动机等多种类型。自由脱扣机构则用来联系操作机构和主触头，确保在操作机构闭合状态下也能通过脱扣器动作使主触头断开，实现电路保护。这两个机构共同保证了低压断路器的可靠运行。 知识点二 低压断路器的主要技术数据和保护特性 1、 主要技术数据 1. 额定电压 断路器在电路中长期工作时的允许电压值。常用的有220V、380V、500V、660V等。 2. 额定电流 指脱扣器允许长期通过的电流，即脱扣器额定电流。 3. 壳架等级额定电流 指每一件框架或塑壳中能安装的最大脱扣器额定电流。 4. 通断能力 指在规定操作条件下，断路器能接通和分断短路电流的能力。 2、 保护特性 断路器的保护特性主要是指断路器长期过载和过电流保护特性，即断路器动作时间与热脱扣器和过电流脱扣器动作电流的关系曲线，如图1所示。图中出现的转折点，将三条特性曲线分别分成了两段或三段，这就是通常所称的两段保护特性和三段保护特性。其中，曲线上的ab段为过载长延时部分，具有过载电流越大、动作时间越短的反时限特性。ce段为短路短延时部分，它属于定时限动作，即当过电流达到一定值时，经过一定时间的延时后再动作；df段为瞬时动作部分，即当过故障电流达到规定值时，脱扣器立即动作，切断故障电路。即断路器的保护特性有两段保护与三段保护的功能:abdf段为过载长延时、短路瞬动两段保护特性；abce段为过载长延时、短路短延时两段保护特性；abcghf段为过载长延时、短路短延时、严重短路瞬动三段保护特性。 图1 低压断路器的保护特性 1- 被保护对象的发热特性 2- 断路器的保护特性 为了达到良好的保护作用，断路器的保护特性应与被保护对象的发热特性有合理的配合，即断路器的保护特性2应位于被保护对象发热特性1的下方，并以此来合理选择断路器的保护特性。 低压断路器的额定电压是指断路器在电路中长期工作时的允许电压值，以下哪个不是常用的额定电压值？（ ） A. 220V B. 380V C. 1000V D. 660V 【答案】C 【解析】常用的额定电压值有220V、380V、500V、660V等，1000V不在常用范围内。 1. 额定电流是指什么（ ） A. 断路器外壳的最大电流 B. 脱扣器允许长期通过的电流 C. 断路器能接通的最大电流 D. 断路器能分断的最大电流 【答案】B 【解析】额定电流指脱扣器允许长期通过的电流，即脱扣器额定电流。 2. 壳架等级额定电流是指什么（ ） A. 断路器整体的最大电流 B. 每一件框架或塑壳中能安装的最大脱扣器额定电流 C. 断路器能接通和分断的最大短路电流 D. 断路器长期过载保护的最大电流 【答案】B 【解析】壳架等级额定电流指每一件框架或塑壳中能安装的最大脱扣器额定电流。 3. 低压断路器的通断能力是指什么（ ） A. 断路器能长期通过的电流 B. 断路器能接通和分断短路电流的能力 C. 断路器能保护的最大电流 D. 断路器外壳的额定电流 【答案】B 【解析】通断能力指在规定操作条件下，断路器能接通和分断短路电流的能力。 1. 断路器的保护特性中，ab段表示什么（ ） A. 短路瞬动部分 B. 过载长延时部分 C. 短路短延时部分 D. 严重短路瞬动部分 【答案】B 【解析】曲线上的ab段为过载长延时部分，具有过载电流越大、动作时间越短的反时限特性。 2. 断路器的保护特性中，ce段表示什么（ ） A. 过载长延时部分 B. 短路瞬动部分 C. 短路短延时部分 D. 严重短路瞬动部分 【答案】C 【解析】ce段为短路短延时部分，它属于定时限动作，即当过电流达到一定值时，经过一定时间的延时后再动作。 3. 断路器的保护特性中，df段表示什么（ ） A. 过载长延时部分 B. 短路短延时部分 C. 短路瞬动部分 D. 严重短路长延时部分 【答案】C 【解析】df段为瞬时动作部分，即当过故障电流达到规定值时，脱扣器立即动作，切断故障电路。 · 低压断路器的额定参数：包括额定电压、额定电流和壳架等级额定电流。额定电压是断路器长期工作的允许电压，常用值有220V、380V等；额定电流是脱扣器允许长期通过的电流；壳架等级额定电流是框架或塑壳中能安装的最大脱扣器额定电流。 · 低压断路器的保护特性：分为两段保护和三段保护。两段保护包括过载长延时和短路瞬动或短路短延时；三段保护则包括过载长延时、短路短延时和严重短路瞬动。这些特性通过热脱扣器和过电流脱扣器实现，确保在不同故障下采取适当保护措施。 · 低压断路器的选型原则：选型时需考虑电路的额定电压、额定电流、保护需求、通断能力等因素。同时，断路器的保护特性应与被保护对象的发热特性合理配合，确保在设备过载或短路时能够及时切断电路，防止设备损坏。此外，还需考虑操作机构类型、安装方式等实际因素。 知识点三 塑壳式低压断路器典型产品及其选用 1、 塑壳式低压断路器典型产品 塑壳式低压断路器根据用途不同分为配电用断路器、电动机保护用和其他负载用断路器，用作配电线路、电动机、照明电路及电热器等设备的电源控制开关及保护。常用的有DZ15、DZ20、H、T、3VE、S等系列，后四种是引进国外技术生产的产品。 DZ20系列断路器是全国统一设计的系列产品，适用在交流额定电压500V以下、直流额定电压220V及以下，额定电流100~125A的电路中作为配电、线路及电源设备的过载、短路和欠电压保护:额定电流200A及以下和400Y型的断路器也可作为电动机的过载、短路和欠电压保护。DZ20系列断路器主要技术数据见表1。DZ20系列型号含义如下: 表1 DZ20系列断路器主要技术数据 2、 塑壳式低压断路器的选用 塑壳式低压断路器常用来作电动机的过载与短路保护，其选择原则是: 1. 断路器额定电压等于或大于电路额定电压。 2. 断路器额定电流等于或大于电路或设备额定电流。 3. 断路器通断能力等于或大于电路中可能出现的最大短路电流。 4. 欠电压脱扣器额定电压等于电路额定电压。 5. 分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。 6. 长延时电流整定值等于电动机额定电流。 7. 瞬时整定电流:对保护笼型异步电动机的断路器，瞬时整定电流为8~15倍电动机额定电流；对于保护绕线转子异步电动机的断路器，瞬时整定电流为3~6倍电动机额定电流。 8. 6倍长延时电流整定值的可返回时间等于或大于电动机实际起动时间。使用低压断路器来实现短路保护要比使用熔断器更加优越，因为当三相电路发生短路时，很可能只有一相的熔断器熔断，造成单相运行。对于低压断路器，只要造成短路都会使开关跳闸，将三相电源全部切断。何况低压断路器还有其他自动保护作用。但它结构复杂，操作频率低，价格较高，一般适用于要求较高的场合。 DZ20系列断路器适用在交流额定电压（ ）以下、直流额定电压220V及以下的电路中。 A. 380V B. 500V C. 660V D. 1000V 【答案】B 【解析】DZ20系列断路器适用在交流额定电压500V以下、直流额定电压220V及以下的电路中作为配电、线路及电源设备的过载、短路和欠电压保护。 1. DZ20系列断路器中，额定电流200A及以下和400Y型的断路器也可作为（ ）的过载、短路和欠电压保护。 A. 照明电路 B. 电动机 C. 电热器 D. 配电线路 【答案】B 【解析】DZ20系列断路器中，额定电流200A及以下和400Y型的断路器也可作为电动机的过载、短路和欠电压保护。 2. 对于保护笼型异步电动机的断路器，瞬时整定电流应为电动机额定电流的（ ）倍。 A. 1-3 B. 3-6 C. 8-15 D. 15-20 【答案】C 【解析】对于保护笼型异步电动机的断路器，瞬时整定电流为8~15倍电动机额定电流。 3. 分励脱扣器额定电压应等于（ ）。 A. 电路额定电压 B. 电动机额定电压 C. 控制电源电压 D. 电源设备额定电压 【答案】C 【解析】分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。 1. 6倍长延时电流整定值的可返回时间应等于或大于（ ）。 A. 电动机额定运行时间 B. 电动机实际起动时间 C. 电路最大短路时间 D. 断路器操作时间 【答案】B 【解析】6倍长延时电流整定值的可返回时间等于或大于电动机实际起动时间。 2. 使用低压断路器来实现短路保护比使用熔断器更加优越，原因是（ ）。 A. 低压断路器价格便宜 B. 低压断路器操作频率高 C. 低压断路器能全部切断三相电源 D. 低压断路器结构简单 【答案】C 【解析】使用低压断路器来实现短路保护要比使用熔断器更加优越，因为当三相电路发生短路时，低压断路器能全部切断三相电源，而熔断器可能只有一相熔断，造成单相运行。 3. 塑壳式低压断路器根据用途不同分为配电用断路器、（ ）和其他负载用断路器。 A. 电动机保护用 B. 照明用 C. 电热器用 D. 工业用 【答案】A 【解析】塑壳式低压断路器根据用途不同分为配电用断路器、电动机保护用和其他负载用断路器。 · 塑壳式低压断路器的分类塑壳式低压断路器根据用途可分为配电用断路器、电动机保护用断路器和其他负载用断路器。这些断路器广泛应用于配电线路、电动机、照明电路及电热器等设备的电源控制开关及保护，确保电路和设备的安全运行。 · DZ20系列断路器的特点与应用DZ20系列断路器是全国统一设计的系列产品，具有过载、短路和欠电压保护功能。它适用于交流额定电压500V以下、直流额定电压220V及以下的电路，特别适用于电动机的过载、短路和欠电压保护。其技术数据全面，能满足不同电路和设备的保护需求。 · 塑壳式低压断路器的选用原则选用塑壳式低压断路器时，需确保断路器的额定电压、额定电流、通断能力等参数与电路或设备的参数相匹配。同时，还需考虑欠电压脱扣器、分励脱扣器的额定电压以及长延时电流整定值、瞬时整定电流等因素，以确保断路器能准确、可靠地保护电路和设备。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$