第十六講──電鍍中一些交流電器的使用要求(二)

袁詩璞

【電鍍基礎(chǔ)講座】

第十六講──電鍍中一些交流電器的使用要求(二)

袁詩璞

4 電器開關(guān)

使用電器離不開各種開關(guān)。開關(guān)不良是造成缺相與過流過載的重要原因。

4. 1 鐵殼開關(guān)與閘刀開關(guān)

鐵殼開關(guān)(又叫負(fù)荷開關(guān))，通過鐵殼外的一個(gè)手柄來操控三相火線的通斷。其內(nèi)部有3組同時(shí)動(dòng)作的閘刀及3個(gè)瓷插式保險(xiǎn)。它具有一定的封閉防腐能力，手柄也不易漏電，使用效果比閘刀開關(guān)好，但體積較大。

閘刀開關(guān)是最低檔也是最易出事故的電源開關(guān)。但其價(jià)格低、體積小，小電鍍廠樂于采用。閘刀開關(guān)用于交流電器，有單相與三相兩種。雙刀雙擲大閘刀開關(guān)可用于低壓直流換向。

閘刀開關(guān)除閘刀刀片外，膠殼內(nèi)有直接安裝保險(xiǎn)絲的螺釘。閘刀開關(guān)易出毛病表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 閘刀接觸不良。低價(jià)劣質(zhì)品的刀片與卡子并非彈性接觸(未用磷青銅等彈性銅材)，其轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接處與刀片閉合處因接觸不良而打火、氧化，接觸電阻增大，發(fā)熱后又退火，彈性更差。如此惡性循環(huán)，導(dǎo)致接觸不良或發(fā)熱燒熔保險(xiǎn)絲，很易造成電器供電缺相。

(2) 防腐性很差。閘刀開關(guān)設(shè)置在小配電箱內(nèi)時(shí)防腐性稍好，但多數(shù)直接裸接在木質(zhì)配線板上，電鍍車間的酸、堿、鹽霧不斷將其侵蝕。若不及時(shí)清潔，不少閘刀開關(guān)膠木外殼與陶瓷手把上都因漏電而帶電，人手一摸都會(huì)打手，十分危險(xiǎn)。

4. 2 自動(dòng)空氣開關(guān)

自動(dòng)空氣開關(guān)具有良好的滅弧特性，其設(shè)有滅弧罩，動(dòng)作快，開關(guān)時(shí)(特別是斷開時(shí))產(chǎn)生的電弧不至于在相間相串而引發(fā)相間短路。它由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、脫扣器、操動(dòng)機(jī)構(gòu)、過流保護(hù)部件組成。除有欠壓、短路、過流保護(hù)外，因結(jié)構(gòu)密封而具有較好的防腐功能。過流保護(hù)有兩類：一類采用雙金屬片熱保護(hù)(過流時(shí)雙金屬片發(fā)熱彎曲，帶動(dòng)脫扣器使開關(guān)自動(dòng)斷開)，另一類采用線圈的過流繼電式保護(hù)(過流時(shí)線圈產(chǎn)生的磁力加大，吸引軟鐵片動(dòng)作，帶動(dòng)脫扣器使開關(guān)自動(dòng)斷開)。前者結(jié)構(gòu)簡單，但響應(yīng)速度慢。以選用響應(yīng)速度快的后者更好?？諝忾_關(guān)有多種規(guī)格，應(yīng)根據(jù)用電器具體額定電流來選擇。過大，不起保護(hù)作用；過小，頻繁跳閘。

4. 3 交流接觸器

交流接觸器實(shí)際上是一類專門的電磁式大功率繼電器。其線圈通電后，靜鐵芯產(chǎn)生磁場，將動(dòng)鐵芯下拉，通過聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，帶動(dòng)中間三組大的觸點(diǎn)由常開狀轉(zhuǎn)變?yōu)殚]合狀；同時(shí)，兩邊各一組小的切換觸頭，上邊各一對小觸頭由常閉態(tài)變?yōu)殚_態(tài)，下邊各一組小觸頭則由常開態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚]合態(tài)。線圈斷電后，動(dòng)鐵芯在彈簧作用下向上彈開，恢復(fù)為原狀態(tài)。3個(gè)大的常開觸頭稱為“主觸頭”，兩邊各一組小的切換觸頭稱為“輔助觸頭”，供線圈實(shí)現(xiàn)自鎖以及兩個(gè)交流接觸器之間互鎖等用。線圈電壓有220 V與380 V兩種，選用及接線時(shí)應(yīng)注意。

交流接觸器用于電加熱或冷卻系統(tǒng)作自動(dòng)控溫時(shí)，通過測溫控頭(一般鍍液宜用Pt100鉑電阻的，發(fā)藍(lán)與熱浸錫鉛合金等因溫度高，宜選用熱電偶的)及配套數(shù)顯溫控儀中的小繼電器帶動(dòng)交流接觸器的線圈，或通電或斷電。主觸頭通斷電，則加熱器的電熱絲通斷電(交流接觸器在此起功率放大作用或供單相溫控器控制三相電加熱器用)，或帶動(dòng)制冷機(jī)組電動(dòng)機(jī)的啟停。此時(shí)交流接觸器不能自鎖，即輔助觸頭不用。

用按鈕開關(guān)的適當(dāng)組合來控制交流接觸器的線圈通斷電，可實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制。比如電動(dòng)葫蘆及自動(dòng)生產(chǎn)線的升、降、進(jìn)、退。升與降、進(jìn)與退各由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)執(zhí)行，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)又由兩只交流接觸器來負(fù)責(zé)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。圖 1是控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)換向原理圖。在交流接觸器線圈電路中串接一個(gè)常開按鈕，當(dāng)按下按鈕時(shí)線圈通電，交流接觸器吸合，松開按鈕后交流接觸器線圈失電，彈開復(fù)位。當(dāng)按下開關(guān)AN1時(shí)，交流接觸器C1通電吸合，C1主觸頭接通電機(jī)D轉(zhuǎn)動(dòng)(設(shè)為正轉(zhuǎn)，電葫蘆升)；斷開AN1后，C1線圈斷電，主觸頭C1斷開，電機(jī)停轉(zhuǎn)，電葫蘆不再上升。若按下按鈕AN2，則交流接觸器C2線圈得電，C2主觸頭吸合，電機(jī)又轉(zhuǎn)。但此時(shí)電機(jī)接線由A、 B、C相序變成了A、C、B相序，B、C接線自動(dòng)換了過來，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，電葫蘆的動(dòng)作變?yōu)榻怠Ｋ砷_AN2，C2線圈失電、彈開，此時(shí)C1、C2均斷開，電葫蘆停止下降。換言之，按下 AN1(升)，電葫蘆掛鉤上升，按下 AN2，電葫蘆掛鉤下降，由此實(shí)現(xiàn)了升、降的點(diǎn)動(dòng)控制。串在C1線圈回路中的C2的常閉輔助觸頭與串在C2線圈回路中的C1的常閉輔助觸頭起“互鎖”作用：若先按下AN1，則串在C2線圈回路中的C1常閉觸點(diǎn)斷開，此時(shí)若又誤按了AN2，因C1輔助觸點(diǎn)已斷開，C2線圈也不能通電。這樣，C1、C2在任何情況下只能有一個(gè)能吸合，以免造成電機(jī)接線上B、C相短路(C1、C2之間成為“或門”關(guān)系)。

圖1 電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)換向Figure 1 Jog control for direction reversion of a motor

過濾機(jī)、拋光機(jī)、抽風(fēng)機(jī)、滾鍍機(jī)等只有一臺(tái)電機(jī)且要求起動(dòng)后就一直轉(zhuǎn)動(dòng)，而停時(shí)要人為控制，需要用兩個(gè)按鈕(ON與OFF)來分別實(shí)現(xiàn)。按一下或啟動(dòng)或停止，則電動(dòng)機(jī)要有“自鎖”功能，只需一只交流接觸器來控制，但要一個(gè)常開按鈕(管“開”，ON)和一個(gè)常閉按鈕(管“?！?，OFF)。圖2示出了控制原理圖。圖2中AN1為常閉按鈕(不按下時(shí)是接通的，管電機(jī)“關(guān)”)，AN2為常開按鈕(不按下時(shí)是斷開的，按下時(shí)才接通，管“開”)，在AN2上并接了交流接觸器的一個(gè)輔助常開觸頭。其工作原理為：

(1) 按下AN2(開，ON)，電流經(jīng)A相、常閉按鈕AN1、按下的常開按鈕AN2、交流接觸器線圈(此處為單相220 V線圈)到零線O，形成閉合回路，得電吸合，主觸頭接通電動(dòng)機(jī) D轉(zhuǎn)動(dòng)(轉(zhuǎn)向經(jīng)試驗(yàn)調(diào)整后達(dá)到要求)，同時(shí)輔助觸點(diǎn)C也變?yōu)槲系慕油睢?/p>

(2) 松開AN2，電流經(jīng)A相、常閉按鈕AN1、已吸合的并在AN2上的輔助觸頭、線圈C到零線，繼續(xù)使交流接觸器吸合，電機(jī)繼續(xù)供電轉(zhuǎn)動(dòng)。此處的輔助觸頭稱為“自鎖”觸頭)。

(3) 按一下常閉按鈕 AN1(關(guān)，OFF)交流接觸器線圈回路斷電，輔助觸點(diǎn)C因交流接觸器復(fù)位也斷開了，線圈回路仍斷電，交流接觸不會(huì)吸合，所以電機(jī)也不轉(zhuǎn)了。

簡言之，按一下AN2，電機(jī)轉(zhuǎn)；松開AN2，因輔助觸點(diǎn)的自鎖作用，電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)；按一下 AN1，電機(jī)停轉(zhuǎn)。AN1接通后，因輔助觸點(diǎn)已斷開，電機(jī)也不會(huì)轉(zhuǎn)。要再轉(zhuǎn)，需再按一下AN2；要再停，再按一下AN1。

圖2 電動(dòng)機(jī)的啟?？刂艶igure 2 Control for starting and stopping a motor

龍門式自動(dòng)行車，不是用手工按開關(guān)，而是采用電腦程序，啟停小的中間繼電器，靠中間繼電器觸點(diǎn)的接通與斷開來代替按鈕開關(guān)。上、下限的自動(dòng)限位及水平運(yùn)動(dòng)中的?？縿t是通過將常閉行程開關(guān)或感應(yīng)開關(guān)再串接在交流接觸器線圈回路中來實(shí)現(xiàn)。例如降到下限位置時(shí)，下限常閉行程開關(guān)動(dòng)作，斷開交流接觸器線圈，電機(jī)停轉(zhuǎn)，不再下降。實(shí)際上為克服運(yùn)動(dòng)慣性，使定位更準(zhǔn)確，電機(jī)還設(shè)有自動(dòng)剎車裝置。

使用交流接觸器不僅能實(shí)現(xiàn)鍍液加熱或冷卻的自動(dòng)控溫，改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，而且具有其他任何手動(dòng)開關(guān)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)：若供電突然斷電，交流接觸器就自動(dòng)斷開電器，再來電時(shí)不會(huì)自動(dòng)接通電器。用手動(dòng)開關(guān)時(shí)，若停電后忘了關(guān)開關(guān)，無人值守時(shí)又突然來電，電器會(huì)自動(dòng)工作，易出事故。所以停電后不能忘了關(guān)總開關(guān)。

注意：單相電器包括照明開關(guān)，其開關(guān)應(yīng)接在火線上而不能接在零線上，否則易出人傷事故。

5 保險(xiǎn)

5. 1 保險(xiǎn)的作用

為了防止電器使用過程中發(fā)生短路、過載等而燒壞電器，在火線上都要串接大大小小的多種保險(xiǎn)。注意：零線上嚴(yán)禁串接保險(xiǎn)！家用電器常用保險(xiǎn)管(其中焊有符合要求的細(xì)銅絲)，小功率工業(yè)電器常用保險(xiǎn)絲(又稱熔絲，如鉛或其合金的低熔點(diǎn)金屬絲)，大功率的用保險(xiǎn)片。快速保險(xiǎn)是專門的合金材料，其作用是：當(dāng)電流大于其熔斷電流時(shí)，因自身電阻發(fā)熱超過其熔點(diǎn)而燒斷，從而斷開用電器具供電，保護(hù)其不致燒壞。

保險(xiǎn)絲可以直接接在閘刀開關(guān)內(nèi)。瓷插式則是安裝在插針上之后再插入插座中。螺旋式則是將保險(xiǎn)管安裝在瓷蓋上再旋入瓷座中，只能一次性使用，不能換熔絲，而只能換保險(xiǎn)管。

5. 2 對保險(xiǎn)的要求

5. 2. 1 選擇額定電流符合要求的保險(xiǎn)絲

不同用電器有不同的額定電流指標(biāo)，選用保險(xiǎn)絲的線徑(或近似英規(guī)線號(hào))必須符合相應(yīng)要求：細(xì)了易頻繁熔斷，粗了則起不到保護(hù)作用。

對于電動(dòng)機(jī)，因起動(dòng)電流遠(yuǎn)大于工作電流(大功率電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)要采用專門的減壓起動(dòng)措施)，故選擇熔絲的額定電流應(yīng)為電動(dòng)機(jī)額定電流的1.5 ～ 2.5倍。表1可供參考。電鍍車間應(yīng)備有多種規(guī)格的保險(xiǎn)絲，以備及時(shí)更換，見表2。

表1 三相380 V異步電動(dòng)機(jī)的熔絲選擇參考Table 1 Reference for selecting fuse wire for three-phase 380V asynchronous motor

表2 部分鉛熔絲規(guī)格Table 2 Specification of some lead fuse wires

5. 2. 2 接觸導(dǎo)電良好

實(shí)際電鍍生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，不少情況下熔絲并非因電流過流而熔斷，而是因保險(xiǎn)絲接觸導(dǎo)電不良，連接處電阻過大導(dǎo)致發(fā)熱，從連接處熔斷。電鍍車間空氣腐蝕性大，銅件本身易被腐蝕、氧化發(fā)黑。當(dāng)選擇的閘刀開關(guān)、瓷插式保險(xiǎn)的容量過小，加之接觸點(diǎn)失去彈性接觸功能時(shí)，打火氧化發(fā)熱，更加劇氧化發(fā)黑，接觸電阻更大，往往使熔絲更快熔斷。為防保險(xiǎn)因接觸點(diǎn)發(fā)熱而熔斷，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1) 選擇開關(guān)與保險(xiǎn)座時(shí)應(yīng)有足夠的容量，不能以小開關(guān)、小保險(xiǎn)來承受大電流。

(2) 當(dāng)開關(guān)、保險(xiǎn)座等因燒蝕而接觸不良，螺釘已銹死、擰不動(dòng)時(shí)，應(yīng)予以更換，不能因小失大。

(3) 連接保險(xiǎn)絲處及螺釘、墊圈等已氧化變色、發(fā)黑時(shí)，應(yīng)用細(xì)砂紙打磨干凈，再上保險(xiǎn)絲。

(4) 當(dāng)保險(xiǎn)絲較粗時(shí)，要加足夠大的平墊圈壓緊。

5. 2. 3 嚴(yán)禁隨意用銅絲代替保險(xiǎn)絲

電鍍車間通常不缺紫銅絲，而常缺合適規(guī)格的保險(xiǎn)絲。于是在不少地方，隨意找一段銅絲代替保險(xiǎn)絲接上，已成為一種惡習(xí)。銅絲的熔斷電流是鉛絲的幾倍，起不了保險(xiǎn)作用。專業(yè)電工若用銅絲代保險(xiǎn)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)是要受到嚴(yán)厲制裁的。例如，20#保險(xiǎn)絲的額定電流為5 A、熔斷電流為10 A，適于1.5 kW電動(dòng)機(jī)；φ 1 mm銅絲的額定電流為44 A，熔斷電流為88 A，適于18 kW電動(dòng)機(jī)。若1.5 kW電動(dòng)機(jī)接上φ 1 mm銅絲作為保險(xiǎn)，即使電機(jī)過載至冒煙燒毀，銅絲也不會(huì)熔斷，而只有線徑為0.254 mm的銅絲的額定電流才是5 A。但是，到哪里去找剛好合適的銅絲呢？保險(xiǎn)管內(nèi)用的銅絲，都是按額定電流計(jì)算、線徑十分準(zhǔn)確的專門拉制的細(xì)銅絲。

6 電鍍車間的配線要求

6. 1 配線方式

電鍍車間的配線方式有明線配電及穿塑料管配線兩種方式，簡稱“明配”與“管配”。明配時(shí)散熱好，管配時(shí)散熱差。同等載流量下，管配的線徑應(yīng)加粗。通常主線可以明配，而從主線上下接的至配電盒或配電板以及盒、板至用電器(如整流器、過濾機(jī)等)等支線采用管配才規(guī)范。在配電盤或板上應(yīng)設(shè)有足夠余量的開關(guān)、插座，以備更改、增加，以及臨時(shí)供手持電動(dòng)工具用。亂拉臨時(shí)線路是不允許的，安全檢查若發(fā)現(xiàn)，必須要求整改。電線不能施在地上，萬一踩破皮，就會(huì)造成事故(閘刀開關(guān)在更換保險(xiǎn)絲時(shí)，膠殼及固定螺栓不能亂扔，應(yīng)及時(shí)裝好。

6. 2 車間用線材質(zhì)的選擇

電鍍車間內(nèi)用線宜用銅芯線，不能圖一時(shí)省錢而用鋁芯線。原因之一是鋁線電導(dǎo)率比銅線低，當(dāng)用電器功率大時(shí)，多股鋁線不好接線。另外，鋁是兩性金屬，不耐電鍍車間空氣中的酸堿腐蝕，接頭處很易腐蝕斷線，造成缺相等事故。舉一例子：20世紀(jì)70年代初，作者曾在一軍工企業(yè)的表面處理車間工作。一天，一臺(tái)用于不銹鋼板電拋光的大型直流發(fā)電機(jī)組大電機(jī)突然冒煙燒毀。調(diào)查后發(fā)現(xiàn)：由于當(dāng)初設(shè)計(jì)不當(dāng)，瓷插保險(xiǎn)座一根引出的多股鋁芯線，因腐蝕而從根部一股股斷完，從外部很難察覺，導(dǎo)致電機(jī)因缺相運(yùn)行而燒毀。

6. 3 三相電壓平衡問題

電鍍車間電器設(shè)備有單相的，也有三相的。一般三相電器在設(shè)計(jì)時(shí)，三相負(fù)載是平衡的(出了故障，如三相電加熱器的一組電熱絲燒斷，則不平衡了)。但對于單相電器(如過濾機(jī)、加熱器、整流器等)，則在安排上應(yīng)先計(jì)算負(fù)荷，盡量平衡分配在A、B、C三相供電線路上。若某一相的單相電器過多，由于線路壓降大，該相電壓會(huì)特別低，造成三相電壓不平衡。這樣不但不利于單相電器正常運(yùn)行，而且對三相電器會(huì)帶來不良影響。

7 設(shè)備接地保護(hù)

交流電器設(shè)備的外殼必須妥善接地保護(hù)。原因有二：

一是如電加熱器之類的外殼有時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電。感應(yīng)電過大時(shí)，鍍液會(huì)受交流雜波影響，對電敏感的人會(huì)感到溶液也麻手、打手。外殼接地后可消除感應(yīng)電。

二是電鍍車間的強(qiáng)腐蝕性氣氛使外殼因漏電而帶電，易發(fā)生人傷事故。外殼接地后，嚴(yán)重漏電時(shí)，相對應(yīng)一相(或兩相、三相)與地形成短路而燒斷保險(xiǎn)絲，切斷火線。此時(shí)應(yīng)查明漏電原因，加以解決。電加熱器外殼因腐蝕或電擊穿孔后，溶液浸入而直接與火線接通，則更危險(xiǎn)。外殼與溶液接觸，接地保護(hù)后也立即熔斷保險(xiǎn)絲(故不允許亂接保險(xiǎn))。

供電零線與大地相通，當(dāng)零線較短時(shí)，保護(hù)接地可接零線。但若至電器的零線較長且因三相不平衡等原因造成零線電流過大時(shí)，其上壓降造成末端對地也有電壓，此時(shí)接電源零線保護(hù)不可靠，應(yīng)設(shè)專門地線(要求對地電阻小于4 ?)，保護(hù)接在專用地線上。電源零線上不允許設(shè)保險(xiǎn)的原因之一在于：若零線電流過大而燒壞該保險(xiǎn)后，保護(hù)接零就不起作用了。

思考題：1.三相電器的輸入應(yīng)如何接線？

2.為什么三相電器不允許缺相運(yùn)行？

3.為什么嚴(yán)禁亂用銅絲代替保險(xiǎn)絲？

（連載完）

[ 編輯：溫靖邦 ]