控制與保護(hù)開關(guān)電器(CPS)結(jié)構(gòu)特性

1、控制與保護(hù)開關(guān)電器（CPS/KB0）結(jié)構(gòu)特性分析和在電氣工程中的應(yīng)用黃晴明 劉定國摘要：從對(duì)控制與保護(hù)開關(guān)電器KB0的結(jié)構(gòu)剖析與傳統(tǒng)分離元件電氣性能的對(duì)比，指出這一采用模塊化單一結(jié)構(gòu)型式，集成了隔離器+斷路器+接觸器+熱繼電器等主要功能，使控制與保護(hù)更加協(xié)調(diào)配合的特點(diǎn)。CPS（KB0）對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)而言是革命性的工程應(yīng)用收到好的效果。關(guān)鍵詞：CPS（控制與保護(hù)開關(guān)電器）；控制與保護(hù)自配合特性；接觸組；傳統(tǒng)分離電器元件1 前言在工廠機(jī)加作業(yè)線和井群泵站中，作為原動(dòng)力數(shù)量龐大的電動(dòng)機(jī)能否順利起動(dòng)和可靠運(yùn)行至關(guān)重要。工程中常因元件選擇不當(dāng)、上下保護(hù)參數(shù)不相匹配、動(dòng)靜觸頭壓力不足、抖動(dòng)不穩(wěn)、材質(zhì)不良而燒

2、傷氧化及滅弧措施欠佳使元件損壞，無端跳閘或無故拒跳而燒毀電機(jī)者屢見不鮮。多電機(jī)集控時(shí)，因元件量多體大而使柜體臃腫，每柜控制量少而不利于布局。基于電動(dòng)機(jī)的控制與保護(hù)而研制的CPS（控制與保護(hù)開關(guān)電器）是把隔離開關(guān)、斷路器、接觸器和熱繼電器等多種傳統(tǒng)元器件采用模塊化單一結(jié)構(gòu)形式全新功能集成一體的新型組合電器。CPS是英文“Control and Protective Switching Devices”的縮寫。其圖形符號(hào)如圖1所示。使用該符號(hào)時(shí)，可以省略未使用的功能元素。圖1 CPS圖形符號(hào) 圖2 兩種低壓電控系統(tǒng)對(duì)比圖2表示為分立元件和KB0（CPS）分別組成的低壓電控系統(tǒng)；a為傳統(tǒng)分離元件搭配

3、的電機(jī)控制系統(tǒng)；過載和斷相時(shí)，由熱繼KH來控制接觸器KM動(dòng)作而短路時(shí)則由斷路器QF完成保護(hù)，接線復(fù)雜、保護(hù)分散度大。B方案無論是過載還是短路均由控制與保護(hù)自配合性能已整合成一個(gè)KB0來完成。簡(jiǎn)單明了穩(wěn)定可靠。上世紀(jì)九十年代前，CPS在我國尚且空缺，“八五”期間國家下達(dá)任務(wù)：由上海電器科學(xué)研究所負(fù)責(zé)開發(fā)、中凱科技股份有限公司負(fù)責(zé)試創(chuàng)生產(chǎn)并于1996年通過國家級(jí)鑒定驗(yàn)收的我國第一代CPS產(chǎn)品，注冊(cè)型號(hào)為KB0。中凱科技股份有限公司經(jīng)過十余年的改進(jìn)和提高使KB0成為能與法國施耐德公司TESYS U系列產(chǎn)品性能相媲美且某些性能優(yōu)于該產(chǎn)品的多種保護(hù)型式的系列大類產(chǎn)品。KB0（CPS）依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)：GB1

4、4048.9-2008低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備多功能電器（設(shè)備）第6-2部分：控制與保護(hù)開關(guān)電器（設(shè)備）（CPS），也即等同IEC60947-6-2:2007標(biāo)準(zhǔn)。成功地進(jìn)入JGJ16-2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范，并在實(shí)施指南中推為首選產(chǎn)品。2010年KB0正式編入10D303-2<常用風(fēng)機(jī)控制電路圖>和10D303-3<常用水泵控制電路圖>等國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集，為KB0在工程上大量設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供依據(jù)和薦介推廣。2 KB0（CPS）的分類2.1 按保護(hù)單元基本結(jié)構(gòu)型式和功能特性可分為熱磁式和數(shù)字化（電子）式兩大類2.1.1 熱磁式（M）這種開關(guān)的過載、斷相保護(hù)是以雙金屬元

5、件通過電流后，電熱和機(jī)械能的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)反時(shí)限超載保護(hù)。以電流線圈（磁脫扣）實(shí)現(xiàn)動(dòng)作電流6-12Ie可調(diào)的斷路器的定時(shí)限保護(hù)。專門設(shè)計(jì)短路瞬動(dòng)線圈。當(dāng)短路電流（16Ie），KB0可在0.2S的時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)切斷短路電流，在額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?0KA預(yù)期短路電流下分?jǐn)鄷r(shí)間僅為23ms。KB0熱磁式可方便地實(shí)現(xiàn)時(shí)間-電流保護(hù)特性曲線（即三段保護(hù)）。動(dòng)作穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)，適應(yīng)環(huán)境較為寬松，比如潮濕、干燥、粉塵及弱酸堿霧等較差環(huán)境。2.1.2 數(shù)字化(電子)式類除具有KB0（M）的性能外，增加了精細(xì)的電流互感器采集信號(hào)并通過微處理器（MCU）對(duì)電流進(jìn)行數(shù)字式整定和對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行軟件分析運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的過載、

6、欠載、過流、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞和剩余電流的綜合保護(hù)。置有485接口與上位機(jī)構(gòu)成通訊，方便地實(shí)現(xiàn)與四遙系統(tǒng)的配合。按功能不同的區(qū)別，目前有KB0-B、KB0-R、KB0-E和KB0-T等系列產(chǎn)品。2.2 按在低壓系統(tǒng)所處位置和作用可分為直控終端型和雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換型2.2.1 用于電路終端直接對(duì)電機(jī)控制的開關(guān)，諸如上述兩大類及派生的可逆型；消防型；雙速、三速控制器；Y-降壓起動(dòng)器；自耦降壓起動(dòng)器等系列產(chǎn)品。2.2.2 基于CPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換電器（ATSE）近年來，由于工業(yè)和建筑的飛速發(fā)展，日益增多了對(duì)供電連續(xù)性要求較高的重要負(fù)荷。促進(jìn)了主要用于末端ATSE產(chǎn)品的研制和大量地推向市場(chǎng)。歷經(jīng)

7、了以分立元件為主體構(gòu)成的ATSE、以模擬電路應(yīng)用為主的機(jī)電一體化產(chǎn)品和以高性能新型電器元件為基礎(chǔ)并采用CPU為核心智能專用控制器的新型ATSE的問世于發(fā)展歷程。PC級(jí)的ATSE或基于接觸器（CTT）的ATSE，均需另加保護(hù)電器，從而增大了設(shè)備安裝面積?；跀嗦菲鳎∕CCB）的CB級(jí)ATSE，由于操作機(jī)構(gòu)固有動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換時(shí)間拖長(zhǎng)，一般約為數(shù)秒級(jí)或十余秒，不能滿足電源快速轉(zhuǎn)換的要求。ATSE和CPS均屬多功能電器。國內(nèi)成功開發(fā)生產(chǎn)的CPS產(chǎn)品KB0，它的技術(shù)發(fā)展水平和十余年來大量工程應(yīng)用的良好狀況證實(shí)，已具有了ATSE的控制與功能要求。配以適當(dāng)?shù)碾娫炊藱z測(cè)功能時(shí)，則方便的構(gòu)成新型集成化的

8、KB0S型系列的ATSE。它以兩臺(tái)KB0主體合而為一的形式，安置斗雞米結(jié)構(gòu)的機(jī)械聯(lián)鎖裝置和電氣互鎖機(jī)構(gòu)，依靠?jī)山M同時(shí)分?jǐn)嗟母咝阅苡|頭滅弧系統(tǒng)的接觸組，同時(shí)具有了斷路器高的分?jǐn)嗄芰涂刂齐娖鏖L(zhǎng)壽命指標(biāo)。不存在一組觸頭進(jìn)行短路電流分?jǐn)嗟耐瑫r(shí)另一組觸頭處于閉合狀態(tài)的要求，從根本上解決了不同產(chǎn)品間的特性配合問題。KB0S這種單一的集成化的ATSE運(yùn)行穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換可靠，得到了工程界的認(rèn)可。3 CPS為低壓配電與控制系統(tǒng)提供了較為理想的基礎(chǔ)元件3.1 CPS的獨(dú)特結(jié)構(gòu)決定了有完善的保護(hù)功能圖3雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)符號(hào)如圖-4所示中凱科技股份有限公司生產(chǎn)的CPS產(chǎn)品KB0系列控制與保護(hù)開關(guān)電器結(jié)構(gòu)示意予以說明。

9、 圖4 (KB0)CPS隔離型結(jié)構(gòu)示意圖KB0（CPS）開關(guān)本體由隔離刀、接觸組、幾個(gè)保護(hù)脫扣器和與之相連的操作系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)及指示部件組成。與外設(shè)控制指令相連構(gòu)成負(fù)載和電機(jī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)電源進(jìn)入開關(guān)本體前受與控制電源聯(lián)動(dòng)的隔離刀閘關(guān)控，可使主電路和控制電路與電源的同時(shí)隔離，可安全地對(duì)主、控電路、配電負(fù)載和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢修。KB0的隔離刀與接觸器組的合分機(jī)構(gòu)間有可靠的電氣聯(lián)鎖和機(jī)械閉鎖設(shè)施，從而保證隔離刀與接觸器組的分合次序，從根本上遏止帶負(fù)荷拉合隔離開關(guān)這一惡性事故，保證安全運(yùn)行。KB0（CPS）有和操作機(jī)構(gòu)直接相連的短路瞬時(shí)過電流脫扣器，可在16Ie時(shí)于0.2S時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)切斷短路電流，

10、在額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?0KA預(yù)期短路電流下分?jǐn)鄷r(shí)間僅為23ms，限流系數(shù)達(dá)到0.2以下，并且在分?jǐn)喽搪冯娏骱鬅o需維護(hù)即可投入使用，即具有分?jǐn)喽搪饭收虾蟮倪B續(xù)運(yùn)行性能：KB0在進(jìn)行了分?jǐn)喽搪冯娏髟囼?yàn)后，仍具有不小于1500次AC-44電壽命，這是由斷路器等分離元件構(gòu)成的系統(tǒng)所難以達(dá)到的，KB0的這一特性極大地提高了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行型。CPS置有動(dòng)作電流612Ie之值可以整定設(shè)置、動(dòng)作時(shí)間為0.2s的定時(shí)限過電流脫扣器。從使用中測(cè)試出KB0（CPS）具有協(xié)調(diào)配合的時(shí)間電流保護(hù)特性曲線，為系統(tǒng)和負(fù)載提供了完善的三段保護(hù)特性功能。此外KB0數(shù)字化產(chǎn)品還可外置零序電流互感器，實(shí)現(xiàn)接地/

11、漏電等剩余電流保護(hù)。工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用只需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率、運(yùn)行狀態(tài)和啟動(dòng)方式，正確選擇KB0產(chǎn)品型號(hào)及規(guī)格，就能達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)的過載及短路保護(hù)和控制自動(dòng)協(xié)調(diào)配合、順利起停和全面保護(hù)。KB0數(shù)字化(電子)式模塊采用電流互感器采集信號(hào)傳遞給微處理器，由微處理器發(fā)出指令，使脫扣器動(dòng)作。熱磁式模塊還具有環(huán)境溫度補(bǔ)償性能。對(duì)負(fù)載進(jìn)行三段，斷相、堵轉(zhuǎn)和阻塞等系列保護(hù)，特別是小功率電機(jī)在低過載時(shí)做到準(zhǔn)確保護(hù)，確實(shí)是可貴之處。3.2 KB0（CPS）的使用極大地提高了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和連續(xù)運(yùn)行性。3.2.1 具有分離元件與之無法比擬的高短路分?jǐn)嗄芰洼^強(qiáng)的限流能力圖-5為KB0（CPS）的關(guān)鍵部件接觸組和實(shí)體圖。圖

12、5 主電路接觸組（1.靜觸頭 2.動(dòng)觸頭 3.觸頭支持架 4.速斷脫扣器 5.撥桿 6.觸頭彈簧 7.外殼 8.柵片滅弧室）承擔(dān)接觸器和斷路器雙重任務(wù)，起著保護(hù)與控制作用。部件12及右對(duì)稱件與8表明在電源和負(fù)載兩側(cè)采用了雙斷點(diǎn)雙滅弧室且靜觸頭為U型結(jié)構(gòu)。分?jǐn)鄷r(shí)電弧電動(dòng)力為斥力，在磁吹和熱氣體壓力下使電弧拉長(zhǎng)快速進(jìn)入滅弧柵。兩組有陡峭前沿的電弧被分割成許多串聯(lián)的短弧。拉長(zhǎng)弧線增加弧阻而迅速滅弧。為普通MCCB滅弧能力的二倍，限流系數(shù)為0.2以下，預(yù)期短路電流分?jǐn)鄷r(shí)間在23ms。從而起到減輕電弧對(duì)觸頭灼燒、快速滅弧和大大限制短路電流的三重效果。因而具有額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰cs和額定極限短路分?jǐn)嗄?/p>

13、力Icu兩者相等特性。KB0額定運(yùn)行短路分?jǐn)嚯娏鱅cs（0-co-co）可達(dá)80KA。在50KA預(yù)期短路到來時(shí)，限流系數(shù)為0.2，分?jǐn)鄷r(shí)間僅為23ms達(dá)到熔斷器快熔限流水平。從而極大減輕短路電流對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)、熱沖擊而且有效的解決靠近變壓器的低壓母排旁安裝小規(guī)格電流產(chǎn)品短路時(shí)可分?jǐn)啻箅娏鬟@一問題，也特別適應(yīng)用于重載啟動(dòng)和頻繁操作切合。KB0在分?jǐn)喽搪冯娏骱鬅o需維護(hù)仍具有不小于1500次的AC-44電壽命，這是由斷路器等分離器件構(gòu)成的系統(tǒng)所難以達(dá)到的。這一特性極大地提高了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和連續(xù)運(yùn)行性。3.2.2 根除動(dòng)、靜觸頭間的抖動(dòng)而穩(wěn)定運(yùn)行在工廠一排封閉式插接母線下接著20臺(tái)左右機(jī)床，其負(fù)載性質(zhì)

14、、運(yùn)行方式、起動(dòng)方法和電機(jī)容量各有不同，但電機(jī)在起動(dòng)瞬間總有5-7Ie的沖擊電流。運(yùn)行時(shí)有可能出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)和繞組短路過流故障，車間大型負(fù)載的投入和干支線的三相短路都會(huì)造成母線電壓突然下降。易使同一母排控制電機(jī)的接觸器線圈欠壓或瞬時(shí)失壓，這對(duì)靠電磁力保持吸合的接觸器來講是一個(gè)災(zāi)難，難以維持吸合而群跳，使多機(jī)停車。當(dāng)系統(tǒng)電壓忽高忽低短時(shí)波動(dòng)，造成接觸器若合若離的抖動(dòng)，強(qiáng)烈電弧引起觸頭嚴(yán)重?zé)齻c熔焊，這是直動(dòng)式接觸器燒毀的主要原因，運(yùn)行中屢見不鮮。圖-4示出KB0接觸組的電磁系統(tǒng)與主觸頭采用了獨(dú)特的分離設(shè)計(jì)；觸頭的超程和壓力靠?jī)?nèi)部的彈簧儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)。盡管諸如上述的電機(jī)起動(dòng)、短路和系統(tǒng)電壓波動(dòng)，都不會(huì)使主觸頭

15、產(chǎn)生抖動(dòng)，徹底根除二次彈跳，觸頭始終保持穩(wěn)定的吸合狀態(tài)，大大地增加了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和開關(guān)使用壽命。3.2.3 , 飛弧距短運(yùn)行安全當(dāng)線路通過超過接觸器主觸頭分?jǐn)嗄芰Γㄒ话銥?10Ie）時(shí)，在拉弧過程中強(qiáng)大的電動(dòng)斥力作用下三相極易形成電弧短路而燒毀開關(guān)自身，產(chǎn)生空間飛弧殃及相鄰電器甚至造成人身危害。為此在工程設(shè)計(jì)和使用中常選用短時(shí)耐受電流大的接觸器和限流式斷路器，用戶為求安穩(wěn)運(yùn)行常把接觸器Ie電流放大一個(gè)級(jí)別選用，這既不經(jīng)濟(jì)又不合理。KB0（CPS）采用密閉式雙滅弧室結(jié)構(gòu)，飛弧距離僅為2030mm左右且整體封閉，對(duì)外無弧飛出，故體小容大可密集于柜中，相互安全運(yùn)行。消除了一般接觸器觸頭裸露、飛弧

16、短路燒毀元件的固有缺陷。3.2.4 KB0（CPS）具有良好的控制與保護(hù)自配合特性集控制與保護(hù)于一體的KB0，生產(chǎn)和組裝時(shí)已很好地解決了分離元件不能或很難解決元件之間的保護(hù)與控制特性匹配問題，使其特性配合更完善合理可靠。選用時(shí)只要依據(jù)負(fù)載的類型、電機(jī)電流大小即可正確方便地選出單一產(chǎn)品的KB0，用以取代以往的包括自電源進(jìn)線至負(fù)載端各種分離元件的陳舊之法，方便可靠的實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)等負(fù)載的控制與保護(hù)。大大地減輕了設(shè)計(jì)時(shí)選型上圖、安裝時(shí)配線和故障診斷維修換件的工作量，提高了效率降低了成本?？梢奀PS的問世使電動(dòng)機(jī)的控制與保護(hù)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。3.3 KB0（CPS）在工程應(yīng)用中有顯著的節(jié)材、節(jié)能和降耗效果

17、從圖-2可見，傳統(tǒng)的電機(jī)控制配線中，從電源L連接隔離開關(guān)、斷路器（熔斷器）、接觸器、熱繼電器到電動(dòng)機(jī)M，主回路須15根導(dǎo)線（或母排），中間用24個(gè)螺絲連接。這些線纜銅排和連接件不但費(fèi)用銅材而電流通時(shí)發(fā)熱耗能。但在CPS配線中，只需6根導(dǎo)線和6個(gè)螺釘，從而很大程度上降低電阻耗能也節(jié)約了銅材。更重要的是減少了連接接點(diǎn)從而就降低了故障機(jī)率。表1所列KB0開關(guān)節(jié)能效果，明顯可觀。表1 KB0（CPS）與分離元件自身耗電比較表CPS（KB0）控制與保護(hù)開關(guān)電器傳統(tǒng)分離元器件（斷路器+按觸器+熱繼電器）控制一臺(tái)電機(jī)年耗電CPS節(jié)約數(shù)KWh額定電流A空載電流mA空載損耗W控制電流電壓V年耗電度數(shù)KWh空載電

18、流mA空載損耗W控制電源電壓V年耗電度數(shù)KWh1654.512220105.1212527.5220240.9104.53254.512220105.1212527.5220240.9104.54554.512220105.1212527.5220240.9104.56316536.3220317.924754.3220475.7175.88016536.3220317.927760.9220533.5215.610016536.3220317.929765.3220572254.13.4 模塊化結(jié)構(gòu)有高效的應(yīng)急能力KB0（CPS）產(chǎn)品采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各功能模塊裝入主體后在機(jī)械和電器方面實(shí)

19、現(xiàn)協(xié)調(diào)配合。重要的是各功能模塊均為插拔式連接，拆裝方便，有利于檢修或更換。熱磁式、數(shù)字化（電子）式模塊可在3分鐘內(nèi)更換，解決過負(fù)荷保護(hù)器出現(xiàn)故障時(shí)，減少停電損失。KB0接觸系統(tǒng)采用獨(dú)立的ABC三相接觸組，若出現(xiàn)限流短路脫扣器和接觸器功能故障時(shí)，不需更換整臺(tái)產(chǎn)品，可在10分鐘內(nèi)更換接觸組來予以排除故障。緊急情況下，可將已接好3根電源進(jìn)線和3根負(fù)荷出線的KB0接在原故障開關(guān)的進(jìn)線端和出線端，10分鐘內(nèi)可完成整機(jī)換新，迅速恢復(fù)供電、控制與操作。在最短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)產(chǎn)品故障的排除，更有利于生產(chǎn)，減少停電損失，深受用戶贊譽(yù)。3.5 KB0（CPS）產(chǎn)品系列化、智能化滿足低壓配電和工業(yè)控制的全面選用KB0（

20、CPS）系列化產(chǎn)品功能如表2所示。據(jù)建筑電氣和工控應(yīng)用需求，磁控式和數(shù)字化式產(chǎn)品均派生了隔離型、可逆控制型、消防專用型、雙速三速電機(jī)控制型、減壓起動(dòng)器型（Y-起動(dòng)、自耦降壓和加電阻）和雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器等。另有控制柜和開關(guān)箱等成套裝置，應(yīng)用于額定電壓690V及以下，額定電流0.16100A共分26個(gè)等級(jí)，能對(duì)0.0545KW電機(jī)在不同工況下進(jìn)行全壓起動(dòng)控制與保護(hù)，且能滿足4590KW的電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)，為不同需求用戶提供完整的解決方案。數(shù)字化控制技術(shù)的應(yīng)用，使KB0進(jìn)入智能化行列，采用微處理器（MCU）進(jìn)行數(shù)字化整定準(zhǔn)確可靠，具有LED數(shù)碼管顯示和遠(yuǎn)程控制功能、Modbus通訊和剩余電流保護(hù)

21、功能。這為電機(jī)控制中心（MCC）和多機(jī)聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線，、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)傳和遙控等綜合自動(dòng)化提供了必要的基礎(chǔ)條件。表2 KB0系列產(chǎn)品主要功能表產(chǎn)品型式 保護(hù)功能 熱磁式（M）數(shù)字化式基本型KB0隔離型KB0-G數(shù)字化基本型KB0-R數(shù)字化高級(jí)型KB0-E數(shù)字化智能型KB0-T短路瞬時(shí)16Ie16Ie16Ie16Ie過流短延時(shí)612Ie可調(diào)612Ie可調(diào)612Ie可調(diào)612Ie可調(diào)過載反時(shí)限可調(diào)可調(diào)可調(diào)可調(diào)斷相 三相I不平衡具有具有具有具有脫扣級(jí)別10A或1010A或1010A或1010A或10漏電具有具有具有阻塞具有具有具有堵轉(zhuǎn)具有具有具有具有起動(dòng)超時(shí)具有具有具有欠載具有具有測(cè)量顯示具有具有具有

22、故障顯示具有具有具有欠功率具有相序保護(hù)具有通訊功能具有具有4（CPS）在低壓配電和電動(dòng)機(jī)控制與保護(hù)中應(yīng)用初識(shí)4.1 CPS在機(jī)床電氣改造中的應(yīng)用 4.1.1普通車床采用CPS作電器元件改造大有潛力可挖一個(gè)普通車床通常的動(dòng)力設(shè)備由主電機(jī)（5.522KW）、退刀快速電機(jī)（11.6KW）和冷卻泵（0.120.2KW）組成。其電氣系統(tǒng)由一個(gè)總的電源開關(guān)（斷路器或帶開關(guān)的熔斷器組）和三套分別由熔斷器、斷路器、交流接觸器和熱繼電器組成的控制系統(tǒng)組成，其綜合造價(jià)與具有四合一性能的KB0開關(guān)相比相差無幾。改裝CA6140車床前，每二個(gè)月，對(duì)接觸器動(dòng)靜觸頭均要打磨修正。每年對(duì)熱繼電器均要試驗(yàn)整定，每到夏季，熱繼

23、電器常因環(huán)溫升高而失靈，造成無故停車，過載拒動(dòng)燒毀電機(jī)者時(shí)有發(fā)生。改裝后不但配電箱體縮小20%而關(guān)鍵是運(yùn)行穩(wěn)定。全國數(shù)以千萬臺(tái)計(jì)的普通車床，若全部采用KB0更新，不僅節(jié)約大量板材、節(jié)能減排，更重要是電機(jī)得到良好的保護(hù)和可靠穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，將創(chuàng)造較好的社會(huì)效益和企業(yè)效益。4.1.2 采用數(shù)字化智能型的KB0與PLC配合使用，使多刀半自動(dòng)車床變成自動(dòng)程控車床PLC編程與KB0通訊功能的緊密配合相得益彰。對(duì)老式多刀半自動(dòng)車床進(jìn)行電氣改造。利用KB0可靠地重載起停和可逆控制，把機(jī)械加工中的平端頭與靠模粗車、精車外圓與切槽合并為一個(gè)工序，去掉了一些時(shí)繼，行程開關(guān)和電磁閥，取得了精確的工作行程、可靠返回和程序

24、順利自動(dòng)轉(zhuǎn)換。一氣呵成單件加工。穩(wěn)定高效并降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，坐享全自動(dòng)程控之利。4.2 CPS在泵站控制工程中的應(yīng)用圖6 終端配電 圖7 雙電源終端配電 圖8 雙電源消防泵一用一備圖圖6圖7為KB0用于終端配電部位，不同的是圖7采用了基于CPS技術(shù)的雙電源開關(guān)作為主電源開關(guān)。在多支路負(fù)載的終端配電中，主電源開關(guān)容量（KB0或KB0S3）應(yīng)為負(fù)載開關(guān)（n1nn）中最大一路容量的2.5倍及以上，這樣在出現(xiàn)極大短路電流能量脫扣動(dòng)作時(shí)，才具有良好的選擇性，否則將會(huì)越級(jí)跳閘或上下級(jí)同時(shí)連跳，造成不應(yīng)有的停電損失。圖8為高層建筑重要負(fù)載消防泵柜，采用雙電源一用一備控制線路。將具有限流功能的KB0裝在有限流

25、功能的雙電源KB0S3的下級(jí)，其分?jǐn)嗄芰?huì)因上級(jí)開關(guān)的限流特性而大大提高，確為良好的配合。在此重要場(chǎng)所，為求善妥要采用源自限流技術(shù)的級(jí)聯(lián)技術(shù)，按工程計(jì)算法算出下級(jí)KB0開關(guān)出口處短路的最大預(yù)期短路電流。查其限流曲線，將其真正通過的短路電流找出來。再查KB0和上級(jí)雙電源KB0S3的能量脫扣曲線而定出在這一實(shí)際的短路電流通過時(shí)上下兩級(jí)開關(guān)的脫扣時(shí)間，確保不越級(jí)跳閘。嚴(yán)防在泵機(jī)堵死或電機(jī)短路時(shí)，因上下級(jí)開關(guān)配合不當(dāng)，上級(jí)雙電源越級(jí)跳閘并使帶短路負(fù)載進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換使之承受二次短路電流沖擊的惡性后果，可見上下開關(guān)容量配合和必要的短路電流的工程計(jì)算尤為重要。4.3 CPS在工廠生產(chǎn)線上的應(yīng)用4.3.1 KB

26、0 綜合控制化工反應(yīng)釜生產(chǎn)作業(yè)線 圖9所示陜西渭南高新企業(yè)海泰公司化工反應(yīng)釜電力控制柜。由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)出反應(yīng)釜的壓力P、溫度T、釜內(nèi)氣體含量QT及加熱體的功率W等送入PLC，經(jīng)程序識(shí)別后把控制信號(hào)送入控制柜，起停KB0以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)釜的啟停、正反轉(zhuǎn)、三檔加熱和傾釜等系列動(dòng)作而完成產(chǎn)品加工全工程。每柜可裝1540個(gè)KB0，完成數(shù)個(gè)反應(yīng)釜的控制工作。該廠共用298個(gè)KB0開關(guān)，運(yùn)行三年有余而無一損壞。每年年終停工清掃和緊固壓線，很少維修。KB0以高可靠性而確保生產(chǎn)順利進(jìn)行，獲取好的經(jīng)濟(jì)效益。圖9 陜西渭南海泰公司反應(yīng)釜控制柜4.3.2 酸洗硬質(zhì)陽極氣化作作業(yè)線把KB0密集于控制臺(tái)內(nèi)，通過PLC進(jìn)行順序控 制

27、，產(chǎn)品借助于KB0的正反停，完成產(chǎn)品入酸除銹弱酸鈍化凈沖工藝陽極氧化凈沖出槽等工藝流程。由于KB0有防腐和封閉隔離功能且可頻繁啟動(dòng)而適于充有弱酸霧環(huán)境的連續(xù)生產(chǎn)工藝而取代分立件的控制。運(yùn)行效果尚可。4.4 選用CPS有助于水、電四遙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和提高運(yùn)行的可靠性。智能型電子式的KB0產(chǎn)品的問世，拓寬了KB0的應(yīng)用范圍。采用微處理器對(duì)電機(jī)進(jìn)行精確的全能性保護(hù)，對(duì)配電電路負(fù)載可接通、承載和分?jǐn)嗾l件下運(yùn)行過載電流，也能夠接通、承載和分?jǐn)喾钦l件下的短路電流。具有遠(yuǎn)控和就地自控功能。通過控制器的嵌入式軟件分析計(jì)算，發(fā)出啟停處理指令，并通過485接口轉(zhuǎn)至上位機(jī)，這樣就省去四遙終端一些執(zhí)行部件，簡(jiǎn)

28、化四遙結(jié)構(gòu)、提高速率和可靠性。特別是在河網(wǎng)配水四遙系統(tǒng)，在洪水到來之時(shí)，水庫閘門和渠網(wǎng)閘門可以群起群開，從速排汛以解危機(jī)。4.5 KB0在電動(dòng)機(jī)控制與保護(hù)系統(tǒng)中的配置表3所列為配置推薦方案，僅供選用。表3 電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)控制與保護(hù)系統(tǒng)KB0配置推薦方案方案KB0產(chǎn)品組合應(yīng)用范圍及工作環(huán)境要求雙電源產(chǎn)品系列1KB0SKB0-M熱磁式（含基本型、消防型）45KW以下電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)控制與保護(hù)，適用于較為潮濕的環(huán)境2KB0SZKSPKB0-18KB0-187.5KW以下電動(dòng)機(jī)的控制與保護(hù)7.5KW以下電機(jī)控制與保護(hù)最經(jīng)濟(jì)配置3KB0SZKSPKB0-R數(shù)顯電子式(含消防型)KB0-R數(shù)顯電子式45KW以下電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)和精確保護(hù)。用于干燥環(huán)境電動(dòng)機(jī)精確保護(hù)的最經(jīng)濟(jì)配置4KB0SKB0-E數(shù)字化高級(jí)型電子式（含消防型）45KW電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)控制與保護(hù)（具有