【正文】 高等職業(yè)技術教育建筑設備類專業(yè)規(guī)化教材 主 編 丁文華 蘇 娟 副主編 劉華斌 課題 6 導線截面及高低壓電器選擇 高低壓電器設備 電氣設備的選擇及檢驗 導線截面的選擇及檢驗 高低壓電器設備 供配電系統(tǒng)中承擔輸送和分配電能任務的電路，稱為 一次回路 。一次回路中所有的電氣設備稱為 一次設備 。 常用的高、低壓一次設備 是指斷路器、負荷開關、隔離開關、互感器、熔斷器以及由以上開關電器及附屬裝置所組成的成套配電裝置 (高壓開關柜和低壓配電屏 )等。下面分別介紹它們的結構與原理，以便正確、合理地選擇和使用。 概述 熔斷器 （外文符號為 FU）是一種通過的電流超過規(guī)定值時使其熔體熔化而切斷電路的保護電器，主要由金屬熔體 (銅、鉛、鉛錫合金、鋅等材料制成 )、熔管及支持熔體的觸頭組成。熔斷器的功能主要是進行短路保護，但有的熔斷器也具有過負荷保護的功能。 高低壓熔斷器 按限流作用，熔斷器可分 為限流式 和 非限流式 兩種。在短路電流未達到?jīng)_擊值之前就完全熄滅電弧的屬限流式熔斷器；在熔體熔化后電弧電流繼續(xù)存在，直到第一次過零或經(jīng)過幾個周期后電弧才熄滅的屬非限流式熔斷器。 按電壓可分為 高壓熔斷器和低壓熔斷器 兩種。供配電系統(tǒng)中常用的高壓熔斷器有戶內(nèi)型 (RN系列 )和戶外型（ RW系列）。常用的低壓熔斷器有RT0系列、 RL系列、 RM系列以及 NT系列 等。 高壓熔斷器是電網(wǎng)中廣泛使用的電器，它是在電網(wǎng)中人為地設置的一個最薄弱的通流元件，當流過過電流時，元件本身發(fā)熱而熔斷，借滅弧介質(zhì)的作用使電路斷開，達到保護電網(wǎng)線路和電氣設備的目的。高壓熔斷器一般可分為管式和跌落式兩類。戶內(nèi)廣泛采用管式，戶外采用跌落式。由于管式熔斷器在開斷電路時無游離氣體排出，因此戶內(nèi)廣泛采用 RN RN2型管式熔斷器，而在戶外則廣泛采用 RW4型跌落式熔斷器。 戶內(nèi)高壓熔斷器的全型號格式及含義如下： 注：對于自爆式熔斷器，其型號就是在 RN前加字母 B，例如 BRN1210型。 戶外高壓熔斷器的全型號格式及含義如下： 注：對于自爆式熔斷器，也是在 RW前加字母 B，例如 BRW10型；有的熔斷器型號為 RXW，其中字母 X表示“限流型”，例如 RXW35型（上海電瓷廠產(chǎn)品）；也有的戶外限流型熔斷器不加字母 X，例如 RW1035型（撫順電瓷廠產(chǎn)品）。 (1) RN1210型戶內(nèi)管式高壓熔斷器 RN RN2型熔斷器的結構基本相同，都是瓷質(zhì)熔管內(nèi)填充石英砂的密閉管式熔斷器。其外形 如圖 ，內(nèi)部結構 見圖 。 RN1型熔斷器常用于電力線路及變壓器的過載和短路保護，其熔體要通過主電路的短路電流，因此其結構尺寸較大，額定電流可達 100A。 RN2型熔斷器則主要用于電壓互感器一次側的短路保護。 (2) RW4和 RW10（ F）等型戶外跌落式高壓熔斷器 跌落式熔斷器廣泛用于戶外場所，既可作為6～ 10 kV線路和變壓器的短路保護，又可在一定的條件下直接通斷小容量的空載變壓器、空載線路等，但不可直接通斷正常的負荷電流。但負荷型跌落式熔斷器 (如 RW1010（ F）型 )是在一般跌落式熔斷器的靜觸頭上加裝簡單的滅弧室，除了作為 6～ 10 kV線路和變壓器的短路保護外，還可直接帶負荷操作。 一般跌落式熔斷器在線路上發(fā)生短路時，短路電流使熔絲熔斷，產(chǎn)生的電弧使纖維質(zhì)滅弧管內(nèi)壁燒灼而分解出大量氣體，導致管內(nèi)壓力劇增，并沿管道形成強烈氣流縱吹電弧，使電弧熄滅。熔絲熔斷后，上動觸頭因失去熔絲的張力而下翻，使鎖緊機構釋放，熔管在觸頭彈力和熔管自重作用下回轉(zhuǎn)跌開，形成明顯可見的斷開間隙。 RW4－ 10(G)改進型戶外跌落式熔斷器結構 見圖 。 大多數(shù)跌落式熔斷器的熔管設計為逐級排氣結構。在開斷小短路電流時，由于上端被一薄膜封閉，形成單端（下端）排氣，使管內(nèi)保持較大的氣壓，以利于熄滅小電流短路電弧。在開斷大短路電流時，由于管內(nèi)分解的氣體很多，氣壓很大，從而使上端薄膜被沖開，形成上下兩端排氣，以減小管內(nèi)壓力，防止熔管爆裂。 一般戶外跌落式熔斷器短路電流產(chǎn)生的電弧僅靠滅弧管內(nèi)壁纖維物質(zhì)被燒灼分解產(chǎn)生的氣體來縱吹滅弧，其滅弧能力不強，滅弧速度不快，不能在 s內(nèi)滅弧，因而不能躲過短路沖擊電流，所以戶外跌落式熔斷器屬于非限流式熔斷器。 負荷型跌落式熔斷器（如 RW10－ 10F 型）的上觸頭上面裝有滅弧罩，在帶負荷斷開熔管時，在上部的弧動觸頭與弧靜觸頭之間產(chǎn)生電弧，由于回路電流的電動力作用，將電弧吹入滅弧罩，使之迅速熄滅，而無損于熔管內(nèi)的熔絲。 當熔管合上后，有短路電流通過時，熔管內(nèi)的熔絲熔斷，產(chǎn)生電弧，其滅弧過程與上述一般跌落式熔斷器相同，而且具有逐級排氣結構，解決了同一熔斷器有效地開斷大、小短路電流的矛盾。負荷型跌落式熔斷器（ RW10－ 10F 型）的外形結構 見圖 。 限流型戶外高壓熔斷器（如 RW1035型 ） 的瓷質(zhì)熔管內(nèi)充有石英砂，其熔絲結構也與戶內(nèi)高壓限流熔斷器（如 RN1等型）相似，因此它在過負荷和短路時的滅弧原理與戶內(nèi)高壓限流熔斷器相同，這種熔斷器的熔管是用抱箍固定在棒形支柱絕緣子上，所以熔絲熔斷后不能自動跌開，更無可見的斷開間隙，因此無隔離開關的作用。戶外高壓限流熔斷器 (RW1035 型）的外形結構見圖 。 低壓熔斷器是常用的一種簡單的保護電器，與高壓熔斷器一樣，主要用于短路保護，在一定條件下也可以起過負荷保護的作用。其工作原理同高壓熔斷器一樣，當線路中出現(xiàn)故障時，通過的電流大于規(guī)定值，熔體產(chǎn)生過量的熱而被熔斷，電路由此被分斷。 低壓熔斷器的種類很多，按結構形式來劃分，有 RM系列無填料密封管式熔斷器、 RT系列有填料密封管式熔斷器、 RC系列瓷插式熔斷器和 RL系列螺旋式熔斷器 ，此外還有引進技術生產(chǎn)的有填料管式 gF系列、 αM系列以及高分斷能力的 NT系列等。 按保護性能可分 為限流型和非限流型 兩大類。限流型熔斷器的滅弧能力強，能在短路電流達到?jīng)_擊值之前 s內(nèi)熄滅電弧，因此有限流作用。限流熔斷器熔管內(nèi)都充填有石英砂，如 RT型、RL型和 NT型等。非限流型熔斷器的滅弧能力不強，不能躲過短路沖擊電流，即其滅弧時間大于 s，因此無限流作用。非限流熔斷器熔管內(nèi)未充填石英砂，如 RM型和 RC型等，但這類熔斷器在熔體熔斷后便于更換，比較經(jīng)濟。 瓷插式滅弧能力差，只是在故障電流較小的線路末端使用。其他幾種類型的熔斷器均有滅弧措施，分斷電流能力比較強，密閉管式結構簡單，螺旋式更換熔管時比較安全，填充料式的斷流能力更強。 低壓熔斷器全型號表示及含義如下： 下面主要介紹供電系統(tǒng)中常用的國產(chǎn)低壓熔斷器的結構和原理。 (1) 瓷插式熔斷器 瓷插式熔斷器又稱瓷插保險，是常見的一種低壓熔斷器。瓷質(zhì)底座內(nèi)裝有靜觸頭，和底座觸頭相連接的導線用螺絲固定在觸頭的螺絲孔內(nèi)；瓷橋上的熔體（保險絲）用螺絲固定在觸頭上。瓷橋插入底座后觸頭相互接觸，線路接通。瓷插式熔斷器滅弧能力差，只適用于故障電流較小的三相 380 V或單相 220 V的線路末端，作為導線及電氣設備的短路保護之用。常用的 RC1A系列瓷插式熔斷器的結構 見圖 ，主要參數(shù)見表 。 (2) 密閉管式熔斷器 密閉管式熔斷器的結構也比較簡單，主要由變截面的熔片或熔絲與套在外面的耐高溫密閉保護管組成，適用于交流 50 Hz、額定電壓到 380 V、660 V或直流到 440 V的電路中，作為企業(yè)配電設備的過載和短路保護之用。此種熔斷器采用的變截面熔片在通過短路大電流時，熔片狹窄部分溫度很快升高，熔片在狹窄部分熔斷。熔片在幾個狹窄部分同時熔斷后全部下落，會造成較大的弧隙，這更有利于滅弧。 常見的密閉管式熔斷器的熔管與熔片結構 見圖 ， RM10系列密閉管式熔斷器的技術參數(shù)見表 。 (3) 螺旋式熔斷器 螺旋式熔斷器由瓷質(zhì)螺帽、熔斷管和底座組成。熔斷管由熔體和瓷質(zhì)的外套管組成。熔斷管內(nèi)充有石英砂，可以增加滅弧能力；熔斷管上還有一個與內(nèi)部熔絲相連的色片作為熔體熔斷的指示。底座裝有上、下兩個接線觸頭，分別與底座螺紋殼和底座觸頭相連。瓷質(zhì)螺帽上有一個玻璃窗口，放入熔斷管后可以透過玻璃窗口看到熔斷指示的色片。放有熔斷管的瓷質(zhì)螺帽旋入底座螺紋殼后熔斷器接通。 螺旋式熔斷器的特點是在帶電的情況下不用特殊工具就可換掉熔管，同時不會接觸到帶電部分。 RL7系列螺旋式熔斷器的外形 見圖 ，技術參數(shù)見表 ，熔管參數(shù)見表 。 螺旋式熔斷器有快速熔斷式的，如 RLS1系列、RLS2系列等，可作為硅整流元件、晶閘管的保護之用。 (4) 填充料式熔斷器 填充料式熔斷器由熔斷管、熔體和底座組成。熔斷管是封閉的，里面充有石英砂。當熔斷管內(nèi)的熔體熔斷產(chǎn)生電弧后，周圍的石英砂吸收電弧的熱量，而使電弧很快熄滅。所以，填充料式熔斷器有較大的斷流能力。常見的填充料式熔斷器有 RT0系列、 RT12系列、 RT14系列、 RT15系列、RT16系列、 RT17系列、 RT20系列等。 RT20系列為填充料封閉管式刀形觸頭的熔斷器，熔斷管和底座的外形 見圖 ，其技術參數(shù)見表 。 (5) αM系列熔斷器 αM系列熔斷器是引進技術生產(chǎn)的具有限流作用的熔斷器，主要由底座和熔管組成。圓形的熔管中裝有銅熔體和石英砂填料，除了有限流作用外，還有熔斷指示作用。 (6) 自復式熔斷器 傳統(tǒng)的熔斷器在熔體熔斷后必須更換熔體才能繼續(xù)供電 ,這會增加熔斷器的運行代價，而且給使用帶來不便；更換熔體造成的停電時間也較長，將給用戶帶來一定的損失。自復式熔斷器克服了這個缺點，它既能切斷短路電流，又能在故障排除后自動恢復供電。雖然叫做熔斷器，但其工作原理和傳統(tǒng)的熔斷器并不相同，自復式熔斷器實際上屬于熱敏性的非線性電阻。 自復式熔斷器串聯(lián)于電路當中，一般情況下電阻很小，電路正常供電。當通過故障的大電流時，自復式熔斷器的電阻突然變得很大，限制故障電流至很小的數(shù)值從而保護設備的安全。在故障消除且電流回落后，自復式熔斷器的電阻會恢復到初始值，電路又會正常供電，無需更換熔體，其結構 如圖 。如我國生產(chǎn)的 RZ1型自復式熔斷器采用金屬鈉作為熔體。在常溫下金屬鈉的電阻很小，可以順暢地流過工作電流；在通過故障的巨大電流時，鈉迅速氣化，電阻變得很大，故障電流被限制；限制電流的任務完成后，鈉蒸氣冷卻，又恢復到固體鈉。 自復式熔斷器可與低壓斷路器配合使用組合為一種電器，我國生產(chǎn)的 DZ10100R型低壓斷路器就是 DZ10100型低壓斷路器與 RZ1100型自復式熔斷器的組合，利用自復式熔斷器來限制并切除短路電流，利用低壓斷路器來通、斷電路和實現(xiàn)過負荷保護?？梢灶A計，這種組合電器將會有廣闊的應用前景。 圖 RN RN2型高壓熔斷器安裝圖 1— 磁熔管； 2— 金屬管帽； 3— 彈性觸座； 4— 熔斷指示器； 5— 接線端子； 6— 瓷絕緣子； 7— 底座 圖 RN RN2型熔斷器的熔管剖面示意圖 1— 管帽； 2— 瓷管； 3— 工作熔體； 4— 指示熔體； 5— 錫球； 6— 石英砂填料； 7— 熔斷指示器 ( 圖 RW410（ G）型戶外跌落式熔斷器 圖 負荷型跌落式熔斷器（ RW10－ 10F型）的外形結構 圖 戶外高壓限流熔斷器 (RW1035型）的外形結構 圖 瓷插式熔斷器 1— 動觸點 。2— 熔體 。3— 瓷插件 。 4— 靜觸點 。5— 瓷座 圖 RM10型低壓熔斷器 （ a） 熔管；（ b） 熔片 圖 RL7系列螺旋式熔斷器及熔斷管的外形 圖 RT20系列填充料式熔斷器的三極底座和熔斷管 圖 RZ1型低壓自復式熔斷器 (1) 高壓斷路器 高壓斷路器（外文符號為 QF）是高壓供電系統(tǒng)中重要的電氣設備之一。它能在有負荷的情況下接通和斷開電路，當系統(tǒng)產(chǎn)生短路故障時，能迅速切斷短路電流。它不僅能通斷正常負荷電流，而且能通斷一定的短路電流，還能在保護裝置的作用下自動跳閘切除短路故障，恢復正常運行。高壓斷路器按其采用的滅弧介質(zhì)可分為油斷路器、六氟化硫（ SF6）斷路器、真空斷路器等類型。我國中小型工廠供電系統(tǒng)中目前主要采用油斷路器和真空斷路器。 高低壓開關電器 高壓斷路器全型號表示及含義如下： ① 真空斷路器 以真空作為滅弧和弧絕緣介質(zhì)的斷路器稱為真空斷路器。所謂真空是相對而言的，是指氣體壓力在 102 Pa以下的空間。由于真空中幾乎沒有氣體分子可供游離導電，且弧隙中少量導電粒子很容易向周圍真空擴散，所以真空的絕緣強度比變壓器油及一個大氣壓下的 SF6或空氣的絕緣強度高得多。真空斷路器的結構主要由真空滅弧室和觸頭構成，其類型有戶內(nèi)型（ ZN型）和戶外型（ ZW型）。 圖 戶內(nèi)型分離式真空斷路器外形圖。 圖 真空斷路