1.6 常用低压电器故障及排除

各种低压电器元件经长期使用，由于自然磨损或者频繁动作或者日常维护不及时，在运行中都会产生故障而影响正常工作，因此必须及时做好维修工作。

由于低压电器种类很多，结构繁简程度不一，产生故障的原因是多方面的，主要集中在触头和电磁系统。本节对一般低压电器所共有的部分，即触头和电磁系统的常见故障与维修进行分析。

1.6.1 触头的故障与维修

触头是接触器、继电器及主令电器等设备的主要部件，由于起着接通和断开电路电流的作用，所以是电器中比较容易损坏的部件。触头的故障一般有触头过热、磨损和熔焊等情况。

1.触头过热

触头通过电流会发热，其发热的程度与触头的接触电阻有关。动、静触头之间的接触电阻越大，触头发热越厉害，有时甚至将动、静触头熔在一起，从而影响电器的使用，甚至不能使用。因此，对于触头发热必须查明原因，及时处理，保护电器的正常工作。造成触头发热的原因主要有以下几个方面：

（1）触头接触压力不足，造成过热。电器使用天长日久，或由于受到机械损伤和高温电弧的影响，使弹簧产生变形、变软而失去弹性，造成触头压力不足；当触头磨损后变薄，使动、静触头完全闭合后触头间的压力减小。这两种情况都会使动、静触头接触不良，接触电阻增大，引起触头过热。处理的方法是调整触头上的弹簧压力，用以增加触头间的接触压力。如调整后仍达不到要求，则应更换弹簧或触头。

（2）触头表面接触不良，触头表面氧化或积有污垢，也会造成触头过热。对于银触头氧化后，影响不大；对于铜触头，需用小刀将其表面的氧化层刮去。触头表现的污垢，可用汽油或四氯化碳清洗。

（3）触头接触表面被电弧灼伤烧毛，使触头过热。此时要用小刀或什锦锉修整毛面，修整时不宜将触头表面锉得过分光滑，因为过分光滑会使触头接触面减小，接触电阻反而增大，同时触头表现锉得过多也影响了使用寿命。不允许用砂布或砂纸来修整触头的毛面。

此外由于用电设备或线路产生过电流故障，也会引起触头过热。此时应从用电设备和线路中查找故障并排除，避免触头过热。

2.触头磨损

触头的磨损有两种：一种是电磨损。由触头间电弧或电火花的高温使触头产生磨损。另一种是机械磨损。由于触头闭合时的撞击、触头接触面的相对滑动摩擦等造成的。触头在使用过程中，其厚度越来越薄，这是由于磨损造成的。若发现触头磨损过快，则应查明原因，排除故障。如果触头磨损到原厚度的2/3～1/2时，需要更换触头。

3.触头熔焊

触头熔焊是指动、静触头表面被熔化后焊在一起而断不开的现象。熔焊是由于触头闭合时，撞击和产生的振动在动、静触头间的小间隙中产生短电弧，电弧的温度很高，可使触头表面被灼伤以致烧熔，熔化后的金属使动、静触头焊在一起。当发生触头熔焊时，要及时更换触头，否则会造成人身或设备的事故。产生触头熔焊的原因大都是触头弹簧损坏，触头的初压力太小，此时应调整触头压力或更换弹簧。有时因为触头容量过小，或因电路发生过载，当触头闭合时通过的电流太大，而使触头熔焊。

1.6.2 电磁系统的故障与维修

许多电器触头的闭合或断开是靠电磁系统的作用而完成的，电磁系统一般是由铁心，衔铁和吸引线圈等组成。电磁系统的常见故障有衔铁噪声大、衔铁吸不上及线圈故障等。

1.衔铁噪声大

电磁系统在工作时发出一种轻微的“嗡嗡”声，这是正常的。若声音过大或异常，这说明电磁系统出现了故障，其原因一般有以下几种情况。

（1）衔铁与铁心的接触面接触不良或衔铁歪斜。电磁系统工作过程中，衔铁与铁心经过多次碰撞后，接触面变形或磨损，以及接触面上积有锈蚀、油污，都会造成相互间接触不良，产生震动及噪声。衔铁的震动将导致衔铁和铁心的加速损坏，同时还会使线圈过热，严重的甚至烧毁线圈。通过清洗接触面的油污及杂质，修整衔铁端面，来保持接触良好，排除故障。

（2）短路环损坏。铁心经过多次碰撞后，短路环会出现断裂而使铁心发出较大的噪声，此时应更换短路环。

（3）机械方面的原因。如果触头弹簧压力过大，或因活动部分受到卡阻而使衔铁不能完全吸合，都会产生较强烈的震动和噪声。此时应调整弹簧压力，排除机械卡阻等故障。

2.线圈的故障及排除

线圈的主要故障是由于所通过的电流过大，使线圈过热，甚至烧毁。如果线圈发生匝间短路，应重新绕制或更换；如果衔铁和铁心间不能完全闭合，有间隙，也会造成线圈过热。电源电压过低或电器的操作超过额定操作频率，也会使线圈过热。

3.衔铁吸不上

当线圈接通电源后，衔铁不能被铁心吸合时，应立即切断电源，以免线圈被烧毁。导致衔铁吸不上的原因有线圈的引出线连接处发生脱落；线圈有断线或烧毁的现象；此时衔铁没有震动和噪声。活动部分有卡阻现象，电源电压过低等也会造成衔铁吸不上，但此时衔铁有震动和噪声。应通过检查，分别采取措施，保证衔铁正常吸合。

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国内外低压电器发展趋势

随着经济的发展，对电能的需求和依赖不断地增大。因此承担电能的传输与分配、用电设备保护与控制任务的低压电器显得更为重要。世界各国十分重视低压电器的发展，每年投入大量的资金进行研究、开发。

一、产品总体发展方向

低压电器发展方向主要取决于系统发展的需要以及新技术（包括新工艺、新材料）研究与应用。20世纪70～80年代除了传统低压电器外，新型电器在主要发展限流电器、真空电器、漏电电器、电子电器。从20世纪80年代后期开始，对传统新一代低压电器产品普遍提出了高性能、高可靠、小型化、多功能、组合化、模块化、电子化、智能化的要求。随着计算机网络的发展与应用，采用计算机网络控制的低压电器均要求能与中央控制计算机进行通信，为此，各种可通信低压电器应运而生，它可能成为今后一段时间低压电器重要发展方向之一。

1..可通信低压电器

为了实现低压电器元件与计算机网络的连接，一般采用三种方案。第一种是开发新型接口电器，连接于网络和传统低压电器元件之间；第二种是在传统的产品上派生或增加计算机联网接口功能；第三种是直接开发带有计算机接口和通信功能的新型电器。可通信电器根据其自身的特点及其在网络中的作用，大致可分为接口电器（如ASI接口模块、分布式I/O接口、网络之间接口）、具有接口和通信功能电器（如智能化万能式断路器、智能化塑壳断路器、智能化交流接触器、智能化电动机保护器和起动器等）、为计算机网络服务的单元（如总线、地址编码器、寻址单元、负载反馈模块等）几类。

随着网络技术的发展和普及，将需要许许多多新的可通信电器，并要求有各种新的功能，这对我国低压电器行业摆脱低水平重复与竞争，无疑是一次新的机遇。

2.传统低压电器的发展方向

（1）高性能、高可靠、小型化。新型低压电器的高性能除了提高其主要技术性能外，重点追求综合技术经济指标，如低压万能式断路器、塑壳断路器除了提高短路分断能力外，特别关注飞弧距离的减小，同时要求小型化。 这对发展新一代紧凑型低压成套设备十分重要。交流接触器已经不片面追求机电寿命的提高，而是把研究的重点放在产品功能组合与派生、分断可靠性（包括缩小飞弧距离，防止相间飞弧）、动作可靠性、接触可靠性以及节银、节能等方面。

（2）模块化和组合化。低压电器组合化是实现电器产品多功能化的重要途径。电器组合化有两种方式，一种是功能组合，它是由各种功能单元组合而成。功能单元中除基本单元能独立使用外，其他单元一般不能独立使用，但是要求系列通用性。这类产品如控制与保护开关电器（自配合电器），其基本单元中的动作系列与此接触器相似，具有很高的机械寿命。触头灭弧系统具有限流特性，能可靠分断50kA预期短路电流。另外还有保护功能单元、隔离单元、辅助触头单元，使该产品兼有隔离器、断路器、交流接触器、热继电器等功能。另一种方式是组合功能，它是把两种以上电器有机地组合在一起，如刀开关熔断器组合电器、熔断器接触器组合电器、熔断器断路器组合电器等，随着塑壳断路器分断能力的提高，在低压领域熔断器组合电器的应用正在减少，但是6～10kV中压领域熔断器——真空接触器组合电器（即F－C装置）由于其独特的优越性而正在不断发展。20世纪80年代中后其发展起来的模数化终端电器为发展新型组合电器或成套装置创造了条件。

为了实现低压电器组合化，以满足不同用户的需要，采用模块化结构是新一代低压电器主要发展方向之一。它把一个复杂的产品分解成若干模块，每一种模块相对独立，使复杂的问题简化，同时便于功能分割与组合，实现新的功能及功能扩展。新一代万能式断路器、塑壳式断路器、交流接触器等产品各种附件一般均采用模块结构。

（3）电子化和智能化。多年来电子式低压电器由于受到容量、价格、可靠性等方面原因，发展一直不快，随着电子元件质量提高、价格下降，EMC技术逐步成熟，尤其是计算机网络的发展与应用，为了实现低压电器与中央控制计算机双向通信，低压电器必须向电子化、机电一体化发展，同时要求部分电器具有智能化功能。目前，智能化电器的发展主要在万能式断路器、塑壳式断路器以及电动机控制、保护器等产品上进行。

智能化断路器的主要特征是装有智能化脱扣器，并具有以下功能：保护功能齐全，有外部电路各种故障保护；具有内部故障自诊断及自动报警功能；故障动作记忆及显示；电路参数测定；具有双向通信功能等，它能在极短时间内实现选择性保护。

智能化交流接触器、起动器的主要特征是装有智能型电磁系统，其控制回路应包括电压检测电路、吸合信号发生电路和保持信号发生电路。它能判别门槛吸合电压，当控制电源电压低于接触器门槛吸合电压时，不发出吸合信号，接触器不能合闸，并有相应显示。接触器吸合后降低了激磁电流，达到节能的目的。有的智能型电磁系统还带有最佳合闸相角选择功能，使接触器吸－反特性达到最佳配合。如果进一步配置过电流检测电路和断开信号发生电路，就可发展成为智能化起动器。它可以实现软起动，并带有过流、欠压、断相、短路闭锁等保护功能，同时，可以与中央控制计算机双向通信，实现自动化控制与保护。

二、主要产品发展趋势

1.万能式断路器

国外20世纪80～90年代开发的一批新型万能式断路器，如法国施耐德公司M系列（Masterpact），德国西门子公司3WN6系列，ABB公司F系列，日本三菱公司AE－SS系列，美国GE公司S系列以及国内开发的DW45系列等产品。

这些产品的主要特点：分析能力高、飞弧区域小，有的产品达到零飞弧，大部分产品进出线互换不降低分断能力；具有智能型功能，包括各种保护功能、外部故障记忆、内部故障自诊断、通信对话等；内部附件结构模块化、安装积木化，且全系列通用，如分励脱扣器、欠压脱扣器、报警装置等；派生规格及外部附件齐全，包括板前、板后接线座，固定式抽出式安装、直柄式手动储能，电动储能、机械联锁（水平、垂直）、门联锁、挂锁、辅助开关、接线端子等。

据介绍，最近ABB公司、施耐德公司在现有产品基础上又推出了新的系列产品。

从发展与应用方面看，万能式断路器并不需要所有产品追求高性能，而是根据电网容量、负载性质（重要性）选择不同性能的产品，可以预料相当长时间内，将同时存在一般型、较高型、高性能型三个档次产品。

一般型万能式断路器：不具有选择性保护功能，结构简单，维修方便，分断能力相对较低，价格便宜，如DW16系列。

较高型万能式断路器：带有三段保护特性，具有选择性保护功能，正面手柄操作，可固定式、抽出式安装，分断能力较高，价格适中，如DW15、ME、3WE、AE、AH等系列。

高性能万能式断路器：带有各种保护功能脱扣器，包括智能化脱扣器，可实现计算机网络通信，分断能力高，零飞弧、小型化，附件齐全，结构模块化，采用整体框塑结构，外形美观。如DW45、M、F、3WN6、AE－SS等系列。

“九·五”期间我国将重点开发大容量高性能万能式断路器，完善DW45系列，额定工作电流从630～4000A，设2000A、3200A、4000A三个框架等级，有条件再开发630A框架等级。包括三极、四极、，固定式、抽出式，完善脱扣器系列，拟包括智能型、多功能型、一般型三个系列，对智能型脱扣器完善计算机通信功能。与此同时，将对现有较高型产品DW15－1000～4000A等级进行二次开发，重点对触头灭弧系统进行改进，提高警惕分断能力、缩小体积、节银、节铜，同时设计结构更为合理的抽出式结构。对一般型万能式断路器重点推广DW16系列，以全面取代DW10产品。根据分析预测，到2000年，一般型产品市场占有率约为30%；较高型产品市场占有率为50%；高性能型产品市场占有率将达20%左右。

2.塑壳断路器

以配电保护功能为主的塑壳断路器的发展大致分为两种“风格”，以ABB公司、美国西屋公司为代表的所谓欧美派和日本三菱公司、富士公司为代表的日本派。日本产品如三菱公司PSS系列，富士公司S、E、H系列主要突出分断能力高、体积小。欧美产品如ABB公司S系列和美国西屋公司的C系列产品不过分追求小型化，而是强调综合性能。所以日本产品体积更小一些，但660V电压下，由于受灭弧空间的限制，分断能力相对较低。上述产品总体上都具有小型化、高分断、多功能、模块化、附件齐全等特点。

新一代产品缩小体积主要从改进产品结构着手，简化导电回路、紧缩操作机构和脱扣器尺寸，改变主要部件排列方式，有的产品取消软连接，动触头通过轴销导电。提高分断能力主要从提高限流能力着手，设计具有高限流效应的电动斥力机构，同时，在外形缩小以后，保留尽可能大的灭弧空间，有效控制电弧反向转移格游离气体外逸。

法国施耐德公司1995年推出一种全新的NS系列塑壳断路品，采用转动式双断点灭弧系统，体积更小，分断能力进一步提高。以较少的壳架覆盖全系列产品，是当前国际上较先进的产品。

塑壳断路器由于受结构上限制，短时耐受电流及短延时分断能力较低，为此一般不宜作为主开关使用。随着智能化脱扣器和计算机网络技术的应用，人们正在研究限流选择器。一旦成功，塑壳断路器完全有可能作为主开关使用。届时，塑壳断路器与万能式断路器的“界线”将逐渐模糊。所以塑壳断路器发展趋向除了前面介绍的特点外，正在向大容量智能化发展。

限流选择型断路器是低压断路器重要发展方向之一，它的意义不仅在于断路器本身，而且能大幅度降低低压成套配电装置动、热稳定性要求。对发展新一代紧紧凑型低压配电装置十分有利。

电动机保护断路器的发展进入20世纪90年代后，国外主要公司纷纷推出新设计或改进产品，进一步提高分断能力，增加各种附加功能，使其适合于各种电动机控制中心使用。例如：西门子公司90年代推出3VU系列代替原来3VE系列。额定工作电压至660V，额定工作电流至52A，3VU采用系列化、模块化和模数化设计，具有各种附件，如分励脱扣、欠电压脱扣、短路故障显示、远距离操作机构、外置式辅助触头、门联锁操作机构、隔离模块、各种防护外壳及附加接线端子。

金钟－默勒公司的电动机保护断路器的发展趋向是以转动式手柄的方向明确指示触头的位置。该产品除一般附件外，还配置智能化件，可以与此同时计算机网络进行通信，实现自动化控制。

施耐德公司的GV2系列电动机保护断路器除上述附件外，可组装灵活多样的附加模块，与D2接触器组合可以组成自动电动机启动装置。该组合电器兼有电动机保护断路器和接触器两者的优点，可靠性高、操作安全、安装方便灵活。

3.交流接触器

为了适应工业自动控制系统发展和国际市场竞争的需要，20世纪80年代末至90年代初，国外一些主要交流接触器生产厂家相继推出新一代交流接触器，如法国施耐德分司LC1－D系列、美国SpuareD公司P系列、德国西门子公司3TF系列，金钟－默勒公司的DIL系列、日本三菱公司的MS－N系列，奇胜公司6C系列等。这些产品主要指标，如最高额定工作电压660V，机械寿命1000～1500万次，电寿命100～120万次（AC－3），最高操作频率1200次/h等，基本上维持在原有水平。因为这些指标已能满足各种控制系统的要求，盲目提高技术指标，将增加成本，降低产品的市场竞争能力。新一代产流接触器的主要特点如下。

（1）多功能组合化模块结构是新一代交流接触器发展的一个重要趋势。根据系统的不同需要可在接触器上方或侧面加装下列模块：机械锁扣、机械联锁、延时模块、瞬态过电压抑制模块、辅助触头等等，实现一机多用。

（2）全系列采用塑料灭弧罩，提高公断性能，减小飞弧区域。

（3）电流规格增加。从6.3～800A，电流等级一般在15个小规格以上。

（4）小型化。新一代交流接触器有用灭弧性能良好的触头灭弧系统，选取用耐电弧、抗熔焊触头材料，降低触头压力，缩小磁系统，从而使整机尺寸进一点缩小。

（5）提高使用安全改性。交流接触器主、辅、控制电路的所有接线端子均有塑料防罩，人手不会直接触到带电部分。

（6）提高环境适应性。不少产品环境温度上限为55°C，可以垂直向上安装，适用于屉式开关柜配套的需要，安装面与垂直面可倾斜±22.5°C，可用于船用控制设备。

（7）大容量交流接触器一般采用节能型磁系统，有的公司大容量产品发展直空接触器，以提高公断性能和电寿命。

（8）发展四级接触器，以满足不同控制系统需要。

除了上述优点以外，交流接触器新的发展趋向是加装电子式保护与控制模块和计算机通信接口，进而发展成为智能型交流接触器和智能型启动器，它将成为新型可通信电器中主要品种之一。

4.剩余电流保护器

欧洲仍以发展电子磁式家用和类似用途剩余电流断路器为主。由于欧洲标准的限制动作特性基本上都是A型。

不带过电流保护的剩余电流断路器近几年发展趋势是把二极和四级分为两个壳体。二极宽度为2个模数（36mm），四极为四个模数，代表性产品有西门子公司的5SMI、5XZ3系列，ABB公司的F360、F370系列，F&G公司的NFIN系列等。

带过电流保护的剩余电流断路器，在欧洲的发展趋势是由MCB和剩余电流保护单元组装而成的，如西门牌号子公司5SU系列，ABB公司的S250系列，F&G公司的FL7系列等。动作时间特性在原有的一般型和S型（选择性）基础上，又增加了延时10ms的短延时型剩余电流断路器。这类产品的另一个发展方向是在一个模数宽（18mm）的双术断路器上拼装一个模数宽的剩余电流动作单元，如法国施耐德公司生产的DPNVigi剩余电流断路器宽度只有36mm（二个模数），尤其适合作为住宅配电箱开关使用。

工业用剩余电流断路器。日本富士公司、三菱公司在20世纪90年代相继推出全系列与MCCB孪生式剩余电流断路器，即同电流规格MCCB与ELCB外壳尺寸完全相同。有的产品还具有预报警功能，当故障电流达到预定值50%时，预警指示灯开始闪烁进行报警，故障电流达到预定值时，自动切断电源。预警示灯可以告诉监控人员及早采取措施，排除故障，保证供电的连续性。

对工业产品，欧洲采用的方法是在MCCB上加装制作电流保护模块，如ABB公司的S系列塑壳断路器，可拼装RC剩余电流保护模块构成剩余电流保护断路器，两者尺寸一样，可垂直安装，也可并列安装。

知识小结

工作在交流1000V及以下与直流1200V及以下电路的电器为低压电器，它是电力拖动自动控制系统的基本组成元件。它分为低压控制电器和低压配电电器两大类。本章所介绍的常用低压电器有刀开关、组合开关、熔断器、自动开关、主令电器、接触器和继电器等。对于本章的学习应强调理论联系实际，结合实物进行原理的学习，并进行现场实习与维修。

1.刀开关和组合开关多用做电源开关，不频繁地接通和切断电路，也可用于小容量电动机的启动与停止。自动空气开关可用于电路的不频繁接通和分断，一般具有短路保护和过载保护功能，也可用于控制电动机。

2.主令电器是一种非自动切换小电流开关电器，用来发布命令去控制其他执行元件，使电路接通和分断。本书主要介绍了按钮开关和位置开关。

3.熔断器在低压电路中起过载保护和短路保护作用。在电动机控制线路中，因启动电流很大，只适合作短路保护而不能用于过载保护。

4.接触器可以频繁地接通和切断交直流主电路和控制电路，并能实现远距离控制。交流接触器铁心有短路环，用来减少振动及噪声，线圈粗而短，采用双断口灭弧和栅片灭弧方式。直流接触器线圈长而细，无短路环，采用磁吹式灭弧方式。

5.继电器是根据一定的输入信号而输出触点动作以控制小电流电路通与断的电器。分为控制继电器和保护继电器两种。前者有中间继电器、时间继电器和速度继电器等。后者有热继电器、电流继电器和电压继电器等。继电器大多是电磁式的。

习题

1.1 什么是低压电器？低压电器中动触点、静触点、常开触点和常闭触点的意义是什么？

1.2 刀开关的作用是什么？如何选择刀开关？

1.3 组合开关与按钮开关的作用有什么区别？

1.4 在控制电路中，短路保护和过载保护一般分别采用什么电器进行保护？

1.5 在电动机控制电路中，熔断器和热继电器的作用分别是什么？能否相互代替？

1.6 常用的自动空气开关有哪两种形式？在电器控制线路中常用的是哪一种？一般具有哪些保护功能？

1.7 接触器主要由哪些部分组成？交流接触器和直流接触器的铁心和线圈的结构各有什么特点？交流接触器铁心上的短路环起什么作用？

1.8 什么是继电器？它与接触器的主要区别是什么？

1.9 简述交流接触器栅片灭弧的原理。

1.10 中间继电器与交流接触器有什么区别？在什么情况下可以用中间继电器代替接触器启动电动机？

1.11 交流接触器在运行中有时产生很大的噪声，试分析产生该故障的原因。

1.12 空气阻尼式时间继电器是利用什么原理达到延时目的的？如何调整延时时间的长短？

1.13 什么是热继电器的整定电流？整定的方法是怎样的？热继电器以热态开始通过1.2倍整定电流的动作时间有多长？

1.14 线圈电压为220V的直流接触器，误接入220V的交流电源上会产生什么现象？解释其原因。

1.15 现有五种类型的继电器：（1）二元件热继电器；（2）三元件热继电器；（3）具有断相保护的三元件热继电器；（4）双金属片式热继电器；（5）过电流继电器。在下列五种不同负载的情况下，各应选用上述哪一种继电器？

（1）三相电源平衡，电动机绕组正常；（2）三相电源不平衡；（3）定子绕组作△连接的电动机；（4）一般轻载，不频繁启动的过载保护电路；（5）重载，频繁启动电动机的过载和短路保护。

1.16 什么是时间继电器？如何把通电延时的时间继电器改装为断电延时的时间继电器？

1.17 什么是速度继电器？其作用是什么？速度继电器内部的转子有什么特点？

1.18 交流接触器与直流接触器在铁心的结构上、灭弧方式上有什么区别？

1.19 某机床的异步电动机的额定功率为5.5kW，额定电压为380V，额定电流是12.6A，启动电流为额定电流的6.5倍。用组合开关为电源开头，用按钮进行启动、停止控制，需要有短路和过载保护，用交流接触器控制主电路的通断。试选择用哪种型号和规格的组合开关、接触器、熔断器、热继电器和按钮（有关参数请查课本内容）。

1.20 低压电器中触头系统和线圈系统的常见故障有哪些？

1.21 填写图1-37中各电器的名称和文字符号。