二、开关电器

开关电器主要用于低压配电系统及电气控制系统中，对电路和电气设备进行不频繁地接通或分断控制电路或直接控制小容量电动机，也可以用来隔离或自动切断电源而起到保护作用。开关电器应用十分广泛，种类很多，主要包括刀开关、组合开关、低压断路器等。

1.刀开关

刀开关是具有刀形触片的各类开关电器的总称，可分为不带熔断器式和带熔断器式两大类，用于隔离电源和无负载情况下的电路转换，其中后者还具有短路保护功能。常用的刀开关有开启式负荷开关和封闭式负荷开关两种。

开启式负荷开关又称瓷底胶盖刀开关，它由刀开关和熔断器组合而成，常用作照明电路的电源开关或用于5.5kW以下三相异步电动机不频繁启动和停止的控制开关。常用的开启式负荷开关有HK1、HK2系列，如图1-1所示。

开启式负荷开关具有实用方便，价格低廉等优点。但在控制电动机时易出现一相熔丝熔断，电动机由于缺相运行而烧坏的现象，且该开关无灭弧装置，分断大电流时产生的电弧很大，易出现人身安全事故，现已逐渐被塑料外壳式低压断路器取代。

封闭式负荷开关是将一个三极刀开关与3个熔断器串联组装在一个铁壳内，故又称铁壳开关。封闭式负荷开关可用于配电电路中作电源开关、手动不频繁地接通或断开带负荷电路，还可作为小型异步电动机的非频繁全压启动的控制开关。常用的封闭式负荷开关有HH系列，如图1-2所示。

负荷开关在选用时的注意事项：

①负荷开关的额定电压应大于或等于负载的额定电压。

②对于照明或电热电路，负荷开关的额定电流等于或大于被控制电路中各负载的额定电流之和。

③对于电动机电路，根据经验，开启式负荷开关的额定电流一般是电动机额定电流的3倍；封闭式负荷开关的额定电流一般是电动机额定电流的1.5倍。

④为保证可靠灭弧及用电安全，封闭式负荷开关不宜用于电流超过60A以上负载的控制。

负荷开关在安装时的注意事项：

①负荷开关不准横装或倒装，更不允许将开关放在地面上使用，而必须垂直地安装在控制柜或开关板上；开启式负荷开关闸刀在合闸状态时，手柄应朝上，不准倒装或平装。

②负荷开关安装接线时，应注意电源进线和出线不能接反。开启式负荷开关电源进线应接在静触点一边的进线端（进线座在上方），而用电设备应接在动触点一边的出线端（出线座在下方），即“上进下出”，不准颠倒，以方便更换熔断器及确保用电安全。封闭式负荷开关接线时，电源线接在静触座的接线端上，负载则接在熔断器一端，不得接反，确保操作安全。

③封闭式负荷开关安装时应保证外壳可靠接地，以防漏电而发生意外。

2.组合开关

组合开关因其可实现多组触点组合，故又称转换开关，是一种变形刀开关，结构上用动触片代替了闸刀，以左右旋转代替刀开关的上下分合动作，有单极、双极和多极之分。组合开关安装尺寸小，操作方便，多用于不频繁接通和断开电路，或无电切换电路。例如，用作机床照明电路的控制开关，或5kW以下小容量电动机的启动、停止和正反转控制。

常用的组合开关型号有HZ等系列。图1-3（a）、（b）所示为HZ-10/3型组合开关的外形与结构，其图形符号如图1-3（c）所示。HZ-10/3型组合开关共有三副静触片，每一副静触片的一边固定在绝缘垫板上，另一边则伸出盒外，并附有接线螺钉，以便和电源及用电器相连接。3个动触片装在另外的绝缘垫板上，并套在方轴上，通过手柄可使方轴作90°的正反向转动，并带动3个动触片分别与对应的三副静触片保持接通或断开。在开关转轴上装有扭簧储能机构，使开关能快速闭合或分断，有效地抑制了电弧过大。

组合开关在选用时，可根据电压等级、额定电流大小和所需触点数选定。

3.低压断路器

低压断路器，简称断路器。它是一种既可用来接通和分断负载电路，又具有电路自动保护功能的低压电器，用于电动机或其他用电设备做不频繁通断操作的电路转换。低压断路器具有多种保护功能，当电路发生过载、短路、欠电压、失电压等非正常情况时，能自动切断与它串联的电路，有效地保护故障电路中的用电设备。漏电保护断路器除具备一般断路器的功能外，还可以在电路出现漏电（如人触电）时自动切断电路进行保护。由于低压断路器具有动作电流可调、分断能力高、操作方便、安全等优点，在各种电气控制系统中得到广泛应用。

（1）低压断路器的结构和工作原理

低压断路器主要由操作机构、触点系统、灭弧装置、保护装置（各种脱扣器）及外壳等组成。图1-4所示为常见自动空气开关的外形。

图1-5所示为低压断路器的工作原理图及图形符号。其中，图1-5（a）中的2是自动空气断路器的三对主触点，与被保护的三相主电路相串联。

当电路正常工作，按下接通按钮时，在外力的作用下，锁链3克服弹簧1的斥力，将固定在锁链上的动触点与静触点闭合，锁链钩住搭钩4，主电路处于接通状态。

当主电路发生短路或产生较大电流时，电磁脱扣器6中线圈所产生的电磁吸合力随之增大，直至将衔铁8吸合，并推动杠杆7，把搭钩4顶离。在弹簧1的作用下主触点断开，切断主电路，起到保护作用。

当电路电压严重下降或消失时，欠电压脱扣器11中的吸力减少或失去吸力，衔铁10被弹簧9拉开，推动杠杆7，将搭钩4顶开，断开主触点。

当电路发生一般过载时，过载电流虽不能使电磁脱扣器6动作，但能使产生一定的热量，使双金属片12受热向上弯曲，将杠杆7推动，锁链3与搭钩4脱开，断开主触点，从而起到保护作用。

（2）智能化低压断路器

随着电气设备的智能化发展，对低压断路器的性能有了更高的要求，新型智能化的断路器成为发展趋势。传统断路器的保护功能是利用了热效应或电磁效应原理，通过机械结构动作来实现的。智能化的断路器采用了以微处理器或单片机为核心的智能控制器（智能脱扣器），它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各种电气参数（如电流、电压、功率因数等），对电路进行在线监测、试验、自诊断和通信等功能；还能够对各种保护功能的动作参数进行显示、设置和修改。将电路动作时的故障参数存储在非易失存储器中以便查询。智能化断路器的原理框图如图1-6所示。

目前，国内生产的智能化断路器有框架式和塑料外壳式两种。框架式断路器主要用于智能化自动配电系统中的主断路器；塑料外壳式断路器主要用在配电网络中分配电能和作为电路及配电设备的控制和保护，也可用作三相笼形异步电动机的控制。图1-7所示为CFW45系列智能型框架断路器。

（3）低压断路器的类型及其主要参数

低压断路器的分类方式有多种，按极数可分为：单极、两极、三极和四极；按保护形式可分为：电磁脱扣器式、热脱扣器式、复合脱扣器式和无脱扣器式，其中以复合脱扣器式最为常用；按分断时间可分为：一般式和快速式（先于脱扣机构动作，脱扣时间在0.02s以内）；按结构形式可分为：塑壳式、框架式和模块式等。

目前，国内常用的塑料外壳式断路器有DZ5、DZ10、DZ15、DZ20、DW10、DW15等系列，低压断路器的型号意义如下：

低压断路器的主要技术参数除额定电压、额定电流（脱扣额定电流）之外，还有：

①壳架等级额定电流是指同一规格的断路器中能装的最大脱扣器额定电流。

②额定极限短路分断能力（ICN）是指断路器在规定试验电压及其他规定条件下的极限短路分断电流值，可用预期短路电流表示。

③额定运行短路分断能力（ICS）是指断路器在规定试验电压及其他规定条件下的一种比ICN小的分断电流值，不同使用类别下的ICS和ICN标准比例关系的数据系列可查阅相关手册。

选用低压断路器的一般原则：

①低压断路器的额定电压不低于电路的额定电压。

②低压断路器的额定电流不小于负载电流。

③热脱扣器的整定电流不小于负载额定电流。

④极限分断能力不小于电路中最大短路电流。

⑤电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流应大于负载电路正常工作时的最大电流。保护电动机时，电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流为电动机启动电流的1.7倍。

⑥欠压脱扣器额定电压应等于电路额定电压。