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低压配电电器是指正常或事故状态下接通和断开用电设备和供电电网所用的电器，广泛用于电力配电系统，实现电能的输送和分配以及系统的保护。这类电器一般不经常操作，机械寿命的要求比较低，但要求动作准确迅速、工作可靠、分断能力强，操作过电压低、保护性能完善，动作稳定和热稳定性高。常用的低压配电电器包括开关电器和保护电器等。
刀开关是低压配电电器中结构最简单、应用最广泛的电器，主要用在低压成套配电装置中，可不频繁地手动接通和分断交直流电路或作隔离开关用。也可以用于不频繁地接通与分断额定电流 15 A以下的负载，如小型电动机等。
刀开关典型结构如图1.10 所示，它由手柄、触刀、静插座和底板组成。
刀开关按极数分为单极、双极和三极；按操作方式分为直接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式；按刀开关转换方向分为单投和双投等。
图1.10 刀开关典型结构
1—静插座；2—手柄；3—触刀；
4—铰链支座；5—绝缘底板
目前常用的刀开关型号有HD（单投）和HS（双投）等系列。其中，HD系列刀开关按现行新标准应该称HD系列刀形隔离器，而HS系列为双投刀形转换开关。在HD系列中，HD11、HD12、HDl3、HDl4 为老型号，HDl7 系列为新型号，产品结构基本相同，功能相同。
HD系列刀开关、 HS系列刀形转换开关，主要用于交流380 V、50 Hz电力网路中作电源隔离或电流转换之用，是电力网路中必不可少的电器元件，常用于各种低压配电柜、配电箱、照明箱中。电源首先是接刀开关，之后再接熔断器、断路器、接触器等其他电气元件，以满足各种配电柜、配电箱的功能要求。当其以下的电器元件或线路中出现故障，切断隔离电源就靠它来实现，以便对设备、电器元件的修理更换。HS刀形转换开关主要用于转换电源，即当一路电源不能供电，需要另一路电源供电时就由它来进行转换，当转换开关处于中间位置时，可以起隔离作用。
刀开关的型号及其含义如下：
HD17 系列刀开关的主要技术参数见表1.2。
表1.2 HD17 系列刀开关的主要技术参数
为了使用方便和减少体积，在刀开关上安装熔丝或熔断器，组成兼有通断电路和保护作用的开关电器，如胶盖刀开关、熔断器式刀开关等。
胶盖刀开关即开启式负荷开关，适用于交流 50 Hz，额定电压单相 220 V、三相 380 V，额定电流至 100 A的电路中，作不频繁地接通和分断有负载电路与小容量线路的短路保护之用。其中，三极开关适当降低容量后，可作为小型感应电动机手动不频繁操作的直接启动及分断用。常用的有HK1 和HK2 系列。
胶盖刀开关的型号及其含义如下：
HK2 系列开启式负荷开关的主要技术参数见表1.3。
表1.3 HK2开启式负荷开关的主要技术参数
熔断器式刀开关即熔断器式隔离开关，是以熔断体或带有熔断体的载熔件作为动触点的一种隔离开关。常用的型号有HR3、HR5、HR6 系列，主要用于额定电压AC 660 V（45～62 Hz）、额定发热电流至 630 A的具有高短路电流的配电电路和电动机电路中，作为电源开关、隔离开关、应急开关，并作为电路保护用，但一般不作为直接开关单台电动机之用。HR5、HR6 熔断器式隔离开关中的熔断器为NT型低压高分断型熔断器。NT型熔断器是引进德国AEG公司制造技术生产的产品。
HR5、HR6 系列若配用有熔断撞击器的熔断体，当某极熔断体熔断时，撞击器弹出使辅助开关发出信号，以实现断相保护。
熔断器式刀开关的型号及其含义如下：
HR5 系列的主要技术参数及所配用的熔体见表1.4。
另外，还有封闭式负荷开关即铁壳开关，常用的型号为HH3、HH4 系列，适用于额定工作电压 380 V、额定工作电流至 400 A、频率 50 Hz的交流电路中，可作为手动不频繁地接通、分断有负载的电路，并有过载和短路保护作用。
表1.4 HR5 系列熔断器式隔离开关的主要技术参数
刀开关的额定电压应等于或大于电路额定电压。其额定电流应等于（在开启和通风良好的场合）或稍大于（在封闭的开关柜内或散热条件较差的工作场合，一般选 1.15 倍）电路工作电流。在开关柜内使用还应考虑操作方式，如杠杆操作机构、旋转式操作机构等。当用刀开关控制电动机时，其额定电流要大于电动机额定电流的 3 倍。
图1.11 刀开关的图形符号及文字符号
刀开关的图形符号及文字符号如图1.11所示。
低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，主要用于低压动力线路中。它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合，不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以分断短路电流。低压断路器可以手动直接操作和电动操作，也可以远距离遥控操作。
低压断路器主要由触点系统、操作机构和保护元件三部分组成。主触点由耐弧合金制成，采用灭弧栅片灭弧；操作机构较复杂，其通断可用操作手柄操作，也可用电磁机构操作，故障时自动脱扣，触点通断瞬时动作与手柄操作速度无关。其工作原理如图1.12所示。
断路器的主触点 2 是靠操作机构手动或电动合闸的，并由自动脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。如果电路发生故障，自动脱扣机构在有关脱扣器的推动下动作，使钩子脱开，于是主触点在弹簧的作用下迅速分断。过电流脱扣器 5 的线圈和过载脱扣器 6的线圈与主电路串联，失压脱扣器 7 的线圈与主电路并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁被吸合，使自动脱扣机构动作；当电路过载时，过载脱扣器的热元件产生的热量增加，使双金属片向上弯曲，推动自动脱扣机构动作；当电路失压时，失压脱扣器的衔铁释放，也使自动脱扣机构动作。分励脱扣器 8 则作为远距离分断电路使用，根据操作人员的命令或其他信号使线圈通电，从而使断路器跳闸。断路器根据不同用途可配备不同的脱扣器。
图1.12 低压断路器原理图
1—分闸弹簧；2—主触点；3—传动杆；4—锁扣；5—过电流脱扣器；6—过载脱扣器；7—失压脱扣器；8—分励脱扣器
1）低压断路器的主要技术参数
①额定电压。断路器的额定工作电压是指断路器在长期工作时的允许电压，通常等于或大于电路的额定电压。
②额定电流。断路器的额定电流就是过电流脱扣器的额定电流，一般是指断路器的额定持续电流。
③通断能力。通断能力是指开关电器在规定的条件下（电压、频率及交流电路的功率因数和直流电路的时间常数），能在给定的电压下接通和分断的最大电流值，也称为额定短路通断能力。
④分断时间。指切断故障电流所需的时间，它包括固有的断开时间和燃弧时间。
2）低压断路器典型产品介绍
低压断路器按其结构特点可分为框架式低压断路器和塑料外壳式低压断路器两大类。
①框架式断路器。框架式低压断路器又叫万能式低压断路器，主要用于 40～100 kW电动机回路的不频繁全压启动，并起短路、过载、失压保护作用。其操作方式有手动、杠杆、电磁铁和电动机操作四种。额定电压一般为 380 V，额定电流有 200～4 000 A若干种。常见的框架式低压断路器有DW系列等。
a.DW10 系列断路器。本系列产品额定电压为交流 380 V和直流 440 V，额定电流为 200～4 000 A，非选择型（即无短路短延时），由于其技术指标较低，现已逐渐被淘汰。
b.DWl5 系列断路器。它是更新换代产品，其额定电压为交流 380 V，额定电流为 200～4 000 A，极限分断能力均比DW10 系列大一倍。它分选择型和非选择型两种产品，选择型的采用半导体脱扣器。在DWl5 系列断路器的结构基础上适当改变触点的结构，则制成DWXl5系列限流式断路器，它具有快速断开和限制短路电流上升的特点，因此特别适用于可能发生特大短路电流的电路中。在正常情况下，它也可作为电路的不频繁通断及电动机的不频繁启动用。
②塑料外壳式低压断路器。塑料外壳式低压断路器又称装置式低压断路器或塑壳式低压断路器，一般用作配电线路的保护开关，以及电动机和照明线路的控制开关等。
塑料外壳式断路器有绝缘塑料外壳，触点系统、灭弧室及脱扣器等均安装于外壳内，而手动扳把露在正面壳外，可手动或电动分合闸。它也有较高的分断能力和动稳定性以及比较完善的选择性保护功能。我国目前生产的塑壳式断路器有DZ5、DZ10、DZX10、DZ12、DZ15、DZX19、 DZ20 及DZ108 等系列产品，DZ108 为引进德国西门子公司 3VE系列塑壳式断路器技术而生产的产品。
常见的DZ20 系列塑壳式低压断路器型号意义及技术参数如下：
注：1.配电用无代号：保护电机用以“2”表示。
2.手柄直接操作无代号：电动机操作用“P”表示；转动手柄用“Z”表示。
3.按额定极限短路分断能力高低分为：
Y—一般型；G—最高型；S—四极型；J—较高型；C—经济型
DZ20 系列塑料外壳式断路器的主要技术参数见表1.5。
表1.5 DZ20 系列塑料外壳式断路器主要技术参数
断路器的图形符号及文字符号如图1.13 所示。
①断路器的额定工作电压应大于或等于线路或设备的额定工作电压。对于配电电路来说，应注意区别是电源端保护还是负载保护，电源端电压比负载端电压高出约 5％左右。
图1.13 断路器的图形符号及文字符号
②断路器主电路额定工作电流大于或等于负载工作电流。
③断路器的过载脱扣整定电流应等于负载工作电流。
④断路器的额定通断能力大于或等于电路的最大短电流。
⑤断路器的欠电压脱扣器额定电压等于主电路额定电压。
⑥断路器类型的选择，应根据电路的额定电流及保护的要求来选用。
漏电保护开关不仅与其他断路器一样可将主电路接通或断开，而且具有对漏电流检测和判断的功能。当主回路中发生漏电或绝缘破坏时，漏电保护开关可根据判断结果将主电路接通或断开的开关元件。它与熔断器、热继电器配合可构成功能完善的低压开关元件。
图1.14 为电磁脱扣型漏电保护开关，在一个铁芯上有一个输入电流绕组和一个输出电流绕组。其动作原理是：当无漏电时，输入电流和输出电流相等，在铁芯上二磁通的矢量和为零，就不会在第三个绕组上感应出电势，否则第三绕组上就会有感应电压形成，经放大后推动执行机构，使开关跳闸。
用以对低压电网直接触电和间接触电进行有效保护，也可以作为三相电动机的缺相保护。它有单相的，也有三相的。由于其以漏电电流或由此产生的中性点对地电压变化为动作信号，所以不必以用电电流值来整定动作值，灵敏度高，动作后能有效地切断电源，保障人身安全。
图1.14 电磁脱扣型漏电保护器原理图
漏电保护器按脱扣方式不同分为电子式与电磁式两类。
它以电磁脱扣器作为中间机构，当发生漏电电流时使机构脱扣断开电源。这种保护器缺点是：成本高、制作工艺要求复杂。优点是：电磁元件抗干扰性强和抗冲击（过电流和过电压的冲击）能力强；不需要辅助电源；零电压和断相后的漏电特性不变。
它以晶体管放大器作为中间机构，当发生漏电时由放大器放大后传给继电器，由继电器控制开关使其断开电源。这种保护器优点是：灵敏度高（可到 5 mA）；整定误差小，制作工艺简单、成本低。缺点是：晶体管承受冲击能力较弱，抗环境干扰差；需要辅助工作电源（电子放大器一般需要十几伏的直流电源），使漏电特性受工作电压波动的影响；当主电路缺相时，保护器会失去保护功能。
目前，市场上的漏电保护开关有以下几种常用的功能：
①只具有漏电保护断电功能，使用时必须与熔断器、热继电器、过流继电器等保护元件配合。
②具有过载保护功能。
③具有过载、短路保护功能。
④具有短路保护功能。
⑤具有短路、过负荷、漏电、过压、欠压功能。
熔断器是一种广泛应用的简单有效的保护电器，在电路中用于过载与短路保护，具有结构简单、体积小、质量轻、使用维护方便、价格低廉等优点。熔断器的主体是低熔点金属丝或金属薄片制成的熔体，串联在被保护的电路中。在正常情况下，熔体相当于一根导线，当发生短路或过载时，电流很大，熔体因过热熔化而切断电路。
熔断器主要由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管（或熔座）组成。熔体是熔断器的主要部分，一般由熔点较低、电阻率较高的金属材料铝锑合金丝、铅锡合金丝和铜丝制成。熔管是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。
图1.15 熔断器的保护特性
熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路正常工作时，熔体允许通过一定大小的电流而不熔断。当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到熔体的熔点时，熔体熔断切断电路，从而达到保护电路的目的。
电流流过熔体时产生的热量与电流的平方和电流通过的时间成正比，因此，电流越大，则熔体熔断的时间越短。这一特性称为熔断器的保护特性（或安秒特性），如图1.15 所示。
熔断器的安秒特性为反时限特性，即短路电流越大，熔断时间越短，这样就能满足短路保护的要求。由于熔断器对过载反应不灵敏，不宜用于过载保护，主要用于短路保护。表1.6 表示出了某熔体安秒特性数值关系。
表1.6 常用熔体的安秒特性
熔断器的类型很多，按结构形式可分为瓷插式熔断器、螺旋式熔断器、封闭管式熔断器、快速熔断器和自复式熔断器等。
1）插入式熔断器
常用的插入式熔断器有RC1A系列，其结构如图1.16所示。它由瓷盖、瓷座、触头和熔丝 4部分组成。由于其结构简单、价格便宜、更换熔体方便，因此广泛应用于 380 V及以下的配电线路末端，作为电力、照明负荷的短路保护。
2）螺旋式熔断器
常用的螺旋式熔断器是RL1 系列，其外形与结构如图1.17 所示，由瓷座、瓷帽和熔断管组成。熔断管上有一个标有颜色的熔断指示器，当熔体熔断时熔断指示器会自动脱落，显示熔丝已熔断。
在装接使用时，电源线应接在下接线座，负载线应接在上接线座，这样在更换熔断管时（旋出瓷帽），金属螺纹壳的上接线座便不会带电，保证维修者安全。它多用于机床配线中作短路保护。
图1.16 瓷插式熔断器
1—瓷底；2—动触头；
3—熔丝；4—瓷盖；5—静触头
3）封闭管式熔断器
封闭管式熔断器主要用于负载电流较大的电力网络或配电系统中，熔体采用封闭式结构，一是可防止电弧的飞出和熔化金属的滴出；二是在熔断过程中，封闭管内将产生大量的气体，使管内压力升高，从而使电弧因受到剧烈压缩而很快熄灭。封闭式熔断器有无填料式和有填料式两种，常用的型号有RM10 系列、RT0 系列。
图1.17 螺旋式熔断器
1—瓷帽；2—熔芯；3—底
4）快速熔断器
快速熔断器是在RL1 系列螺旋式熔断器的基础上，为保护可控硅半导体元件而设计的，其结构与RL1 完全相同。常用的型号有RLS系列、RS0 系列等。RLS系列主要用于小容量可控硅元件及其成套装置的短路保护；RS0 系列主要用于大容量晶闸管元件的短路保护。
5）自复式熔断器
图1.18 自复式熔断器结构图
1—进线端子；2—特殊玻璃；3—瓷芯；4—溶体；5—氩气；6—螺钉；7—软铅；8—出线端子；9—活塞；10—套管
RZ1 型自复式熔断器是一种新型熔断器，其结构如图1.18 所示，它采用金属钠作熔体。在常温下，钠的电阻很小，允许通过正常工作电流。当电路发生短路时，短路电流产生高温使钠迅速气化，气态钠电阻变得很高，从而限制了短路电流。当故障消除时，温度下降，气态钠又变为固态钠，恢复其良好的导电性。其优点是动作快，能重复使用，不必备用熔体。缺点是它不能真正分断电路，只能利用高阻闭塞电路，故常与自动开关串联使用，以提高组合分断性能。
在选用熔断器时，应根据被保护电路的需要首先确定熔断器的类型，然后选择熔体的规格，再根据熔体确定熔断器的规格。
1）熔断器类型的选择
选择熔断器的类型时，主要根据线路要求、使用场合、安装条件、负载要求的保护特性和短路电流的大小等来进行。电网配电一般用管式熔断器；电动机保护一般用螺旋式熔断器；照明电路一般用瓷插式熔断器；保护可控硅元件则应选择快速式熔断器。
2）熔断器额定电压的选择
熔断器的额定电压应大于或等于线路的工作电压。
3）熔断器熔体额定电流的选择
①对于变压器、电炉和照明等负载，熔体的额定电流 I FU 应略大于或等于负载电流 I ，即
②保护一台电机时，考虑启动电流的影响，可按下式选择：
式中 I N ——电动机额定电流，A。
③保护多台电机时，可按下式计算：
式中 I Nmax ——容量最大的一台电动机的额定电流；
I
N
——其余电动机额定电流之和。
4）熔断器额定电流的选择
熔断器的额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。
熔断器型号的含义和电气符号如图1.19 所示。
图1.19 熔断器型号的含义和电气符号