2.2 建筑电工常用低压电器的结构和安装
低压电器可以分为控制电器和保护电器。控制电器主要用来接通和断开线路，以及用来控制用电设备。刀开关、低压断路器、电磁启动器属于低压控制电器。保护电器主要用来获取、转换和传递信号，并通过其他电器对电路实现控制。熔断器、热继电器属于低压保护电器。在施工现场常用的低压电器主要有开关电器、控制电器、保护电器、调节电器、主令电器、成套电器等。
低压电器应当正确选择，合理使用。各种开关电器具有不同的用途和使用条件，因此也就有不同的选用方法。正确的选用要结合不同的控制对象和各类电器的使用环境、技术数据、正常工作条件、主要技术性能等确定，以确保选择的低压电器工作安全可靠，避免因电器故障而停产或损坏设备，危及人身安全等。
2.2.1 开关
1.闸刀开关
闸刀开关又称开启式负荷开关，它是一种结构最简单、应用广泛的手动低压电器。一般在容量不大的低压电路中用于不频繁的带负荷接通、切断操作和短路保护。闸刀开关的结构如图2⁃40所示，它主要由手柄、刀片（触头）、接线座等组成。按照刀片数分有单刀、双刀及三刀。普通刀开关只有一个投向。为了便于电路的切换，也有两个投向的，称之为双投闸刀开关。
在安装闸刀开关时，手柄要向上装，不得倒装和平装，否则手柄可能会因为自重而下落引起误合闸，造成人员和设备安全事故。在接线时，将电源线接在熔丝上端，负载线接在熔丝下端，拉闸后开关与电源隔离，便于更换熔丝。
图2⁃40 闸刀开关
2.封闭式开关熔断器组（铁壳开关）
封闭式开关熔断器组俗称铁壳开关，又称封闭式负荷开关，通常用在配电设备中，作为不频繁接通和分断负载电路，具有熔断器短路保护的作用。交流380V、60A及以下等级的封闭式开关熔断器组，还可以作为小型异步电动机的不频繁地全电压直接启动及分断的控制开关。
封闭式开关熔断器组由带有灭弧系统的刀开关、熔断器及快速动作的操作机构组成，如图2⁃41所示。整个装置安装在防护铁板箱内，并且还有机械连锁使开关闭合后不能开启箱盖，以确保操作人员的安全。其安装要求与闸刀开关相同。
3.组合开关
组合开关又称转换开关，是一种结构紧凑的手动开关，其外形结构如图2⁃42所示。当转动组合开关手柄时，每层的动触片随方形转轴一起转动，动触片插入静触片则电路接通，动触片离开静触片则电路断开。
组合开关用作电源引入开关，也可以作为小容量电动机启动、多速电动机换接变速、电动机正反转的控制。组合开关额定电压通常不超过500V，额定电流值在100A以下。由于组合开关面积小，安全可靠，操作方便，因此得到广泛应用。
图2⁃41 封闭式开关熔断器组（铁壳开关）
图2⁃42 组合开关
必须注意，组合开关本身不带过载保护和短路保护装置，如果需要保护，就应当另外增设保护电器。组合开关安装时，应当将手柄保持在水平旋转位置上，触头接触应紧密可靠。
4.按钮开关
按钮开关又称控制按钮或按钮，它们的额定工作电流比较小，专门用以接通和切断较小电流的电路。生产实践中，常将按钮开关与接触器、继电器的线圈配合，构成控制电路，实现对电动机等用电设备的自动控制或远距离控制。
任何一个按钮都可分为常开按钮和常闭按钮，合在一起为复合按钮。常开按钮也为动合按钮，常闭按钮也称动断按钮。每个复合按钮由两个按钮的四个触头组装在一起。动合触头在手没按动按钮时触头是分断的，手按动按钮时触头导通；动断触头则反之。在控制电路中，启动按钮用动合触头，停止按钮用动断触头。
按钮开关的选择主要是根据使用的场合、触头的数目、种类及按钮的颜色来决定。一般停止按钮使用红色，用于控制线路中。
按钮开关的外形、结构和符号如图2⁃43所示。
图2⁃43 按钮开关
5.行程开关
行程开关又称限位开关，它通过开关机械可动部分的动作，将机械信号变换为电信号，借此实现对机械的电气控制。行程开关有多种结构形式，图2⁃44为某行程开关的结构外形图。
行程开关一般由操作头、触点系统和外壳组成。操作头感测机械设备的动作信号，并传递到触点系统。触点系统由一组动合触点和一组动断触点组成，将操作头传来的机械信号变换为电信号，输出到有关控制电路，使之做出相应的动作。
习惯上将尺寸甚小的行程开关称为微动开关。
2.2.2 低压断路器
图2⁃44 行程开关
低压断路器曾称为自动空气开关，分为万能式断路器和塑料外壳式断路器，是低压电路中重要的保护电器之一。低压断路器主要用于保护交、直流电路内的电气设备，使之免受短路、严重过载或欠电压等不正常情况的危害，同时也可以用于不频繁地起停电动机等。本节介绍的是塑料外壳式断路器（以下简称断路器）。
低压断路器的特点是：有多种保护功能，动作后不需要更换元件，动作电流可按需要整定，工作可靠，安装方便和分断能力较强等。因此，在各种动力电路和机床设备中应用较广泛。
1.断路器的组成
尽管各种断路器形式各异，但其基本结构和动作原理却是相同的。它主要由触头系统、灭弧机构、操作机构和保护装置（各种脱扣器）等几部分组成。
2.断路器的工作原理
图2⁃45a所示是断路器的结构外形，图2⁃45b所示是其结构原理。断路器的主触头是靠操作机构进行接通与分断的，图2⁃45c所示是在电路中使用的断路器符号。
图2⁃45 断路器
一般容量的采用手动操作，较大电流容量的往往采用电动操作。合闸后，主触头被锁钩锁在闭合位置。
3.断路器的保护装置
（1）电磁脱扣器。当流过的电流在整定值之内时，电磁脱扣器线圈所产生的吸力不足以吸动衔铁。当发生短路故障时，短路电流超过整定值，强磁场的吸力克服弹簧的拉力拉动衔铁，顶开锁钩，使断路器跳闸。电磁脱扣器起到熔断器的保护作用。
（2）失电压脱扣器。失电压脱扣器的工作过程与电磁脱扣器的恰恰相反。当电源电压在额定值时，失电压脱扣器线圈产生的磁力足以将衔铁吸合，使断路器保持合闸状态。当电源电压下降到低于整定值或是降为零时，在弹簧作用下衔铁被释放，顶开锁钩而切断电源。
（3）热脱扣器。热脱扣器的作用和基本原理与后面要介绍的热继电器相同，过热则切断电路，起到过载保护作用。
（4）分励脱扣器。分励脱扣器用于远距离操作。在正常工作时，其线圈是断电的。在需要远方操作时，使线圈通电，电磁铁带动机械机构动作，使断路器跳闸。
（5）复式脱扣器。断路器同时具有电磁脱扣器和热脱扣器，称之为复式脱扣器。
4.断路器的型号与技术参数
断路器的型号如下：
D Z5-20/□□□
式中 D——断路器；
Z——塑料外壳式；
5——设计序号；
20——额定电流。
第一个口——极数；
第二个口——脱扣方式（0—无脱扣器，1—热脱扣器，2—电磁脱扣器，3—复式脱扣器）；
第三个口——辅助触头（0—无辅助触头，2—有辅助触头）。
断路器的技术参数见表2⁃1。
表2⁃1 断路器的技术参数
5.断路器的选择
（1）电压、电流的选择。断路器的额定电压和额定电流不应小于电路的额定电压和最大工作电流。
（2）脱扣器整定电流的计算。热脱扣器的整定电流应与所控制负载（如电动机等）的额定电流一致。电磁脱扣器的瞬时动作整定电流应当大于负载电路正常工作的最大电流。
6.断路器的安装
低压断路器安装时，型号、规格应当符合设计要求，应当符合产品技术文件以及施工验收规范的规定。低压断路器宜垂直安装，当其与熔断器配合使用时，熔断器应当安装在电源一侧。
2.2.3 低压熔断器
低压熔断器是保护安全用电的一种电器，应当用于电网和电气设备的保护。当电网和电气设备发生过载或短路时能自动切断电路，从而达到保护目的。由于其具有结构简单、使用方便、体积小、重量轻和价格低廉等优点，所以在建筑工程中得到广泛应用。
1.熔断器的外形与结构
熔断器（图2⁃46）由熔体和安装熔体的熔管（或瓷盖、瓷座）、触头和绝缘底座等组成。熔体为丝状或是片状。熔体材料一般包括两种：一种由铅锡合金和锌等低熔点金属制成，因不易灭弧，多用于小电流的电路；另一种由银、铜等较高熔点的金属制成，易于灭弧，多用于大电流的电路。当正常工作时，流过熔体的电流小于或等于它的额定电流，因为熔体发热的温度尚未到达熔体的熔点，所以熔体不会熔断。当流过熔体的电流达到额定电流的1.3～2倍时，熔体缓慢熔断。当流过熔体的电流达到额定电流的8～10倍时，熔体迅速熔断。电流越大，熔断越快。一般取2倍熔断器的熔断电流，其熔断时间约为30～40s。熔断器对轻度过载反应比较迟钝，通常只能作短路保护用。
图2⁃46 熔断器
2.熔断器的型号
（1）熔断器型号命名
1）插入式熔断器：
RC1A-□
式中 R——熔断器；
C——插入式；
1——设计序号；
A——该型设计改进；
□——额定电流。
2）螺旋式熔断器：
RL□⁃□/□
式中 R——熔断器；
L——螺旋式；
□——设计序号；
□/□——熔断器额定电流/熔体额定电流。
3）螺旋式快速熔断器：
RLS⁃□
式中 R——熔断器；
L——螺旋式；
S——快速；
□——熔断器额定电流。
4）快速熔断器
RS⁃□□
式中 R——熔断器；
S——快速；
第一个□——设计序号；
第二个□——熔断器额定电流。
5）封闭管式熔断器：
RM （T）□⁃□□
式中 R——熔断器；
M——无填料（T表示有填料）封闭管式；
第一个□——设计序号；
第二个□——额定电流；
第三个□——接线形式（Q⁃板前，H⁃板后）。
（2）熔断器符号。在电路中用图形符号为
，文字符号为FU，当同一电路中需用多个熔断器时，分别用FU1、FU2……表示。
3.熔断器的选用
熔断器的选用应当考虑两个方面，即熔断器类型的选择和熔体（丝）额定电流的确定。
（1）在选择熔断器的类型时，主要考虑负载的保护特性和短路电流的大小。对于容量小的电动机和照明支线，常采用熔断器作为过载及短路保护，所以熔体的熔化系数可适当小些；对于较大容量的电动机和照明干线，则应着重考虑短路保护和分断能力，一般选用具有较高分断能力的熔断器；当短路电流很大时，宜采用具有限流作用的熔断器。
（2）确定熔体额定电流时，应区别两种负载情况：一种是负载有冲击启动电流的情况，如电动机；另一种是负载电流比较平稳的情况，如一般照明电路。在负载电流比较平稳的场合，基本上可以按额定负载电流来确定熔体的额定电流。
4.常用的低压熔断器
（1）RC1A系列插入式熔断器。插入式熔断器是由瓷盖、瓷座、熔丝、动触头及静触头五部分组成，其外形如图2⁃47所示。瓷盖和瓷座均由电工瓷制成，电源线和负载线可以分别连接在瓷座两端的静触头上，熔丝连接在瓷盖的动触头上。瓷座中间有一空腔与瓷盖的突出部构成灭弧室，容量较大的熔断器在灭弧室内垫有石棉垫，以加强熄弧的效果。
RC1A系列熔断器结构简单，价格便宜，更换方便，广泛用于照明及小容量电动机的短路保护。
（2）RL1系列螺旋式熔断器。它主要由瓷帽、熔管、瓷套、上接线端，下接线端及底座六部分组成。常用RL1系列螺旋式熔断器的外形如图2⁃48所示。
图2⁃47 RC1A系列插入式熔断器
图2⁃48 螺旋式熔断器
RL1系列螺旋式熔断器的熔管内，除了装有熔体之外，还在熔体周围填满灭弧用的石英砂。熔管的两端有金属盖，其中一端金属盖中央凹处有一个标有不同颜色的熔断指示标志，熔体熔断后色点会自动脱落，表明熔体已断。
使用时，熔断器有色点的一端插入瓷帽，瓷帽上有螺纹，将瓷帽连同熔管一起拧进底座，熔体便连接在电路中。装接时，电源线应当连接到下接线端，负载线应当连接到上接线端，这样在更换熔管时，旋出瓷帽后螺纹壳上不会带电，从而确保了人身安全。
RL1螺旋式熔断器的断流能力大、体积小、安装面积小、更换熔体方便、安全可靠，熔体熔断后有明显指示，所以广泛用于额定电压500V、额定电流200A以下的交流电路或电动机控制电路中作为过载或短路保护。
（3）无填料密闭管式熔断器。它主要由熔管、熔体、底座等组成。
无填料密闭管式熔断器的优点有：
1）由于采用了截面宽窄不同的锌片，当电路发生过载或短路时，锌片几处狭窄部位同时熔断，形成很大间隙，因此灭弧容易。
2）熔片熔断时没有熔化的金属颗粒及高温气体喷出，同时也看不到电弧的闪光，操作人员较安全。
3）更换熔片较方便。
其缺点有：
1）材料消耗多，其中制作黄铜套管及黄铜帽需要大量黄铜。为了节约铜材，目前正推广采用三聚氰胺绝缘材料压制成熔管并采用塑料套管和帽子做成的新型塑料熔断器。
2）价格较贵。无填料密闭管式熔断器常用于电气设备的短路保护以及电缆的过载保护。
（4）有填料封闭管式熔断器。随着低压电网容量的增大，当线路发生短路故障时，短路电流常高达25～50kA。上面三种系列的熔断器均不能分断这么大的短路电流，必须采用RT0系列有填料封闭管式熔断器。
RT0系列熔断器的外形如图2⁃49所示。其中，熔管采用高频陶瓷制成，它具有耐热性强、力学强度高、外表面光洁美观等优点。熔体是两片网状的纯铜片，中间用锡将它们焊接起来，这部分被称为“锡桥”。熔管内填满石英砂，在切断电流时起迅速灭弧的作用。熔断指示器为一机械信号装置，指示器有与熔体并联的康铜熔丝，它能够在熔体烧断后立即烧断，并弹放出红色醒目的指示熔断信号。熔断器的插刀插在底座的插座内。
RT0系列熔断器的优点是极限断流能力大，可以达到50kA，用于有较大短路电流的电力输配电系统中。其缺点是熔体熔断后不容易拆换，制造工艺较复杂。
图2⁃49RT0 系列有填料封闭管式熔断器
2.2.4 交流接触器
接触器是一种用来频繁接通和断开交、直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。它具有低压释放保护功能，可以进行频繁操作，能够实现远距离控制，是电力拖动自动控制电路中使用最广泛的电器元件。因其不具备短路保护功能，常和熔断器、热继电器等保护电器配合使用。接触器按电流种类一般分为交流接触器和直流接触器两类。
1.接触器的工作原理
交流接触器主要由电磁机构、触头系统和灭弧装置等组成，其外形和结构如图2⁃50所示。
图2⁃50 交流接触器的外形和结构
交流接触器包括两种工作状态：得电状态（动作状态）和失电状态（释放状态）。如图2⁃50所示，接触器主触头的动触头装在与衔铁相连的绝缘连杆上，其静触头则固定在壳体上。当线圈得电后，线圈产生磁场，使静铁心产生电磁吸力，将衔铁吸合。衔铁带动动触头动作，使常闭触头断开，常开触头闭合，分断或是接通相关电路。当线圈失电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧的作用下释放，各触头随之复位。
交流接触器有三对常开的主触头，它的额定电流较大，用以控制大电流主电路的通断；还有两对常开辅助触头和两对常闭辅助触头，它们的额定电流较小，一般是5A，用来接通或是分断小电流的控制电路。此外，为了满足控制电路的需要，有的接触器还可以加装辅助触头，如图2⁃51所示。
图2⁃51 接触器加装辅助触头
2.接触器的主要技术参数
常用的交流接触器包括CJ10、CJ12系列。常用的直流接触器有CZO系列。表2⁃2列出了交流接触器的技术数据。
表2⁃2 交流接触器的主要技术数据
3.接触器的型号
常用接触器的型号含义如下：
接触器的图形符号及文字符号如图2⁃52所示。
4.接触器的选择
接触器的选择原则如下：
图2⁃52 接触器的图形符号及文字符号
（1）根据接触器所控制的负载性质来选择接触器的类型。
（2）接触器的额定电压不得低于被控制电路的最高电压。
（3）接触器的额定电流应大于被控制电路的最大电流。
对于电动机负载有下列经验公式：
式中 IC——接触器的额定电流（A）；
PN——电动机的额定功率（kW）；
UN——电动机的额定电压（V）；
K——经验系数，K=1～1.4。
接触器在频繁起动、制动和正反转的场合时，一般其额定电流降一个等级来选用。
（4）电磁线圈的额定电压应当与所接控制电路的电压一致。
（5）接触器的触头数量和种类应当满足主电路及控制电路的要求。
5.接触器的故障诊断与维修
接触器使用寿命的长短，不仅取决于产品本身的技术性能，而且与使用维护是否符合要求有很大关系。应当制定相关制度，对运行中的接触器进行定期保养，以延长使用寿命和确保安全。接触器检查项目如下：
（1）外观检查。看接触器外观是否完整无损，固定是否松动。
（2）灭弧罩检查。取下灭弧罩仔细查看有无破裂或严重烧损；灭弧罩内的栅片有无变形或是松脱，栅孔或是缝隙是否堵塞；清除灭弧室内的金属飞溅物和颗粒。
（3）触头检查。清除触头表面上烧毛的颗粒；检查触头磨损的程度，严重时应当更换。
（4）铁心的检查。铁心端面要定期擦拭，清除油垢保持清洁；检查铁心有无变形。
（5）线圈的检查。观察线圈外表是否因过热而变色，接线是否松脱，线圈骨架是否破碎。
（6）活动部件的检查。检查可动部件是否卡滞，坚固体是否松脱，缓冲件是否完整等。
交流接触器的常见故障及维修方法见表2⁃3。
2.2.5 继电器
继电器是一种根据电量（电流、电压）或非电量（时间、速度、温度、压力等）的变化自动接通和断开控制电路，以完成控制或是保护电路的电器。
表2⁃3 交流接触器的常见故障及维修方法
虽然继电器和接触器都是用来自动接通或断开电路，但是它们仍有很多不同之处。继电器可以对各种电量或非电量的变化做出反应，而接触器只有在一定的电压信号下动作；继电器用于切换小电流的控制电路，而接触器则用来控制大电流电路。所以，继电器触头容量较小（不大于5A），且无灭弧装置。
继电器用途广泛，种类繁多。按反映的参数可以分为：电压继电器、电流继电器、中间继电器、热继电器、时间继电器和速度继电器等。按动作原理可以分为：电磁式、电动式、电子式和机械式等。其中电压继电器、电流继电器、中间继电器均为电磁式。
1.电流继电器
电流继电器的线圈与被测电路串联，用以反映电路中电流的变化。为了不影响电路工作情况，其线圈匝数少，导线粗，线圈阻抗小。
电流继电器又有欠电流和过电流继电器之分。其中，欠电流继电器的吸引电流为额定电流的30%～65%，释放电流为额定电流的10%～20%，所以，在电路正常工作时，其衔铁是吸合的，只有当电流降低到某一程度时，继电器释放，输出信号。过电流继电器在电路正常工作时不动作，当电流超过某一整定值时才动作，整定范围一般为1.1～4倍额定电流。过电流继电器如图2⁃53所示。当接于主电路的线圈电流为额定值时，它所产生的电磁引力无法克服反作用弹簧的作用力，继电器不动作，常闭触点闭合，维持电路正常工作。一旦通过线圈的电流超过整定值，线圈电磁力将大于弹簧反作用力，静铁心吸引衔铁使其动作，分断常闭触点，切断控制回路，保护了电路及负载。
2.电压继电器
电压继电器的结构与电流继电器相似，不同的是电压继电器的线圈为并联的线圈，匝数多，导线细，阻抗大。
根据动作电压值的不同，电压继电器有过电压继电器、欠电压继电器和零电压继电器之分。过电压继器在电压为额定值的110%～115%时动作，欠电压继电器在电压为额定值的40%～70%时动作，而零电压继电器在电压降至额定值的5%～25%时动作。
3.中间继电器
中间继电器实质上为电压继电器，但其触头数量较多，触头容量较大，动作灵敏。其主要用途是：当其他继电器的触头数量或触头容量不够时，可以借助中间继电器来扩大它们的触头数量和容量，起到中间转换作用。图2⁃54所示为中间继电器。
图2⁃53 JT4系列过电流继电器
1—反力弹簧 2—静铁心 3—衔铁 4—电流线圈 5—常闭触头 6—常开触头 7—磁轭
图2⁃54 中间继电器
4.时间继电器
时间继电器是利用电磁原理或机械原理实现触头延时闭合或延时断开的自动控制电器。常用的种类有空气阻尼式、电子式和数字式。各类时间继电器的外形以及特点见表2⁃4。
空气阻尼式时间继电器又叫气囊式时间继电器，是利用空气阻尼的原理获得延时的。它由电磁机构、延时机构及触头三部分组成。电磁机构为直动式双E型，触头系统是借用LX5型的微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。其结构如图2⁃55所示。
表2⁃4 时间继电器的外形及特点
图2⁃55 空气阻尼式时间继电器（JS7系列）结构
电磁机构可以是交流的也可以是直流的。触头包括瞬时触头及延时触头两种。空气阻尼式时间继电器可以做成通电延时，也可以做成断电延时。
常用的时间继电器是JS7系列。主要技术参数有瞬时触头数量、延时触头数量、触头额定电压、触头额定电流、线圈电压及延时范围等。
时间继电器型号含义如下：
5.热继电器
热继电器是利用电流的热效应原理工作的保护电器，在电路中用做电动机的过载保护。由于电动机在实际运行中常遇到过载的情况，如果过载不大，时间较短，绕组温升不超过允许范围，是可以的。但过载时间较长，绕组温升超过了允许值，将会加剧绕组老化，缩短电动机的使用寿命，严重时会烧毁电动机的绕组。所以，凡是长期运行的电动机必须设置过载保护。
热继电器种类很多，应用最广泛的是基于双金属片的热继电器，其外形如图2⁃56所示，主要由热元件、双金属片和触头三部分组成。热继电器的常闭触头串联在被保护电路的二次回路中，其热元件由电阻值不高的电热丝或电阻片绕成，串联在电动机或是其他用电设备的主电路中。靠近热元件的双金属片，是由两种不同膨胀系数的金属经机械辗压而成，为热继电器的感测元件。
热继电器在保护形式上分为二相保护和三相保护两类。二相保护式的热继电器内装有两个发热元件，分别串入三相电路中的两相，常用于三相电压和三相负载平衡的电路。三相保护式热继电器内装有三个发热元件，分别串入三相电路中的每一相，其中任意一相过载，都会使热继电器动作，常用于三相电源严重不平衡或三相负载严重不平衡的场合。
图2⁃56 JR10型热继电器的外形
热继电器的主要技术参数有：额定电压、额定电流、相数、热元件编号、整定电流及整定电流调节范围等。整定电流是指热元件能够长期通过而不至于引起热继电器动作的电流值。
常用的热继电器有JR20、JRS1及JR0、JR10、JR15、JR16等系列。
热继电器的检查内容如下：
（1）检查负荷电流是否和热元件的额定值相配合。
（2）检查热继电器与外部连接点有无过热现象。
（3）检查与热继电器连接的导线截面面积是否满足要求，有无因发热而影响热元件正常工作的现象。
（4）检查继电器的运行环境温度有无变化，温度有无超过允许范围（-30～40℃）。
（5）检查热继电器动作是否正确。
（6）检查热继电器周围环境温度与被保护设备周围环境温度差值，若超出正常工作范围-15～25℃时，应调换大一号等级的热元件（或小一号等级的热元件）。
热继电器的常见故障有热元件烧坏、误动作和不动作。具体原因及维修见表2⁃5。
表2⁃5 热继电器常见故障原因及维修
