空氣開關對變壓器輸出短路保護作用失效分析

王爍 史忠廣

【摘 要】目前，我國的綜合國力在不斷的提高，變壓器上的空氣開關是電力拖動、電氣控制系統(tǒng)、低壓配電網絡內的較為重要的電氣元件，它具有多種保護與控制性功能，對保護變壓器的輸出功能具有重要的意義?；诖它c，本文根據變壓器的參數與工作特點及相互之間的關系，首先闡述了變壓器的組成，其次探討了空氣開關的基本工作原理，最后分析了變壓器的輸出和輸入之間的參數關系，總結了在使用變壓器的過程中當空氣開關作為保護系統(tǒng)時，探討變壓器在輸出短路的過程中空氣開關不能起到保護作用的因素，以期使空氣開關能夠保護變壓器的正常運行。

【關鍵詞】空氣開關；變壓器輸出；短路保護作用

引言

空氣開關作為低壓配電網絡、電力拖動和電氣控制系統(tǒng)中重要器件，一經問世，就由于它不僅具有控制功能，更兼根據不同型號，集短路保護、過電流保護、分勵控制、欠壓保護優(yōu)于一體，其卓越的優(yōu)越性，得到廣大用戶的認可，廣泛受到青睞，在很多場合都得到了應用。空氣開關作為一種電氣元件，也并不是十全十美的，并不是在所有情況下都能夠及時的發(fā)揮作用，通過多年的實踐工作，發(fā)現當使用空氣開關作為電路保護器件，而變壓器輸出端短路時，空氣開關并不能起到應有的保護作用。為了弄清這個問題，就必須從空氣開關的工作原理和變壓器的結構和相關工作參數特點入手，從上分析空氣開關不脫扣的原因。

1故障檢查原理

行輸出電路可等效成一個RLC并聯(lián)振蕩回路，這回路如果加上一個脈沖電壓，電路就會產生一個自由正弦衰減振蕩。無短路的行輸出變壓器回路，次級并聯(lián)的等效電阻可看成很大，所以振蕩的幅度大、衰減慢，即自由振蕩衰減的時間就長。而有短路的行輸出變壓器，即使只有一匝短路，其反射到初級的電阻就很小，負載加重，損耗就大，所以其振幅小、衰減快，如有嚴重短路的變壓器，甚至不能形成自由振蕩，根本看不到波形，只能看見一些閃動的毛刺。在確定與行輸出變壓器有關的外圍電路無短路故障聯(lián)的情況下，可以用在路的方法進行測試。若在路測試不明顯時，或行輸出變壓器外圍電路有短路時，就會影響測試結果，造成誤判。這時只能將變壓器拆下來測試了。

2空氣開關的工作原理

一般來說空氣開關都是用于對電氣線路的過載和短路的保護，以下主要解釋了空氣開關的過載和短路的脫扣原理。1）電磁的脫扣原理在電力設備正常運行工作的過程中，線路內所通過的電流是正常大小，在空氣開關內部的電磁鐵產生的電磁力反作用于銜鐵上面的彈簧，使電磁鐵不容易被吸動，促使空氣開關能夠保持在正常的運行狀態(tài)下運行。當供電系統(tǒng)中的設備出現短路的故障時，在線路內的電流很容易超過正常電流瞬間增大，造成電磁鐵的上面瞬間產生巨大的電磁力，超出彈簧對銜鐵自身的反作用力，使得銜鐵被電磁吸動。此時，自由脫扣機構會通過機械傳動被推動，將主觸頭上的跳鉤釋放出去，主觸頭受到分閘彈簧的拉力作用斷開連接將短路切斷。這樣空氣開關會對電流的短路現象起到保護的作用。2）熱脫扣現象在線路中的電流正常運行時，其中的發(fā)熱元件在發(fā)熱的過程中會促使雙金屬片出現彎曲的現象。在彎曲到一定程度下，能夠達到動態(tài)平衡的效果，此時雙金屬片不能再繼續(xù)彎曲。如果產生了過載的現象，并且線路內的電流出現增大的現象時，雙金屬片會出現超過動態(tài)平衡繼續(xù)彎曲的現象，達到一定程度時可通過傳動機構聯(lián)動自由脫扣機構將主觸頭釋放。在一般情況下主觸頭能夠在分閘彈簧的作用下分開，將短路切斷，進而能夠起到保護電路的作用。實際上通過對空氣開關的脫扣原理進行詳細的了解，就能發(fā)現空氣開關不管是熱脫扣還是電磁脫扣都能對電路起到一定的保護作用，而且他們都會受到電流的影響，只有在空氣開關的電流超過了一定的大小后，并且電流瞬間出現變大的現象，電磁脫落扣才能工作，而這時熱脫扣器實際上不能起到保護的作用。如果電流僅是偏大，沒有達到能使電磁脫落裝置出現動作的程度，此時在長期大電流的作用下，熱脫扣器將會出現動作，起到保護作用。

3變壓器輸入與輸出參數關系

在變壓器理想狀態(tài)時，變壓器的參數關系：空載運行時是指變壓器一次繞組接電源、二次繞組開路的狀態(tài)。變壓器在外加電壓U1的作用下，一次繞組N中通過的電流IO稱為空載電流。IO產生工作磁通，又稱勵磁電流。在其作用下，二次繞組嘆兩端將感應出電動勢。變壓器的電壓變換關系為： 上式說明變壓器一次、二次繞組電壓的有效值與一次、二次繞組的匝數成正比，比值K稱為變壓比，作為降壓變壓器時，K}勺值大于10當二次繞組接入負載Z}時，稱為變壓器的有載運行。一次繞組中電流有效值為I1，二次繞組中電流的有效值為Iz，此時有： 上式表明，變壓器一次、二次繞組電流的有效值與一次、二次繞組匝數成反比。變壓器除了有變壓和變流的作用以外，還有變換阻抗的作用。在不考慮變壓器的漏磁、發(fā)熱等損耗時，可以認為變壓器的輸入功率與輸出功率是相等的。在變壓器的一次側接電源電壓為U，二次測接負載阻抗ZL，在一次側的等效阻抗為刀，則有： 上式說明，變壓器的變壓比為I1寸，在二次測接阻抗為ZL的負載，相當于在電源上直接接入一個阻抗為昭ZL的負載。當二次測負載阻抗為ZL=0零時，由上面的阻抗轉換關系，則ZL-0，此時的不僅是變壓器的輸出端處于短路狀態(tài)，同時，電源也處于短路狀態(tài)，電源上的電流應該會在瞬間增大。在電路中接有空氣開關時，在空氣開關中的電流脫扣器中會有很大的電流，進而產生較強的磁力，電磁鐵吸動銜鐵，使電磁脫扣機構動作而脫扣，使主觸點斷開，起到保護作用。但事實并非如此，空氣開關并不會脫扣起保護?？諝忾_關不能起保護是什么原因導致的呢？其原因是空氣開關中的電流并沒有達到起保護作用的程度。進一步來說，又是為什么已經短路了，而電流卻還沒有達到使空氣開關脫扣的程度呢？究其原因，變壓器輸出端的短路只能是一種電源的“間接短路”，它是一種在理想狀態(tài)下，完全不考慮變壓器線圈本身的阻抗而等效出來的短路。在實際上，變壓器的線圈在接入交流電時，存在一定的阻抗，即Zl，那么在變壓器負載阻抗雖然為0，二次側的電流為： 該電流比較大，完全超過變壓器正常工作時的電流，工作時間稍長，就會使變壓器變熱，直至變壓器燒壞。而在變壓器的一次側電流為I，，根據變壓器的參數轉換關系： 當變壓器作為降壓變壓器使用時，I1勺值大于1，當變壓比I伏到一定程度時，工。的值就會相應的較低，此時電流i的值比電i和Z的值要小很多，以致達不到使空氣開關脫扣的電流。為了避免變壓器輸出端短路而空氣開關不起作用，就要在電路設計和元件選取時充分考慮變壓器的短路阻抗值。另外，要分清楚短路的類型，分清“直接短路”與等效出來的“間接短路”的不同。

結語

空氣開關是電氣控制、電力拖動、配電網絡系統(tǒng)當中的重要器件，具有較強的控制功能，能夠兼顧到不同型號的設備。它具有集保護電流短路、分離控制、保護欠壓為一體的優(yōu)勢，并且該控制系統(tǒng)具有一定的優(yōu)越性，當前已經廣泛使用在各種電力系統(tǒng)當中。

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