發(fā)電廠常用低壓電器的工作原理研究

陸元英　劉慧清　包國軍

摘 要：目前在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、日常生活以及交通等用電部門中，低壓電器的應用十分普遍，而發(fā)電廠供電系統(tǒng)中存在大量的低壓控制元件，這些元件的質量將嚴重影響企業(yè)的安全生產(chǎn)和設備的安全性、可靠性。因此，本文選取發(fā)電廠常用的低壓電器，按照作用、功能的不同分為保護類電器和控制類電器，并對其工作原理進行研究分析，為改善電器的可靠性及用電安全提供借鑒和參考。

關鍵詞：低壓電器；發(fā)電廠；工作原理

低壓電器現(xiàn)在主要應用于電力傳輸系統(tǒng)與電力拖動系統(tǒng)中。截至目前，我國低壓電器的種類接近600個，共有120個生產(chǎn)系列，規(guī)格標準數(shù)量近萬[1]。雖然有眾多的電器種類，但在選用和使用中安全與經(jīng)濟都是要牢牢把握的兩個原則，從而保證設備的可靠運行以及因故障更換時的經(jīng)濟性。

1 發(fā)電廠常用低壓電器概述

在發(fā)電廠中低壓電器具有調節(jié)、控制、通斷與保護功能，其工作電壓區(qū)間在1200V（交流電壓）或者1500V（直流電壓）之內[2]。按照其承擔的功用，可將其分為保護類電器和控制類電器。前者的工作原理是在電路過載或者其他異常情況下將設備斷開，避免遭到破壞；后者則是對電路閉合、斷開以及接觸進行控制，從而起到控制調節(jié)的作用。常用的控制類低壓電器主要有接觸器和刀開關等，而常用的保護類電器有熔斷器和熱繼電器等。

2 保護類電器的工作原理分析

2.1 刀開關的類型及原理

刀開關在低壓控制中的應用十分廣泛，以前被稱為隔離開關或者閘刀開關，通常采用手動方式進行控制，以隔離電源和分段負載為基本功用，其中隔離電源的功能有利于設備檢修、維護等工作，保障檢修及維護人員的安全。而分斷負載功能能將接入電路頻率較低以及分段容量不足的設備和電路進行分斷處理。刀開關的整體結構較為簡單，包括閘刀、刀夾座、觸頭等，其中觸頭若采用熔斷體作為構成材料，則一般稱為熔斷式開關；若觸頭元件采用疊裝式，則稱為組合開關。

刀開關的工作原理也十分簡單，用接線座容納進線和出線，依靠動觸刀與靜觸頭的接觸實現(xiàn)電流的連接。瓷底板固定所有導電部分，而膠蓋則起到保護作用，避免接觸過程中產(chǎn)生的電弧傷人，并隔開電路中各極而防止短路。另外，在長期使用中金屬零件容易掉落，在加裝膠蓋后能有效防止因金屬零件導致的極間短路[3]。

2.2 熔斷絲的分類及原理

熔斷絲是最為常用的保護類低壓電器，由絕緣座和絕緣管組成，其中最核心的部分是熔斷體，在電路過載時會導致熔斷體熔斷，從而導致電路開路，避免因嚴重過載和短路導致設備損壞的情況。常用的熔斷器有管式熔斷器、螺旋式熔斷器等。

在使用時，熔斷器與保護電路串聯(lián)。由于熔斷體具有電熱敏特性且自身熔點較低，因此一旦其中所經(jīng)過的電流過大，將因電阻發(fā)熱而導致自身熔斷。如今熔斷器大都具有反時限的特點，即熔斷時間與過載電流之間具有負相關關系，所以若電流在一定時間范圍內過載，且過載電流量不大的情況下，熔斷器并不會直接損壞并形成開路，仍然能夠長時間使用。

3 控制類電器的工作原理分析

3.1 繼電器的分類及原理

在低壓控制電路中繼電器的作用介于保護元件與控制元件之間，其主要功能是對控制信號進行反應，從而間接實現(xiàn)對主電路的控制。其功能類似開關，工作原理是利用小電流控制信號對大電流使用信號進行控制，在自動化電路及設備中應用較廣，能通過預先設定好的控制規(guī)則實現(xiàn)電路轉換、安全保護等自動調節(jié)功能。

目前，電路中常用的繼電器是電磁繼電器，這種繼電器由觸點簧片、銜鐵以及線圈等構成。根據(jù)電磁效應原理，利用線圈電流克服彈簧彈力，實現(xiàn)電路中開關觸點的連接。當電流消失或者減弱到某一數(shù)值以下，電磁效應消失，彈簧作用力無法克制，從而實現(xiàn)觸點斷開。

3.2 限位開關的分類和原理

限位開關是利用機械運動原理，對運動位置進行控制，從而實現(xiàn)設備的往復、變速、反向以及停止等運動。其工作原理與常規(guī)按鈕類似，不同之處在于前者開關動作的實現(xiàn)是依靠機械運動完成的。按照結構的不同，行程開關一般可分為組合式、微動式以及滾輪式、直動式幾種。其工作原理是在裝設有模塊的機械運動部件運行到預先設定好的位置時，與相應位置的行程開關產(chǎn)生碰撞而連接觸點，最終實現(xiàn)切換電路的目的。

3.3 空氣開關的分類及原理

空氣開關由電壓繼電器、熱繼電器、熔斷器以及刀開關等組成，又稱自動空氣斷路器，不僅能起到電路控制作用，而且承擔保護功能。在短路和過載等情況下會根據(jù)電路運行狀況實現(xiàn)自動控制功能，在平常使用時可采用手動方法進行控制。

空氣開關利用脫扣器實現(xiàn)電流通斷，正常負載電流經(jīng)過電磁線圈時產(chǎn)生的吸引力在一定范圍內不會對脫扣器造成影響。而線路一旦短路，則電磁線圈磁力將會瞬間增加，從而在磁鐵吸引力的作用下造成脫扣器脫扣，此時彈簧的作用力開始起到作用，使靜觸頭斷開，整個電路也會隨之斷開。多線路發(fā)生過載，則熱元件將會發(fā)熱并造成金屬片上彎，將鎖扣和搭鉤推開，使電源切斷。

4 總結

低壓電器在發(fā)電廠中主要起到控制電路閉合斷開、調節(jié)電路運行的功能。在使用過程中要對技術數(shù)據(jù)進行確認，并對使用環(huán)境和對象進行控制。除了注意電器自身外，還要對環(huán)境的空氣濕度、有害氣體、導電塵埃等條件加以分析，并綜合考慮低壓電器元件的更換費用、更換難度和使用壽命等因素，以便整體改善低壓電器的使用環(huán)境和使用效率。

參考文獻

[1]紀占平，徐海.發(fā)電廠常用低壓電器的工作原理[J].科學與財富，2012，12（4）：394.

[2]劉耀杰，李剛，成海洋.探討繼電器在低壓電器工程中的功能與應用[J].中國科技博覽，2014，23（12）：397.

[3]陳蕊.淺析繼電器在電器工程及其自動化低壓電器中的應用[J].科學與財富，2015，23（8）：44.

（作者單位：1.內蒙古能源發(fā)電興安熱電有限公司；2.內蒙古能源發(fā)電新豐熱電有限公司；3.內蒙古能源發(fā)電興安熱電有限公司；4.中電投內蒙古新能源有限公司）