第五节 开启式负荷开关与低压断路器
【内容提要】
开关是最普通、使用最早的电器，其作用是分合电路、通断电流，常用的有刀开关、隔离开关、负荷开关、转换开关（组合开关）、低压断路器等。下面重点介绍刀开关和低压断路器。
【课堂讲解】
一、开启式负荷开关
开启式负荷开关俗称胶盖瓷底刀开关，是一种结构简单、应用最广泛的手动电器，常用作交流额定电压380V、220V，额定电流不高于60A的照明配电线路的电源开关和小容量电动机不频繁启动的操作开关。
1．刀开关结构原理和图形符号
常用的刀开关外形如图1-44所示，HK2系列瓷底开启式负荷开关如图1-45所示，开关图形和文字符号如图1-46所示。
图1-44常用刀开关外形
图1-45 HK2系列瓷底开启式负荷开关
1-上胶盖2-下胶盖3-插座4-触刀5-操作手柄6-固定螺钉7-进线端8-熔丝9-触点座10-底座11-出线端
图1-46刀开关的图形和文字符号
2．刀开关的接法和主要类型
接线时应将电源进线接在刀开关的上端，负载接在下端，这样拉闸后刀片与电源隔离，可防止意外事故发生。刀开关的主要类型有：大电流刀开关、负荷开关、熔断器式刀开关。常用的产品有：HD11～HD14和HS11～HS13系列刀开关。
3．刀开关的选用和注意事项
（1）刀开关选择时应考虑以下两个方面：
①刀开关结构形式的选择，应根据刀开关的作用来选择，如是否带灭弧装置，若用于分断负载电流，则应选择带灭弧装置的刀开关；根据装置的安装形式来选择，如正面、背面或侧面操作形式，是直接操作还是杠杆传动，是板前接线还是板后接线的结构形式等。
②刀开关的额定电流的选择，一般应等于或大于所分断电路中各个负载额定电流的总和。对于电动机负载，应考虑其启动电流，所以应选用额定电流大一级的刀开关。若再考虑电路出现的短路电流，则还应选用额定电流更大一级的刀开关。
QA系列、QF系列、QSA（HH15）系列隔离开关用于低压配电系统中，HY122系列是带有明显断口的数模化隔离开关，广泛用于楼层配电、计量箱及终端组电器中。
HR3熔断器式刀开关具有刀开关和熔断器的双重功能，采用这种组合开关电器可以简化配电装置结构，经济实用，广泛用在低压配电屏上。
HK1、HK2系列开启式负荷开关用作电源开关和小容量电动机非频繁启动的操作开关。HH3、HH4系列封闭式负荷开关的操动机构具有速断弹簧与机械联锁，用于非频繁启动、28kW以下的三相异步电动机。封闭式负荷开关的额定电压应不小于工作电路的额定电压；额定电流应等于或稍大于电路的工作电流。用于控制电动机工作时，考虑到电动机的启动电流较大，应使开关的额定电流不小于电动机额定电流的3倍。目前，封闭式负荷开关的使用有逐步减小的趋势，取而代之的是大量使用的低压断路器。
（2）使用注意事项：刀开关垂直安装在控制屏或开关板上时决不允许倒装，以防受自身重力而引起误合闸，接线时电源线应接上端、负载接下端。内装熔丝作短路保护和严重过载保护，操作时分合闸动作应迅速，使电弧较快熄灭。
二、低压断路器
低压断路器的功能相当于刀开关、熔断器、热继电器、过电流继电器以及欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠电压、失电压、过载和断路保护的开关电器。低压断路器种类较多，按用途分有保护电动机用的、保护配电线路用的、保护照明线路用的。按结构形式分有框架式和塑壳式断路器。按极数分有单极、双极、三极和四极断路器。
1．结构和工作原理
低压断路器由操作机构、触点、保护装置（各种脱扣器）及灭弧系统等组成。低压断路器工作原理如图1-47所示。
1-主触头2-自由脱扣器3-过电流脱扣器4-分励脱扣器5-热脱扣器6-失压脱扣器7-按钮
图1-47 低压断路器工作原理图
低压断路器的主触点靠手动操作或电动合闸。主触点闭合后，自由脱扣器机构将主触点锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电路。当电路过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片向上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当电路欠电压时，欠电压脱扣器的衔铁释放，使自由脱扣机构动作。分励脱扣器可作为远距离控制用，在正常工作时，其线圈是断电的，在需要远距离控制时，按下启动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触点断开。图1-48为低压断路器的图形和文字符号。
图1-48 低压断路器的图形和文字符号
图1-49 低压断路器实物图
2．低压断路器的分类
低压断路器主要分类方法是以结构形式分类，即装置式和开启式两种。装置式又称为塑料外壳式，开启式又称为框架式或万能式。
①装置式低压断路器：装置式低压断路器外有塑料外壳，内装触点系统、灭弧室及脱扣器等，可手动或电动（对大容量断路器而言）合闸，有较高的分断能力和动稳定性，有较完整的选择保护功能，广泛用于配电电路中。塑料外壳式断路器是低压配电电路、电动机控制和保护电路中的一种常用的开关电器，其型号有DZ47系列。图1-49所示低压断路器，图1-50是断路器型号说明。
图1-50 断路器型号说明
②开启式低压断路器：开启式低压断路器一般容量较大，具有较高的断路分断能力和较高的动稳定性，适用于交流频率50Hz，额定电压380V的配电线路中作配电干线的主保护。图1-51所示为DW型开启式低压断路器实物图。
开启式低压断路器主要由触点系统、操作机构、过电流脱扣器、分励脱扣器、欠电压脱扣器、附件及框架等组成，全部组件进行绝缘后装于框架结构底座中。
图1-51 DW型开启式低压断路器实物图
目前常用的有DW15、ME、AE、AH等系列的开启式低压断路器。DW15系列低压断路器有1000A、1500A、2500A和4000A等型号；操作方式有直接手柄式和杠杆操作、电磁铁操作和电动机操作等，其中2500A和4000A需要较大操作力，所以只能用电动机来代替人工操作。
ME、AE、AH等系列低压断路器的规格型号较为齐全，额定分断能力较DW15系列更强，常用于低压配电干线的主保护电路中。
③智能化低压断路器：目前国产的智能化断路器有框架式和塑料外壳式两种。前者主要用作智能化自动配电系统中的主断路器，后者主要用于配电网中，分配电能和作为电路及电源设备的控制和保护。智能化断路器的控制核心采用了微处理器或单片机技术，不仅具有普通断路器的各种保护功能，同时还具有实时显示电路中的电气参数（电流、电压、功率、功率因数等），对电路进行在线监视、自动调节、测量、试验、自诊断和通信等功能。能够对各种保护功能的动作参数进行显示、设定和修改，保护电路动作时的故障参数能够存储以便查询。如图1-52智能化低压断路器原理框图实物图。
图1-52 智能化低压断路器原理框图及实物
3．使用低压断路器的注意事项
①低压断路器投入使用时应先进行整定，按照要求整定热脱扣器的动作电流，以后就不应随意旋动有关的螺丝和弹簧；
②在安装低压断路器时，应注意把来自电源的母线接到开关灭弧罩一侧的端子上，来自电气设备的母线接到另外一侧的端子上；
③在正常情况下，每6个月应对开关进行一次检修，清除灰尘；
④发生断路、短路事故的动作后，应立即对触点进行清理，检查有无熔坏，清除金属熔粒、粉尘，特别要把散落在绝缘体上的金属粉尘清除掉。
使用低压断路器来实现短路保护比熔断器要好，因为三相电路短路时，很可能只有一相熔断器熔断，造成缺相运行。对于低压断路器来说，只要造成短路就会使开关跳闸，将三相同时切断。低压断路器还有其他自动保护功能，性能优越，但其结构复杂，操作频率低，价格高，因此适合于要求较高的场合，如电源总配电盘。