控制与CPS结构特性分析及在电气工程中的实施要点分析

【摘要】随着对电气工程要求的提高，需进一步改革，CPS开关的应用能起到较好效果，受到广泛关注。首先介绍了CPS的分类，以及在电气工程中的优势和作用，然后对其在电气工程中的实际应用进行了分析。

【关键词】CPS开关;电气工程;控制系统;节能降耗

引言

电动机为各类生产提供原动力，具有重大意义，其性能和质量直接关乎能否顺利开工和实际工作效率。然而实际中常会出现设备质量缺陷、元件选择错误、压力过小、保护参数不合理等状况，进而损坏元件甚至使电机受损。对多台电动机进行集中控制时，元件数量较多给柜体布置带来诸多不便，控制效果也不理想。为此可采用一种新设备，即控制与保护开关电器，简称CPS，集断路器、热继电器、隔离开关等多类元件的功能于一体。上世纪90年代，我国开始自主研制CPS，并注册为KBO，经不断发展改进，已能和国外优秀产品相媲美。

1.CPS的分类

从保护单元的结构和特性的角度，可将CPS分为两类：一是电子式，KBO-R、KBO-T系列产品在当前较为常见。与热磁式控制保护开关电器相比，采用了高精度电流互感器，多于三遥系统相配合，并有微处理器对电流进行数字化处理。然后利用相关软件对电机电流状况加以分析，以保护电机的稳定安全，避免有过流、过载、阻塞、断相等故障发生;二是热磁式。当电流经过断相保护和过载保护时，系统会实现电热能到机械能之间的转换，进行反时限超载保护。此类CPS 使用寿命较长，动作稳定，而且适应性强，在酸碱、潮湿等恶劣环境中都有应用。在电流较大时，能够在最短时间内发挥出短路保护作用。

2.CPS在电气工程中的优势和作用

2.1 保护功能十分强大，可提高控制系统的安全稳定性

CPS的组成部分主要有隔离刀、保护脱扣器、接触组，以及相关的传动和操作系统。带负荷拉合开关故障危害极大，所以CPS在接触器和隔离刀中间设置了电气联锁和机械闭锁设施，十分可靠，保证了二者之间的分合次序。另外接通电源后，隔离刀闸对开关进行控制，因与控制电源相连，可将主电路及控制电路同时与电源隔离，以便安全地检修。其保护脱扣器可在短路时瞬间将短路电流切断，也具有定时限过电流的功能。若是分离元件，在分断短路电流试验后，使用寿命会有所削减，但CPS仍有较长的使用寿命。加上数字化、自动化产品的新功能，使得控制系统更加稳定。

2.2 有利于促进控制系统连续运行，减少了运行中断的危害

CPS采用U型结构的静触头，电源和负载两侧则使用双断点双灭弧室，短路分断能力较强。在分断时，电弧以斥力作为电动力，加上磁和热气体的压力，可使电弧迅速进入灭弧牛提高灭弧效率。其限流能力也较强，可减轻短路电流的危害，加上使用寿命长，可保证系统连续运行。接触器的分断能力有限制，若超过此值，电动斥力过大，则拉弧过程中极易引发短路故障，致使开关电器损坏，进而威胁到人身安全。CPS采用密闭式双灭弧室结构，飞弧距离较短，不会产生对外飞弧，有利保障了系统的稳定可靠。电压波动较为明显，引起接触器抖动，强烈的电弧极有可能烧坏接触器。CPS接触组内则采用分离设计方式，触头的超程和压力由内部弹簧储能提供，从而有效避免了触头抖动现象。

2.3 应急能力较强，且具有节能降耗的优势

CPS采用的是模块化结构，集多种元件的功能于一体，功能模块的连接方式为插拔式，安装拆卸快捷简单，为维护检修提供了方便。当接触器或短路保护发生故障时，10min内可完成接触组的更换工作;发生过负荷保护器故障时，3min内可完成热磁模块的更换。元件和整机更换时间短，排除故障的速度快，因此在应用中很受青睐。此外，CPS使用的螺丝、导线、铜排等材料数量较少，减少了电流通过时热能的消耗，起到了节材、节能降耗的良好作用。

3.CPS在电气工程中的实际应用分析

3.1 在工厂中的应用

工厂生产中多采用流水作业，设置有生产作业线，需要满足生产需求，尽量不要中断，且整个过程要稳定进行。某化工反应釜生产公司为提高生产效率，需对电力控制柜加以改进，提前对反应釜的温度、压力气体含量等指标做了精确测量;将测量值送入PLC，系统程序识别许可后，将控制信号传至控制柜，通过对CPS产品的操作控制反应釜，开启停止、正转反转等动作皆可在其控制下完成。每个控制柜安装20-40个CPS开关，以便能够顺利完成反应釜的系列动作。该公司一共使用了320个CPS开关，从2010年安装使用到2013年底，只在年终进行整体清扫检查，没有发现一处损坏。CPS的应用使得生产任务能够稳定开展，为公司带来了不少经济效益。

3.2 在机床领域的应用

机床在工业生产、机械制造等领域都有着广泛应用，动力设备主要有主电机、冷却泵、退刀快速电机等。电源开关、断路器、继电器、熔断器等组成了其电气系统，CPS开关则具备其所有性能，两者的总造价大抵相当。某机械制造厂为保证生产任务能按时完成，每隔两个月就要对接触器进行打磨修正，且热继电器还要定期试验整定，夏季温度较高容易失灵，经常因此发生各种故障。今对其加以改造，使用CPS作为系统的电器元件，配电箱的体积有所缩小，节约了空间，而且运行更加稳定。不但减少了板材使用量，还为该厂带来了很大经济效益。

3.3 在泵站控制工程中的应用

某高层建筑的负载消防泵柜，采用双电源一用一备控制线路。将具有限流功能的CPS装在有限流功能的双电源下级，其分断能力会因上级开关的限流特性而大大提高。为求善妥要采用源自限流技术的级联技术，按工程计算法算出下级开关出口处短路的最大预期短路电流。查其限流曲线，将其真正通过的短路电流找出来。再查CPS和上级双电源的能量脱扣曲线而定出在这一实际的短路电流通过时上下两级开关的脱扣时间，确保不越级跳闸。严防在泵机堵死或电机短路时，因上下级开关配合不当，上级双电源越级跳闸并带短路负载进行电源转换使之承受二次短路电流冲击的恶性后果，由此可见，上下开关容量配合和必要的短路电流的工程计算非常重要。

3.4 在三遥系统中的应用

随着科学技术的进步，CPS有了进一步发展，尤其是智能型电子式产品的问世，拓宽了CPS的应用范围。采用微处理器对电机进行精确的全能性保护，对配电电路负载可接通、承载和分断正常条件下运行过载电流，也能够接通、承载和分断非正常条件下的短路电流，具有远控和就地自控功能。通过控制器的嵌入式软件分析计算，发出启停处理指令，并转至上位机，这样就省去三遥终端一些执行部件，简化三遥结构，以提高速率和可靠性。

4.结束语

CPS在国内已有十余年的发展历史，在电气工程中发挥着重大作用，逐步取代了传统电机控制的方法，有利于推动电气工程进步。随着应用范围的扩大，以及越来越高的要求限制，在今后还需对CPS不断完善。

参考文献

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[2]朱文灏，胡景泰，施惠冬，曾萍.多功能型控制与保护开关电器的开关电源研制[J].低压电器，2010，20（6）：165-167.