保护开关功能及其作用的介绍

保护开关的功能是当出现过负载或危险接触电压时，把用电器或设备部件自动地与电网隔离开来（DIN VDE 0660）。

保护开关由一个有自由脱机的开关接通，即只要有短路或断路故障，则不可能接通电路。即使用手把保护开关的开关锁紧手柄置于接通位置，也不能阻止开关释放。

（1）带热释放器的保护开关 热释放器多数有一个双金属片，它由两个具有不同膨胀系数的金属带叠轧在一起。用电器的接通电流流经一个电阻并加热双金属片使之发生弯曲，当弯曲程度大于释放器的调整值时，开关接通的闭锁（啮合）打开，弹簧储能器极快地把开关接触元件分开。

具有热释放器的保护开关在有故障时断开。它既能在过载时，也能在短路时保护设备和工具。

图10-49 具有电流互感器的热释放器

在额定电流超过1000A的交流电网中，热释放器也可以通过电流互感器工作。如图10-49所示，通过二次电路释放器的电流不是工作电流，而是5A电流互感器的次级电流。过载时，安装在过电流释放器上的开关触点打开，并隔断低压释放器的静止电流电路，使保护开关释放。

（2）带电磁释放器的保护开关 若流过电磁释放器线圈的电流足够大，则吸动衔铁并使保护开关的开关锁销无延滞地脱扣。

电磁释放器是快速释放器，对设备和工具起防短路保护作用。

ⓘ限制短路电流是指在达到最大值前中断短路电流。

如图10-50所示，对于额定电流为100A的保护开关是通过安装一个撞击衔铁以达到附加限制短路电流的目的。在短路情况下，在释放器线圈中的撞击衔铁极快速地被吸动并撞击对面的动开关接触元件，在短路电流达到最大值前打开开关触点。

如图10-51所示，在额定电流超过100A的保护开关中，开关触点的定、动两部件相互平行地放在一起。由于定开关接触元件和动开关接触元件中的电流方向相反，所以在短路时，动开关接触元件被定开关接触元件推开。短路电流越大，则推开力就越大。由释放器脱开的开关接通使开关接触元件打开。

（3）线路保护开关 如图10-52所示，称为LS开关的线路保护开关，是一种在释放后又可再次接通的过电流保护装置。这种开关具有热释放器和电磁释放器，并且既能保护设备和线路过载，又能保护其短路，两个释放器为串联形式。过载时，因双金属受热而使LS开关释放；在短路时，电磁释放器使开关接通无延滞地脱扣。在短路电流达到其最大值之前，撞击衔铁使开关接触元件分开。LS开关的测定电流见表10-16。

图10-50 由撞击衔铁限制短路电流

图10-51 通过并行布置的开关接触元件限制短路电流

表10-16 LS开关的测定电流（单位：A）

B型LS开关用于线路保护，如图10-53所示；C型和D型LS开关作于保护可引起高接通电流的器具，如小型电动机或变压器。

B型LS开关无延滞地释放3～5倍的测定电流；C型SL开关为5～10倍；D型LS开关为10～20倍的测定电流。

图10-52 线路保护开关的结构

图10-53 释放特性曲线（B型和C型）

计算例题：

如图10-53所示在多大的释放电流I_a时B型13A的LS开关在L_a=0.4s内能够释放？

解：

由图10-53得出：在t_a=0.4s时必须有5倍的测定电流流动⇒I_a=5I_n=5×13A=65A

（4）LS开关的备份保护 LS开关多数是用在所希望的短路电流未知的电气设备中。为了避免因太大的短路电流使LS开关损坏，则应对其串联一个测定电流最大为100A的过电流保护装置（DINVDE0100），过电流保护装置应有一个工作级gG（早先为gL）熔丝的最小限能特性，此措施称为备份保护。LS开关应按现在的选择性选择。

LS开关的限能级和断流容量由图10-54所示的图示来表示。限能等级3的LS开关有最大的短路电流限制。

（5）电动机保护开关 图10-55所示的电动机保护开关是全极接通开关，能保护因起动失灵、过载、电网电压下降或三相交流电网相线中断所造成的损坏。如图10-56所示，电动机保护开关有一个保护电动机绕组（过载保护）的热释放装置和一个电磁释放装置（短路保护），像所有的保护一样装有一个自由脱扣的装置。(www.xing528.com)

图10-54 LS开关断流容量与限能级的图示

图10-55 电动机保护开关

图10-56 电动机保护开关的结构

电动机保护开关的热释放器调整到电动机的测定电流I_n。

在电动机保护开关上可以安装辅助装置，如欠电压释放器、工作电流释放器、辅助开关和脱扣报警器。

由电动机承担的用于电动机过载保护和线路短路保护的电动机保护开关必须安装在电动机馈线的始端（DINVDE0100）。

（6）无熔丝的电动机支路 具有能安全控制在短路处出现的短路电流，即在短路时可以安全的接通与断开的电磁释放器电动机保护开关，允许在电网处以无备用熔丝运行。在电动机保护开关的每条电路上都有一个双金属释放器和串联一个电磁释放器。在电动机保护开关为小调整电流时，双金属释放器的固有电阻很大并使之能自动把短路电流限制到小于电动机保护时的断流容量值。这种开关称为固定安全电动机保护开关。

固定安全电动机保护开关允许在电网处以无备用熔丝时运行。

若出现的短路电流超过电动机保护开关的断流容量，则串联的保护装置应承担短路保护的任务。在无熔丝的电动机电路中，大多数允许使用图10-57所示的断路器，这种断路器的断流容量超过50kA，并对一条和一组电动机电路起短路保护作用。

（7）用热敏电阻的电动机保护 如果电动机绕组处于不允许的高温下，如电动机过载时、冷却受阻或轴承损坏时，则用热敏电阻使电动机断路。

用热敏电阻（热敏电阻保护装置）的电动机保护是防止电动机处于不允许的温度。

如图10-58所示，电动机保护装置由热敏电阻温度传感器和一个释放装置组成。对于三相交流电动机，在电动机始端绕组的端头中装有3个温度传感器。保护装置的额定温度取决于电动机的绝缘等级。当绕组温度超过热敏传感器的额定温度值时，传感器为高电阻并通过释放装置中的继电器K断开电动机。

（8）断路器 图10-59所示的断路器是一种可以安全接通工作电流、过载电流和短路电流的开关装置。断路器也可以在过载或短路时断开所有极中的一条相线并以此来阻止三相交流电动机的两相运行。

图10-57 无熔丝电动机电路，由断路器承担短路保护

图10-58 用热敏电阻的电动机保护

图10-59 断路器

热释放器和电磁释放器应分开进行调整，以此来选择保护装置的先、后接通顺序。通过安装一个欠电压释放器，可以遥控切断开关。

根据熄弧方式，断路器分为带零点消弧断路器和带短路电流限制断路器。零点消弧器是熄灭过零点时的交流电流开关电弧。具有短路电流限制的断路器是把冲击短路电流限制到一个小的导通电流。不仅可由开关快速打开接通元件，而且还可以通过一个撞击衔铁或通过力的作用由通过电流打开两个平行的触点件。

复习题

1.说出保护开关的两个释放器的名称及其保护功能。

2.如何理解自由脱扣？

3.LS开关用备用熔丝的最大允许测定电流为多少？

4.解释选择性的概念。

5.带热敏电阻的电动机保护相对于电动机保护开关有何优点？

6.断路器的熄弧分为哪些类型？