第二节 低压电器的安全选用
一、低压设备安全选择一般要求
（一）按正常工作条件选择
（1）低压保护控制设备的额定电压应不低于所在网络的额定电压。其额定频率应符合所在网络的额定频率。
（2）低压、保护控制设备的额定电流应不低于所在回路的负荷计算电流。
（二）按短路工作条件选择
（1）可能通过短路电流的低压保护控制设备，应尽量满足在短路条件下动稳定和热稳定的要求。
（2）断开短路电流的低压保护控制设备，应尽量满足在短路条件下的分断能力。
根据不同变压器容量和高压侧短路容量计算出低压母线短路电流后，即可校验变电所内的主要低压保护控制设备。变压器低压侧出线和低压屏内各支路上允许采用的电器最小规格见表4-15、表4-16。表中数据的计算条件是高压侧短路容量为200、100、500MVA、由变压器至低压屏的一般母线按标准值选择，其长度为4.5m。
表4-15 变压器低压侧出线上允许采用的低压电器最小规格
表4-16 变电所低压屏内各支路上允许采用的低压电器最小规格（额定电流，A）
注 表中一栏内三个数值，分别对应于高压侧短路容量为200/100/50MVA，并满足动热稳定要求的电器最小规格。
二、按使用环境选择
（一）电工产品使用环境条件
按各类环境中影响电工产品的主要因素，确定各因素的等级，并组合为产品的环境条件，从而设计制造出相应防护类型的产品。电工产品的使用环境条件见表4-17。
表4-17 电工产品使用环境条件
续表
注 1.括号中的数据是参考值。
2.符号“○”表示由制造厂考虑，符号“△”表示用户提出具体要求时制造厂可考虑。
3.1mmHg＝133.332Pa。
（二）多尘场所
多尘作业的场所，其空间含尘浓度的高低随作业的性质、空气湿度、风向等不同而有很大的差异。多尘场所中灰尘的量值用在空气中的浓度（mg/m3）或沉降量[mg/（m2·d）]来衡量。灰尘沉降量分级见表4-18。
表4-18 灰尘沉降量分级
通常当灰尘和砂尘沉积在绝缘表面时，会因吸潮而使电器绝缘性能下降，而导致灰尘更易造成绝缘漏电或短路现象。当电器触点上有砂尘沉积时，接触电阻即增大，甚至引起触头烧坏。酸性和碱性的灰尘均易潮解。从而使电工产品的金属零部件产生腐蚀。
对于存在非导电灰尘的一般多尘场所，宜采用防尘型（IP5X级）电器。对于多尘场所或存在导电性灰尘的一般场所，宜采用密封型（IP6X级）电器。
（三）化工腐蚀场所
空气中存在氯、氯化氢、二氧化硫、氧化氮、氨、硫化氢等气体的场所，当任一种成分达到或超过表4-19中的规定浓度，且空气相对湿度经常高于70%时，即划为化工腐蚀场所。相对湿度低于70%的干燥环境中，上述气体就没有腐蚀作用。
在化工腐蚀场所应采用化工防腐型电器，其使用场所腐蚀性气体的允许浓度见表4-19。
表4-19 化学腐蚀气体的规定浓度和允许浓度
①换算为二氧化硫的浓度。
②换算为五氧化二氮的浓度。
（四）热带地区
热带地区根据常年空气的干湿程度分为湿热带和干热带。湿热带系指一天内有12h以上气温不低于20℃、相对湿度不低于80%的天数，全年累计在两个月以上的地区。其气候特征是高温伴高湿。干热带系指年最高气温在40℃以上而长期处于低湿度的地区。其气候的特征是高温伴随低湿，气温日常变化大，日照强烈且有较多的砂尘。
热带气候条件对低压控制设备的影响：
（1）由于空气高湿高温、凝露及霉菌等作用，电器的金属件及绝缘材料容易腐蚀、老化、绝缘性能降低、外观受损。
（2）由于日温差大的强烈日照的影响，密封材料产生变形开裂、熔化流失、导致密封结构的泄漏、绝缘油等介质受潮劣化。
（3）低压控制电器在户外使用时，如受太阳辐射，其温度升高，将影响其载流量。如受雷暴、雨、盐雾的袭击，将影响其绝缘强度。
湿热带地区宜选用湿热带型产品，其代号为TH。干热带地区宜选用干热带型产品，它可通用于湿热带和干热带，其代号为T。上述代号加注于电工产品型号的末尾后面。
三、熔断器的安全选择
（一）熔断器熔体电流的确定
熔体额定电流的选择应同时满足正常工作电流和起动尖峰电流两个条件，并按短路电流校验其动作灵敏性。
（1）按正常工作电流选择：
INr≥Ijs
（2）按起动尖峰电流选择：
1）单台电动机回路：
INr≥KIqd
2）配电线路：
INr≥Kr〔Igd1＋Ijs（n-1）〕
3）照明线路：
INr≥KmIjs
式中 INr——熔体的额定电流，A；
Ijs——线路的计算电流，A；
Iqd——电动机的起动电流，A；
Igd1——线路中起动电流最大的一台电动机的起动电流，A；
Ijs（n-1）——除起动电流最大的一台电动机以外的线路计算电流，A；
K——熔体选择计算系数，取决于电动机起动状况和熔断器特性，其值见表4-20；
Kr——配电线路熔体选择计算系数，取决于最大一台电动机的起动状况，线路计算电流与尖峰电流之比和熔断器特性。当Iq很小时取1，当Iqd1较大时取0.5～0.6，当Ijs（n-1）很小时可按K考虑；
Km——照明线路熔体选择计算系数，取决于电光源起动状况和熔断器特性，其数值见表4-21。
表4-20 熔体选择计算系数
注 1.上表计算系数值是根据熔断器特性曲线，并考虑到熔体熔断时间误差与周围环境温度等因素后，分析而得。
2.轻载起动时间按≤3s考虑；重载起动时间按≤8s考虑；对起动时间超过8s或频繁起动、反接制动的电动机，熔体额定电流宜比重载起动时加大一级。
表4-21 照明线路熔体选择计算系数Km值
（3）按短路电流校验动作灵敏性：为使熔断器可靠动作，必须校验其灵敏性：
式中 Idmin——被保护线路最小短路电流，安在中性点接地系统中为单相接地短路电流Id（1），在中性点不接地系统中为两相短路电流Id（2）。
Ker——熔断器动作系数，一般为4，0区、1区、10区级爆炸危险场所5。
（二）熔断器熔管电流的确定
按熔体的额定电流及产品样品所列数据，即可确定熔断器熔管的额定电流。几种常用熔断器熔管额定电流与熔体额定电流的选择见表4-22。
表4-22 常用熔断器熔管额定电流与熔体额定电流的选择表
续表
*尽可能不采用。
几种常用熔断器的极限分断能力见表4-23。
表4-23 熔断器的极限分断能力
续表
四、自动开关的安全选择
自动开关主要用于配电线路和电气设备的过载、欠压、失压和短路保护，其用途分类见表4-24。
表4-24 自动开关用途分类
（一）自动开关额定电流的确定
INz≥Ijs
式中 INz——自动开关脱扣器的额定电流，A；
Ijs——线路的计算电流，A。
（二）瞬时动作的过电流脱扣器的整定
配电用自动开关的瞬时过电流脱扣整定电流，应躲过配电线路的尖峰电流，即：
式中 Kz3——自动开关瞬时脱扣器可靠系数，考虑电动机起动电流误差，负荷计算误差和自动开关瞬时动作电流误差，取1.2；
I＇qd1——线路中起动电流最大一台电动机的全起动电流，A，它包括周期分量和非周期分量，其值为电动机起动电流Iqd1的1.7倍，其中1.7是计入了非周期分量的因素；
Ija（n-1）——除起动电流最大的一台电动机以外的线路计算电流，A。
选择型自动开关瞬时脱扣器电流整定值Izd3不仅应躲过被保护线路正常的尖峰电流，而且满足被保护线路各级间选择性要求，即大于或等于下一级自动开关瞬时动作电流整定值的1.2倍，还需躲过下一级开关所保护线路故障时的短路电流。
非选择型自动开关瞬时脱扣器电流整定值，只要躲过回路的尖峰电流即可，而且应尽可能整定的小一些。
几种常用自动开关的极限分断能力技术数据见表4-25。
表4-25 常用自动开关的极限分断能力技术数据
续表
注 1.交流电流周期分量有效值栏内括号内数字指峰值，分子上的数字为短延时动作分断电流，分母为瞬时动作分断电流。
2.cosφ栏内分子分母数字分别对应于左栏内分子分母数字。
五、刀开关、接触器及热继电器的安全选择
（一）刀开关
刀开关按线路的额定电压、计算电流及断开电流选择，按短路时的动热稳定校验。
刀开关断开的负荷电流不应大于制造厂容许的断开电流值。一般结构的刀开关通常不允许带负荷操作，但装有灭弧室的刀开关，可作不频繁带负荷操作。
刀开关所在线路的三相短路电流不超过制造厂规定的动、热稳定值，刀开关动、热稳定性和保安性技术数据见表4-26。
表4-26 刀开关（机械工业部标准）动、热稳定性和保安技术数据
注 极限保安电流峰值，是电器通过的短路全电流峰值，持续通过0.1s后，允许被试电器导体变形，触头熔焊，甚至更换触头等易损零件或整个产品，但不得产生导致相邻装置的电器或相邻回路发生短路飞弧以及危害操作人员安全的事故。
（二）交流接触器
接触器在不同使用场合下的操作条件存在很大差异，即其额定工作电流或额定控制功率随使用条件（额定工作电压、使用类别、操作频率、工作制度等）不同而变化。只有根据不同使用条件正确选用其容量等级，才能保证接触器在控制系统中长期可靠运行：
（1）按电动机的额定功率或线路的计算电流选择接触器的等级，并根据安装场所的周围环境选择结构形式。
（2）按短路时的动、热稳定校验，线路的三相短路电流不应超过接触器允许的动、热稳定值。当使用接触器切断短路电流时，还应校验接触器的分断能力。
（3）接触器吸引线圈的额定电流、电压及辅助触头的数目应满足控制回路接线的要求。
（4）根据操作次数校验接触器所允许的操作频率。
常用CJ10系列接触器可用于控制JK3类负荷，CJ12系列接触器可用于控制JK1、JK2类负荷。
接触器的使用类别可分为JK0、JK1、JK2、JK3、JK4五类，其用途分类如下：
JK0——接通、断开无感或微感负载、电阻炉。
JK1——起动、在运行中断开绕线型电动机。
JK2——起动、反接制动及反向，接通、断绕线型电动机。
JK3——起动、在运转中断开鼠笼型电动机。
JK4——起动、反接制动及反向，接通、断鼠笼型电动机。
此外，在选用接触器时，还需考虑使用环境条件、使用类别、工作制及操作频率等影响，如：接触器安装在控制箱或防护外壳内时，由于散热条件较差，环境温度较高，应适当降低容量使用。用于控制JK3类负荷的交流接触器如CJ10系列用来控制JK4类负荷时，其控制容量必须降低使用。铜触头的接触器一般不推荐用于连续工作制。在操作频率较高的情况下，必须计算电弧能量的影响，在等效发热电流计算值的基础上，留适当的余量来选择接触器的容量等级。
接触器一般和熔断器或自动开关配合使用。在自动开关或熔断器切断电动机馈电回路短路故障的过程中，接触器本身也流过同样强大的短路电流。如果接触器不能适应这种情况，在短路电流的作用下，将受到严重破坏。因此最理想的情况是接触器也具有相应的动、热稳定性，或具有相应的断流能力，这样在短路故障消除后，就可马上供电。为了满足低压网络的最低要求，并考虑到我国控制电器目前的实际情况，接触器等控制电器应该具有相应的保安性。交流接触器等控制电器的保安电流值见表4-27。
表4-27 交流接触器等控制电器的保安电流值
注 1.熔焊保安电流峰值系指在额定电压下，电器通过的短路全电流峰值，持续通电0.1s后，允许控制电器的触头部分产生轻度熔焊，但经过清理触头后仍能继续使用。
2.极限保安电流峰值含义见表4-26。
（三）热继电器
热继电器可作为连续或断续工作的交流电动机的过载保护，有的还可用作断相保护。
热继电器元件与整定电流调节范围见表4-28。
表4-28 JR0、JR14、JR15、JR16系列热继电器元件与整定电流调节范围
续表
六、电动机的安全选择
为了保证电力拖动系统的可靠性和经济性，首先应从应用、经济、安全原则出发，根据生产机械的需要，正确选择电动机。下面介绍电动机选择的一般方法。
（一）电动机功率的选择
选择电动机首先确定电动机的功率（容量），电动机功率的大小是由生产机械决定的。功率选得过小，就不能保证可靠地运行，甚至将因严重过载而烧坏（参看表4-29的数据）；若选得过大，设备费用增加，加上运行时电动机在轻载下工作，其效率和功率因数较低，也不经济。
表4-29 电动机超载运行的后果
根据电动机运行情况（长期运行、短时运行或间断性运行）的不同，电动机功率选择的方法有所区别。
下面我们以长期工作的泵、风机、压缩机等生产机械为例来说明如何选择电动机功率。这些生产机械所需要的电动机功率可按下式计算：
式中 P——电动机的功率，kW；
N2——生产机械轴上所需功率，kW；
η2——传动效率，直接连接时η2＝1，皮带传动η2＝0.95；
K——考虑过载余地的安全系数。
（二）根据环境选择（见表4-30）
表4-30 根据周围环境选择电动机的类型
七、电气照明的安全选择
电气照明广泛应用于生产和生活的各个领域。在各种生产场所内，都必须有足够的电气照明装置，以改善劳动条件，提高产品质量和工作效率，确保安全生产。
（一）电气照明分类
电气照明按其光源可分为热辐射光源和气体放电光源两类。白炽灯、碘钨灯等是辐射光源，它们是由电流通过钨丝升温达到白炽状态而发光的照明装置。这种照明装置的温度虽然很高，但发光效率低。日光灯、高压水银灯等是利用电极间气体放电产生可见光和紫外线，由此激发灯管管壁上的荧光粉发光的照明设备。这种照明设备的发光效率较高，其发光效率可达白炽灯的3倍左右。
就电气照明方式而言，又可分为工作照明和事故照明。前者是在正常工作情况下的照明；后者是在工作照明发生故障时所必要的照明。工作照明包括用于整个场地的一般照明和用于工作场地的局部照明。一般照明220V电压；但如灯具高度不能满足要求时，应采用36V电压。局部照明一般采用36V电压，但当工作环境比较安全，或者所用灯具有特殊的结构，可以采用220V电压；而在金属容器中，或者在地点狭窄、行动不便、周围有接地的大块金属等高度触电危险的环境中，应采用12V电压。在有火灾、爆炸、中毒危险的场所、手术室之类直接关系到人身安全的场所，500人以上的重要公共场所，都应该有事故照明装置；在生产工艺受影响会造成大量废品的场所，也应有事故照明。事故照明应由独立的电源供电，不能与其他动力线路或工作照明线路合用。事故照明应有特殊的标志。
（二）照明装置选择
照明装置由灯具、灯座、线路和开关等设备组成。
应当根据周围环境选用适当形式的灯具及其他设备。在有爆炸或火灾危险的环境中，应采用防爆式灯具，而且开关应装设在其他地方或室外，或者采用防爆式开关；在有腐蚀性气体或蒸汽，或特别潮湿的环境，应采用封闭式（或防水式）灯具，而且开关设备应加保护；在多尘的环境，应采用防尘灯具以及有相应措施的开关。
灯座分插口灯座和螺口灯座。插口灯座带电部分封闭在里面，比较安全；但插口灯座承受重量较小。螺口灯座的螺旋部分容易暴露在外，这就要求螺口灯座的螺旋部分接于零线，而灯座内的弹簧舌片接于相线。为了可靠起见，最好的螺口灯座上另外加防护环，或者采用带有保护环的螺口灯座，不使其带电部分暴露在外。为了防止火灾，150W以上的灯泡不应采用胶木灯座，而采用瓷灯座。从安全角度看，灯座不宜带有开关或插座。