低压成套开关设备的原理及其控制技术第2版

般用在低压配电系统中。 （2）控制电器 控制电器包括接触器、控制继电器、起动装置及起动器、控制器、主令电器等。控制电 器一般用在电气传动系统中

（1）自动切换电器 依靠电器自身参数变化或外部信号变化，低压电器自动执行接通或者分断线路的操作 可使电动机起动、停止或反向起动等。例如接触器和继电器等。 （2）非自动切换电器 依靠人工直接操作电路的电器，例如控制按钮和选择开关等。 3.按电器的执行机构有无触头分类 （1）带触头的电器 带触头的电器一般指断路器、接触器、中间继电器等。 （2）无触头的电器 无触头电器是指电子电器、电力电子器件等。 4.按工作条件分类

螺栓标准3.按电器的执行机构有无触头分类

胶 （2）无触头的电器 无触头电器是指电 4.按工作条件分类 （1）一般工业电器 （2）船用电器 （3）化工和矿用防 （4）牵引电器 对于不同类型的低用

第1章低压成套开关设备的基本概念和基础知识

1.2低压开关电器和低压成套开关设备的标准及设计制造规程

1.2.1国际电工委员会（IEC）出版物中有关开关电器的标准汇总

EC出版物中有关开关电器的标准汇总见

低压成套开关设备的原理及其控制技术第2版

章低压成套开关设备的基本概念和基础知识

压电器产品中我国国家标准与国际

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第1章低压成套开关设备的基本概念和基础知识

.2.3低压成套开关设备的设计规租

就是规则章程，指进行或操作某件事情必须遵守的规章制度。规程必须具备可 标准及设计规程设计和制造的低压成套开关装置在进行出厂试验或型式试验时其 必须完整，并且其内部安装的各种低压电器、机械组件、外壳等都必须也经过型 代并且被确认为合格的产品。

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（2）基础规程 基础规程是在设计成套设备的规程中要求必须遵循的基本规定。 基础规程包括对人身保护、计算方法和试验方法、测量原理等方面的一系列规定。 最重要的基础规程有：德国的VDE0100“额定电压至1000V强电装置的安装规程”、 VDE0102“标准短路的指示”；VDE0103“测量强电设备机械和热的短路稳定性的指示”； /DE0110“测量电气设备电气间隙和爬电距离的规程”；VDE0199“信号灯和按钮的标志色”； /DE0875“电气设备和电气装置抗火花干扰的规程”；IEC60364出版物“室内电气装置”等。 基础规程规定了低压成套开关设备在安全技术方面的最低要求，对于低压成套开关设备 在人身防护、直接触电、间接触点、爬电距离和电气间隙等方面具有特殊意义。 （3）装备规程 装备规程考虑了在规定的使用条件下，如何应用开关装置和配电装置。 最重要的装备规程有：VDE0100“额定电压至1000V强电装置的安装规程；VDE0107 “在医学领域内电气设备的安装规程”；VDE0108“住房建筑中强电设备以及工作车间内安 全照明灯的安装规程”；VDE0115“电气化铁路安装规程”；VDE0118“井下煤矿生产用电 气装置安装规程”；VDE0160“电气设备强电装置的规程”等。 （4）安装规程 安装规程包括对成套电器装置的装备和安装要求。 在设计低压成套开关设备时必须考虑到安装和使用的要求，也即安装规程。 最重要的安装规程有：VDE0100“额定电压至1000V强电装置的安装规程”；VDE0108 “住房建筑装置中强电设备以及工作车间内安全照明灯的安装及使用”；VDE0165“在爆炸 危险场所电气装置的安装规程”；IEC60364出版物“室内电气设备”等。 （5）重要的标准 重要的标准与基础规程具有同等效力并且在使用低压成套开关设备时必须遵照执行。 最重要的标准有：DIN41488“箱的分类尺寸”；DIN40705“绝缘导线和裸导线的颜色标 志”；DIN40719“电路资料”；DIN40050“防护类型”；DIN50010“气候定义”；IEC529出 饭物“外壳防护等级的分类”；IEC144“低压开关电器的防护类型”；IEC446“绝缘导线和 裸导线的颜色标志”。

1.3低压成套开关设备的工作条件和若干主要技术参数

.3.1低压成套开关设备的使用条

要正确地使用低压开关柜和控制设备，就必须满足低压开关柜的使用条件。 在GB/T16935.1一2008《低压系统内设备的绝缘配合第1部分：原理、要求和试验》 标准中对电气间隙的要求涉及低压开关柜主元件的安装、一次和二次载流导体的安装、开关 矩内各种导电结构件的电气间隙以及人身安全防护距离等各种技术问题。这些都与低压开关 拒的设计和制造密切相关。 除了电气间隙和冲击耐受电压的要求外，在高海拔地区使用的低压开关柜还需要考虑辐 射（紫外线）、静电、绝缘、灭弧、温度、沙尘、外形和密封等各种因素，具体可参见GB/ T20626.1一2006《特殊环境条件高原电工电子产品第1部分：通用技术要求》标准的

竟低压成套开关设备的基本概念和基础知识

要求。 1.低压成套开关设备对安装区域海拨的要求 随着中国经济的发展，在高海拔地区使用的低压成套开关设备越来越多，例如我国的青 藏铁路，超过49.08%的路段都在海拔4000m以上，沿线数十个车站所使用的高压、中压和 低压开关柜安装场所的海拔自然也就在4000m以上。按照国家标准，低压成套开关设备安 装场所的海拔不得超过2000m。对于应用在高海拔地区的低压成套开关设备，如何突破海拔 2000m的高度限制是一个很重要的课题。 高海拔地区空气密度低，紫外线辐射强，所以当海拔超过2000m后，开关设备内部的 绝缘和耐压水平、开关设备的散热能力都随着海拔的增加而降低，同时各种开关电器的灭弧 能力也随着海拨增加而降低。 国家标准GB/T16935.1一2008中，对海拔超过2000m的低压开关柜内爬电距离和电气 间隙给出了定量数据。 理、要求和试验》

低压成套开关设备的原理及其控制技术第2版

国家标准GB/T20626.1一2006对应用在高原环境下的低压成套开关设备和低压开关电 器提出了一系列特殊要求： 三标准摘录：GB/T20626.1—2006《特殊环境条件高原电工电子产品第1部 分：通用技术要求》

第5.3部分：电工电子产品的电气间隙

在高原环境条件下，温升限值不应超过常规型相应产品标准规定的 第5.6部分：工频耐受电压和雷电冲击耐受电压 工频耐受电压和雷电冲击耐受电压的海拨修正系数表

在高原环境条件下，温升限值不应超过常规型相应产品标准规定的值 第5.6部分：工频耐受电压和雷电冲击耐受电压 工顺耐受电压和需电冲主耐受由压的海指修正系熟表

工频耐受电压和雷电冲击耐受电压的海拨修正

当地的海拨将工顿耐受电压和冲击耐受电压乘以表中

： 我们设想此低压成套开关设备的原型在海拔接近零之处进行型式试验（例如上海电科 所试验站，它的海拔是4m），此处的修正系数是1.67，于是在4000m处的工频耐受电压

第1章低压成开关设备的基本概念和基础知识

2500/1.67~1497V。 如果要保持工频耐受电压为2500V/1min，则必须加大电气间隙。查表得知4000m处的 电气间隙倍增系数是1.29，也即低压成套开关设备的最小电气间隙由10mm增至12.9mm。

低压成套开关设备周围空气温度和大气

1.3.2低压成套开关设备的主要技术参数

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4.7发电机的额定电压（见表

表7发电机的额定电压

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表12A 与额定绝缘电压对应的介电试验电压

额定绝缘电压U：对所有的开关电器的绝缘特性有重要意义，开关电器的绝缘特性就是 按照U；的标准化值来设计的；额定工作电压U。关系到断路器的通断能力参数，而对交流接 触器则关系到工作制和使用类别。 在低压开关电器的产品样本中，每种设备都给出了U，和U。的数值。 （2）额定电流I。与温升 低压成套开关设备和控制设备中某支路的额定电流由该支路的主元件决定，而主元件的 额定电流则由该主元件制造厂根据其内部各元器件的额定值、布置方式和应用情况来确定， 只有其内部各个部件按照标准规定的试验条件下测试温升不超过限定值才允许承载上述额定 电流

额定绝缘电压U，对所有的开关电器的绝缘特性有重要意义，开关电器的绝缘特性就是 按照U；的标准化值来设计的；额定工作电压U。关系到断路器的通断能力参数，而对交流接 触器则关系到工作制和使用类别。 在低压开关电器的产品样本中，每种设备都给出了U，和U。的数值。

套开关设备和控制设备中某支路的额定电流由该支路的主元件决定，而主元件的 由该主元件制造厂根据其内部各元器件的额定值、布置方式和应用情况来确定 3各个部件按照标准规定的试验条件下测试温升不超过限定值才允许承载上述额定

1章低压成套开关设备的基本概念和基础知识

成套设备的额定电流应为下列所述情况的电流较小者； 成套设备内所有并联运行的进线电路的额定电流总和； 特殊布置的成套设备中主母线能够分配的总电流。 通过此电流时，各部件的温升均不能超过9.2中规定的限值。

成套设备和它的电路在特定条件下应能承载其额定电流（见5.3.1、5.3.2和5.3.3）， 考虑到元件的额定数据、它们的不知和应用，且当按照10.10验证时不超过表6中所给出的 温升限值适用于周围空气平均温度不超过35℃

表6温升限值（9.2）

常用的开关设备和控制设备； 电子部件（例如：整流桥、印制电路）； 设备的部件（例如：调节器、稳压电源、运算放大器）。 2）温升极限为70K是根据10.10的常规试验而定的数值。在安装条件下使用或试验的成套设备，由于接线、端子类 型、种类、布置与试验（常规）所用的不尽相同，因此端子的温升会不同，这是允许的。 3）那些只有在成套设备打开后才能接触到的操作手柄，例如：不经常操作的抽出式手柄，其温升极限允许提高到25K。 4）除非另有规定，在正常工作情况下可以接近但不需触及的外壳和覆板，允许其温升提高10K。距离成套设备基座 2m以上的外表面和部件可认为是不可触及的。 5）就某些设备（如电子器件）而言，它们的温升限值不同于那些通常的开关设备和控制设备，因此有一定程度的灵活性。 6）对于10.10的温升试验，须由初始制造商在考虑元件制造商所采用的任何附加测量点和限值的基础上规定温升限值。 7）如满足列出的所有判据，裸铜母线和裸铜导体的最大温升不应超过105K

常用的开关设备和控制设备： 电子部件（例如：整流桥、印制电路）； 设备的部件（例如：调节器、稳压电源、运算放大器）。 2）温升极限为70K是根据10.10的常规试验而定的数值。在安装条件下使用或试验的成套设备，由于接线、端子类 型、种类、布置与试验（常规）所用的不尽相同，因此端子的温升会不同，这是允许的。 3）那些只有在成套设备打开后才能接触到的操作手柄，例如：不经常操作的抽出式手柄，其温升极限允许提高到25K。 4）除非另有规定，在正常工作情况下可以接近但不需触及的外壳和覆板，允许其温升提高10K。距离成套设备基座 2m以上的外表面和部件可认为是不可触及的。 5）就某些设备（如电子器件）而言，它们的温升限值不同于那些通常的开关设备和控制设备，因此有一定程度的灵活性。 6）对于10.10的温升试验，须由初始制造商在考虑元件制造商所采用的任何附加测量点和限值的基础上规定温升限值。 7）如满足列出的所有判据，裸铜母线和裸铜导体的最大温升不应超过105K。

低压成套开关设备的原理及其控制技术第2

70℃的温升极限是基于标准中规定的常规试验确定的数值。在实际安装条件下，由于接 线的形式、布置和试验条件不尽相同，可能出现不同的温升，所以测试时允许出现不同的 温升。 装在成套开关设备内部的操作手柄、抽出式把手等，若不经常操作，只是在打开门板后 才能触及，则此手柄或把手的温升允许略高一些。除非另有规定，有些在正常工作时无须触 及的外壳和盖，温升界限可提高10℃。 （3）短路电流 在成套设备中一条电路由于故障或者错误连接而造成短路故障，由此而导致的过电流被 称为短路电流。 在短路状态下短路电路的线路阻抗和短路点阻抗很小，因此短路电流很大，导线和开关 电器因此而剧烈发热，有时还伴随着剧烈的电弧放电。 CB7251.1一2013在3.8.7条中对一条电路中出现的预期短路电流给出定义：在尽可能 接近成套设备电源端，用一根阻抗可以忽略不计的导体使电路的供电导体短路时流过的电流 的有效值。 我们在选配低压线路中各种开关电器时，元器件的短路分断能力都是依据预期短路电流 来确定的。

1.无限大容量配电网的特性

无限大容量配电网是一个相对的概念，它是指电力系统的容量相对用户电网容量要大得 多。如果电力系统容量大于用户电网容量50倍，或者短路点距离电源比较远使得系统阻抗 大约为短路总阻抗的5%10%，在这两种状态下系统母线上的电压基本不变。 设系统阻抗为Z，短路总阻抗为Zk，并且Z=5%Zk，系统电压为Up。于是当配电网 发生短路时，用户电网电压或者短路点电压U的表达式为

Zk Up Up 1 + Zk

第1章低压成套开关设备的基本概念和基础知识

我们看到短路前后电压U基本不变，我们把具有这种特性的电网称为具有无限天容量 的配电网。无限大容量配电网通常是指中、高压配电网，电压U特指电力变压器中、高压 侧的母线电压。 低压配电电源一般是10/0.4kV的电力变压器，相对中、高压配电网低压配电网的电源 和线路阻抗要大得多，因此低压配电网不属于无限大容量配电网。 尽管如此，由于短路时间十分短暂，我们在考虑低压配电系统时仍然能按短路前后系统 电压基本不变来计算短路电流，只有当发生深层短路时变压器低压侧的电压才显著跌落。即 便发生了深层短路，变压器中压侧的电压仍然保持基本不变。 所谓深层短路是指发生短路后短路电路的保护装置未动作，使得短路电路出现了稳态的 短路电流，10/0.4kV的电力变压器低压侧电压将会大幅跌落，低压配电网电源侧母线电压 将跌至额定电压的50%以下，而低压配电网二级配电设备线路侧的电压则将跌至额定电压 的15%以下。

压成开关设备的原理及其控制技术第2版

比。短路电流交流分量的表达式如下：

R2 + L WL Pk=arctan R

短路前的工作电流I在t=0时刻突然变大成为短路电流交流分量的初始值。根据磁链 守恒定律和楞次定律，在t=0时刻，电感的反向电动势将产生一个与交流分量（0+）大 小相等方向相反的直流电流，i是一个逐渐衰减的直流电流，其衰减时间与短路线路的阻 抗有关，所以又被称为短路电流的非周期分量，有时又称为短路电流的直流分量。 短路全电流的表达式如下

第1章低压成套开关设备的基本概念和基础复

如果交流电的频率为50Hz，则当短路后半个工频周期t=0.01s时， 短路全电 取 大值ishmax ishmax被称为冲击短路电流，ish.max的最大值被称为冲击短路电流峰值Ipk。 注意到在t三0时刻，短路电流的周期分 相同而方向相反，于是有

由此可推出得Ksh=2。注意此时的功率因数cosPk=0。 意此时的功率因数cosΦ=1。 在实际的线路中ZL与ZR是同时存在的，所以必然有

管道标准[1

低压成套开关设备的原理及其控制技术第2片

在短路的稳态过程，短路电流非周期分量已经衰减完毕，所以有

第1章低压成套开关设备的基本概念和基础知识

即在短路稳态过程中，短路全电流动等于短路电流周期分量i，也等于持续短路 因此中、高压电网中发生三相短路时，三相短路冲击电流3）的计算式是

电子标准计算低压配电网三相短路电流的欧姆法