开关设备

什么是开关设备？

电气电路的设计使其能够承受预定的负载能力。必须对其进行调节，以防止过大的电流导致线路过热和系统过载。过载的系统存在安全隐患，可能损坏关键部件，甚至引发电气火灾。开关设备的作用正是调节电气设备，确保其安全高效运行。

开关设备组件包括隔离开关、断路器、熔断器和避雷器，它们负责导通或中断电流。当发生电涌时，开关设备会切断电源，保护电气系统免受过载损坏。

为什么需要开关设备？

开关设备旨在保护与电源连接的设备免受过载电流的威胁。电气开关设备通过控制和调节电流，保护机器、电器、电机和其他包含电路的系统。

开关设备还能将维护和维修人员与带电电路隔离，从而保护他们免受伤害。电工和电力公司依靠开关设备来切断设备电源，以便安全地测试电路、执行维护任务并排除下游故障。

开关设备的工作原理是什么？

开关设备通过控制电力系统内的电流流动来防止损坏和供电中断。它可以隔离受影响的电路，同时从多个电源向负载供电。当电涌或故障触发电气开关组件中的断路器时，辅助组件会中断并释放过载电路中的电流，同时维持运行电路的供电。

配电盘与开关设备
配电盘和开关设备的功能截然不同。它们的硬件组件、电压、用途和安全标准都不同。配电盘是低压设备，广泛应用于商业和工业领域，用于向各个变压器、控制系统、电路面板和负载传输、重新分配和分配电力。开关设备则用于调节电流，防止危险的电涌。

开关设备的种类
在北美，根据 ANSI/IEEE 和 NEC 2014 标准，交流电供电系统的电气开关设备分为三种类型。

1. 低压电气开关设备用于工作电压低于 1 千伏 (kV) 的系统。

2. 中压电气开关设备的工作电压范围为1千伏至75千伏。

3. 高压电气开关设备的工作电压范围为 75 kV 至 230 kV。

户外使用的电气开关设备必须安装在符合 NEMA 标准的合适外壳内，以防止人为破坏和恶劣天气的影响。

● 低压开关设备
低压开关设备包括开关、低压断路器、漏电断路器、微型断路器 (MCB)、塑壳断路器 (MCCB)、高分断能力 (HRC) 熔断器和卸载式电气隔离开关。

该设备可配置用于室内或室外，额定电压范围为 208 伏、240 伏、480 伏、600 伏，最高可达 1000 伏。工业、市政和商业设施通常使用低压开关设备来调节暖通空调、照明和其他建筑系统的电力供应。

● 中压开关设备
中压开关设备使用油绝缘子、气绝缘子或真空绝缘子以及断路器，在发生电涌或系统故障时切断电流。绝缘子保护并冷却电气开关设备内部的元件，而断路器则将电路触点分开以释放电弧。

室内外电气系统通常以 5 kV、12 kV、15 kV 和 35 kV 至 75 kV 的额定电压来表示其可承受的最大电压。这种电气开关设备常用于发电站和输电变电站，也用于控制工业和商业设施中的电机、馈线电路和发电机。

● 高压开关设备
高压开关设备控制着运行电压至少为 75 kV 的电力系统。这种电气开关设备利用隔离开关、接地开关、大电流开关机构、熔断器和断路器来控制、调节、切断、隔离和释放电流。

由于任何电气故障都可能产生威力极大的电弧，高压电气开关设备必须持续可靠地运行。对于电气故障发生率高且需要定期断电的运行环境而言，这种开关设备至关重要。它常见于大型输配电系统以及商业或工业设施中。

开关设备绝缘类型
由于电压不同，开关设备也可以使用不同类型的绝缘材料来保护带电设备免受电气故障的影响。开关设备外壳采用以下几种绝缘类型。

● 气体绝缘电气开关设备
气体绝缘开关设备 (GIS) 使用断路器，利用加压六氟化硫 (SF6) 气体来绝缘导体和触点，并熄灭电气故障产生的电弧电流。二氧化碳 (CO2) 是 SF6 的一种环保替代品。用 CO2 替代 SF6 可在设备生命周期内减少 10 吨温室气体排放。

● 空气绝缘电气开关设备
空气绝缘开关设备 (AIS) 利用压缩空气或磁力来延长电弧，使其自行放电的断路器。

● 油浸式电气开关设备
油绝缘开关设备在载流触点分离时，会沿着电弧路径蒸发矿物油，并用氢气气泡将其包围，从而排出电流并防止电弧再次点燃。

● 真空绝缘电气开关设备
真空绝缘开关设备消除了可能被电流电离的分子。即使电压升高，任何电弧都会被拉伸并耗尽。

开关设备安装
所有电气开关设备必须由持有相应资质的工人按照适用的安全规范、建筑准则和制造商说明进行安装。正确的安装可确保最佳的运行可靠性。