摘要：变压器上的空气开关是电力拖动、电气控制系统、低压配电网络内的较为重要的电气元件，它具有多种保护与控制性功能，对保护变压器的输出功能具有重要的意义。基于此点，本文根据变压器的参数与工作特点及相互之间的关系，首先阐述了变压器的组成，其次探讨了空气开关的基本工作原理，最后分析了变压器的输出和输入之间的参数关系，总结了在使用变压器的过程中当空气开关作为保护系统时，探讨变压器在输出短路的过程中空气开关不能起到保护作用的因素，以期使空气开关能够保护变压器的正常运行。
关键词：空气开关；变压器输出；短路保护作用
空气开关属于一种电器元件，其存在优势的同时也存在着一定的缺点，也并不是在任何条件下都能将其自身的优势发挥出来。笔者在多年的实践工作中发现使用空气开关保护变压器时，如果变压器的输出端出现短路的现象，空气开关将不能起到保护的作用。因此为了能够将此类问题解决，应从空气开关的自身工作原理与变压器的工作参数和结构角度出发，分析其不能对变压器起到保护作用的因素。
1自动空气开关的作用及特点介绍
自动空气开关又称自动空气断路器，是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除了能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机；自动空气开关具有操作安全、使用方便、工作可靠、安装简单、动作后（如短路故障排除后）不需要更换元件（如熔体）等优点。因此，在工业、住宅等方面获得广泛应用。
2自动空气开关工作原理介绍
空气开关也就是断路器，在电路中作接通、分断和承载额定工作电流，并能在线路和电动机发生过载、短路、欠压的情况下进行可靠的保护。
2.1当线路发生短路或严重过载电流时，短路电流超过瞬时脱
扣整定电流值，电磁脱扣器产生足够大的吸力，将衔铁吸合并撞击杠杆，使搭钩绕转轴座向上转动与锁扣脱开，锁扣在反力弹簧的作用下将三副主触头分断，切断电源。
2.2当线路发生一般性过载时，过载电流虽不能使电磁脱扣器
动作，但能使热元件产生一定热量，促使双金属片受热向上弯曲，推动杠杆使搭钩与锁扣脱开，将主触头分断，切断电源。主触点通过操作机构（手动或电动）使之闭合的，其触点系统由于装有灭弧装置，因而不仅能接通或切断正常的工作电流，还能在发生故障时迅速切断比正常工作电流大好几倍的故障电流，从而能有效地保护电路中的电气设备开关的脱扣机构是一套连杆装置。当主触点通过操作机构闭合后，就被锁钩锁在合闸的位置。如果电路中发生故障，则有关的脱扣器将产生作用使脱扣机构中的锁钩脱开，于是主触点在释放弹簧的作用下迅速分断。按照保护作用的不同，脱扣器可以分为过电流脱扣器及失压脱扣器等类型。
2.3在正常情况下，过电流脱扣器的衔铁是释放着的；一旦发生严重过载或短路故障时，与主电路串联的线圈就将产生较强的电磁吸力把街铁往下吸引而顶开锁钩，使主触点断开。欠压脱扣器的工作恰恰相反，在电压正常时，电磁吸力吸住衔铁，主触点才得以闭合。一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触点断开。当电源电压恢复正常时，必须重新合闸后才能工作，实现了失压保护。
3变压器的输出和输入之间参数关系
当变压器处于理想的状态下，会得出变压器的参数的关系为：当空间参数处于运行的状态时候，将其划定为一次绕组的接电源和二次绕组的开路的状态。此外变压器在受到电压的UI作用下在一次绕组的N1内所通过的电流I0将其称之为空载电流。此外I0能够产生磁通，可将其称之为励磁电流。在它的作用下，其中的二次绕组N2的两端会感应出电动的实例，可将变压器的变换关系式为：
此公式说明了变压器的一次绕组、二次绕组电压有效值与一次绕组的匝数形成正比。可将比例K称之为变压比。将其作为降压变压器时，其中K的数值会大于1。综上所述，空气开关不能起到保护作用的原因一方面是由于空气开关中的电流值没有达到保护要求的临界值。另一方面，出现短路时空气开关没有对变压器起到保护作用时，分析其原因。在变压器的输出处的短路仅能使一种电源系统的间接性的短路，它属于处在一种较为理想的状态。可不用考虑变压器的线圈受到阻抗而出现的短路现象。
4自动空气开关的选择
4.1配电用空气开关的选择。
配电用空气开关是指在低压电网中专门用于分配电能的空气开关，包括电源总空气开关和负载支路空气开关。在选用这一类空气开关时，需特别注意下列选用原则：
①空气开关的长延时动作电流整定值≤导线容许载流量。对于采用电线电缆的情况，可取电线电缆容许载流量的80%。
②3倍长延时动作电流整定值的可返回时间≥线路中最大起动电流的电动机的起动时间。
③短延时动作电流整定值I1为：
I1=1.1（Ijx+1.35kIed）
式中：Ijx———线路计算负载电流（A）；
k———电动机的起动电流倍数；
Ied———电动机额定电流（A）。
④瞬时电流整定值I2为：I2=1.1（Ijx+klkIedm）式中：kl———电动机起动电流的冲击系数，一般取kl=1.7～2；Iedm———最大的一台电动机的额定电流。
⑤短延时的时间阶段，按配电系统的分段而定。一般时间阶段为2～3级。每级之间的短延时时差为0.1～0.2s，视空气开关短延时机构的动作精度而定，其可返回时间应保证各级的选择性动作。选定短延时阶梯后，最好按被保护对象的热稳定性能加以校核。
4.2电动机保护型空气开关的选择。
微型空气开关不能用于对电动机的保护，只可作为替代熔断器对配电线路（如电线电缆）进行保护。电动机在起动瞬间有一个5~7倍Ied，持续时间为10s的起动电流，即使C特性在电磁脱扣电流设定为5~10倍Ied，可以保证在电动机起动时避过浪涌电流。但对热保护来讲，其过载保护的动作值整定于1.45Ied，也就是说电动机要承受45%以上的过载电流时微型空气开关才能脱扣，这对于只能承受<20%过载的电机定子绕组来讲，是极容易使绕组间的绝缘损坏的，而对于电线电缆来讲是可承受的。因此，电动机保护型自动空气开关一般选择塑壳式空气开关。
4.3家用保护型空气开关的选择。
家用保护型空气开关一般选择微型空气开关（MCB）。并应当像选用塑壳空气开关和框架空气开关一样，计算最大短路容量后再选择。
5自动空气开关选择时要注意事项
5.1根据用途选择自动空气开关的型式和极数。
5.2根据最大工作电流来选择自动空气开关的额定电流。
5.3根据需要选择脱扣器的类型、附件的种类和规格。
5.4要注意上下级开关的保护特性，合理配合，防止越级跳闸。
结语
空气开关是电气控制、电力拖动、配电网络系统当中的重要器件，具有较强的控制功能，能够兼顾到不同型号的设备。它具有集保护电流短路、分离控制、保护欠压为一体的优势，并且该控制系统具有一定的优越性，当前已经广泛使用在各种电力系统当中。
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论文作者:张进锋1,李炎2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
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