负荷开关是一种带有专用灭弧触点、灭弧装置和弹簧断路装置的分合开关。从结构上看,负荷开关与隔离开关相似(在断开状态时都有可见的断开点),不同的是负荷开关可用来关闭电路,这一点又与断路器类似。然而,断路器可以控制任何电路,而负荷开关只能关断负荷电流或关断过负荷电流,所以只用于切断和接通正常情况下的电路,而不能用于断开短路故障电流。负荷开关的开闭频度和操作寿命往往高于断路器。
负荷开关按结构可分为开启式负荷开关和封闭式负荷开关两大类。
开启式负荷开关又称胶盖刀开关,主要用作电气照明电路和电热电路的控制开关,或者用作分支电路的配电开关。开启式负荷开关适用于交流50Hz,单相额定电压220V、三相额定电压380V,额定电流至100A的电路中,作为不频繁地接通和分断有负载电路及小容量线路的短路保护。在降低容量时,三极的开启式负荷开关还可用作小容量的情况下,可作为手动非频繁操作的小型异步电动机的直接启动及分断用。
开启式负荷开关的外形结构如图2-15所示。与刀开关相比,由于开启式负荷开关增设了熔丝,故可实现短路保护;又由于有胶盖,使其在分断电路时产生的电弧不至于飞出,同时也可防止极间飞弧造成相间短路。
图2-15 开启式负荷开关的外形结构
注:1—电源进线座;2—刀片式动触点;3—熔体;4—负载线;5—负载接线座;6—瓷底座;7—静触点;8—胶木盖。
刀片式动触点有两片式或三片式,以适用于不同的应用场合。刀开关的全部导电零件都固定在一块瓷底座上。刀片式动触点的一端固定在瓷柄上,另一端固定在刀片式动触点座上,并且可绕着刀片式动触点座上的铰链转动。操作人员手握瓷柄朝上推时,刀片式动触点就绕铰链向上转动,插入插座,电路就接通;反之,瓷柄往下拉,刀片式动触点就绕铰链向下转动,脱离插座,将电路切断。由于有胶盖罩着,不仅当开关处于合闸位置时操作人员不可能触及带电部分,而且开关分断电路所产生的电弧一般也不致飞出胶盖外面。另外,胶盖还能起到防止因金属零件掉落到刀上面而形成极间短路的作用。
刀开关因其内部装设了熔丝,当它所控制的电路发生短路故障时,可借熔丝的熔断迅速地切断故障电路,从而保护电路中其他电气设备。
开启式负荷开关型号的含义如图2-16(a)所示,图2-16(b)为图形符号,其中QS为负荷开关文字符号,FU为熔断器的文字符号。
图2-16 开启式负荷开关型号的含义及符号
开启式负荷开关的常用型号有HK1和HK2系列,其技术数据如表2-6和表2-7所示。
表2-6 HK1系列开启式负荷开关技术数据
表2-7 HK2系列开启式负荷开关技术数据
(1)选用。开启式负荷开关一般可以接通和分断其额定电流,所以对于普通负载来说,可以根据其额定电流来选择。若用它来控制功率小于5.5kW的电动机,考虑到笼型异步电动机启动电流较大,因此不能按电动机的额定电流来选用开启式负荷开关,而应将开关的额定电流选得大一些,即开关应适当降低容量使用。一般情况下,若电动机直接启动,开关的额定电流应是电动机额定电流的3倍、电压为380V或500V的三极开关。
表2-6和表2-7中,HK1和HK2系列开关的额定电流都是按电动机额定电流的3倍选用的。例如,当电压为380V时,4kW电动机要配用30A开启式负荷开关,5.5kW的电动机要配用60A的开启式负荷开关。由于表中的数据都是经验值,所以应该灵活应用。若被控电动机既不需要频繁启动,又不会发生堵转情况,同时开关的质量又比较好,那么用15A的开关控制4kW的电动机,用30A的开关控制5.5kW的电动机,也是可以的。
(2)安装。必须将开启式负荷开关垂直安装在控制屏室的开关板上,且合闸状态时手柄向上,不允许倒装或平装,以防止发生误合闸事故。
当开启式负荷开关控制照明和电热负载时,须安装熔断器作短路和过载保护。电源进线应接在静插座一边的进线端,用电设备应接在动触刀一边的出线端。当刀开关断开时,闸刀和熔丝均不得通电,以确保更换熔丝时安全。
当开启式负荷开关用作电动机的控制开关时,应将开关的熔体部分用铜导线直连,并在出线端加装熔断器作短路保护。在更换熔体时务必把闸刀断开,分闸和合闸操作时,为避免出现电弧,动作应果断迅速。
封闭式负荷开关俗称铁壳开关、负载开关。早期产品都有一个铸铁的外壳,至今这种外壳已被结构轻巧、强度更高的薄钢板冲压外壳所取代。封闭式负荷开关一般用在电力排灌、电热器、电气照明线路的配电设备中,作为不频繁接通和分断电路用,其中容量较小者(额定电流为60A及以下),还可用作三相交流异步电动机的不频繁全电压启动的控制开关。
封闭式负荷开关与开启式负荷开关的不同之处在于开启式负荷开关没有灭弧装置,而且触点的断开速度比较慢,以致在分断大电流时,往往会有很大的电弧向外喷出,引起相间短路。而封闭式负荷开关增设了提高触刀通断速度的措施,并且在断口处设置灭弧罩,并将整个开关本体装在一个防护壳体内,可以大大地改善通电性能。
常用的封闭式负荷开关是HH系列,其外形结构图如图2-17所示。
封闭式负荷开关主要由刀开关、熔断器、灭弧装置、操作机构和金属外壳构成。三相动触刀固定在一根绝缘的方轴上,通过操作手柄操作。操作机构采用储能合闸方式,在操作机构中装有速断弹簧,使开关迅速通断电路(其通断速度与操作手柄的操作速度无关),以利于迅速断开电路,熄灭电弧。操作机构装有机械联锁,防止盖子打开时手柄误合闸,当手柄处于闭合位置时,盖子不能打开,以确保操作安全。
HH10系列开关在结构上有所不同,其动触点一律是双断点楔形转动式的,灭弧室则是由耐弧塑料压制而成的整块模压件。其熔断器中瓷插式的是铜丝的熔体,而另一种结构则一律用RT10系列封闭管式有填料熔断器,它们分别适用于小容量和大容量的负荷开关。至于HH1系列封闭式负荷开关的触点系统,是以封闭管式有填料熔断器为桥臂的双断点桥式动触点,灭弧室也以耐弧塑料压制。
图2-17 封闭式负荷开关外形结构图
注:1—熔断器;2—夹座;3—闸刀;4—手柄;5—转轴;6—速断弹簧;7—外壳前盖。
常用的HH系列封闭式负荷开关的触点和灭弧系统有两种形式:一种是双断点楔形转动式触点,其动触点为U形双刀片,静触点(触点座)则固定在瓷质E形灭弧室上,两断口间还隔有瓷板;另一种是单断点楔形触点,其结构与一般闸刀开关相似,灭弧室由钢纸板夹上去离子栅片构成。
封闭式负荷开关配用的熔断器也有两种:额定电流小于60A,配用瓷插式熔断器;额定电流为100A及以上者,配用无填料封闭管式熔断器。采用瓷插式熔断器的优点是价格低,更换熔体方便,但分断能力较低,只能用在短路电流较小的地方。采用封闭管式熔断器,虽然价格高一些、更换熔体困难些,但有较高的分断能力。
封闭式负荷开关的操作机构的特点:一是采用储能合闸方式,即利用一根弹簧以执行合闸和分闸机能,提高了开关的动作性能和灭弧性能,又能防止触点停滞在中间位置上;二是设有互锁装置,它可以保证开关合闸后不能打开箱盖,而当箱盖打开时,则不能将开关合闸。开关的储能操作机构使用了一根弹簧,它的一端装在外壳上,另一端通过钩子扣在操作手柄转轴上。当转动手柄使开关合闸或分闸时,在开始阶段,闸刀并不移动,只是弹簧被拉伸,从而储存一定的能量。一旦转轴转过了某一角度,在弹簧储能作用下,使触刀迅速地插入触点座内或迅速地离开触点座。这样就大大地提高了开关的合闸与分闸速度,因而也提高了开关的通断能力并降低了触点的电气磨损。至于互锁装置的采用,既有助于充分发挥外壳的防护作用,以免操作人员被电弧灼伤,又保证了更换熔体等操作的安全。
图2-18 封闭式负荷开关型号的含义
封闭式负荷开关型号的含义如图2-18所示。
HH3和HH4系列封闭式负荷开关技术数据如表2-8和表2-9所示。如果要采用封闭式负荷开关全电压启动及控制电动机,可按表2-10所示的数据选用。对于功率大于15kW的电动机,一般不适宜采用封闭式负荷开关启动电动机。
表2-8 HH3系列封闭式负荷开关技术数据
表2-9 HH4系列封闭式负荷开关技术数据
续表
表2-10 封闭式负荷开关与可控制电动机容量的配合
(1)在选择封闭式负荷开关时,应使其额定电压大于或等于电路的额定电压,其额定电流大于或等于电路的额定电流。当用封闭式负荷开关控制电动机时,其额定电流应是电动机额定电流的2倍。
(2)封闭式负荷开关在使用中应注意:开关的金属外壳须可靠接地,以防止外壳漏电;接线时应将电源进线接在静触座的接线端子上,负荷接在熔断器一侧。
(3)封闭式负荷开关不允许随意放在地上,也不允许面向开关进行操作,以免在开关无法切断短路电流的情况下,铁壳爆炸飞出伤人。
(4)封闭式负荷开关配用的熔断器的分断能力一般很低,所以它应装设在短路电流不太大的线路末端,以免发生因熔断器分断不了故障电流而发生爆炸事故。