空气开关在空管系统中的应用及维护案例

空气开关在空管系统中的应用及维护案例

何刚

民航新疆空中交通管理局技术保障中心，乌鲁木齐，830016

引言

供电设备属于空管系统中的后台设备，其运行风险容易被忽视，一旦终止服务将带来巨大的安全影响。空气开关具有操作安全、使用方便、工作可靠、安装简单等显著特点，是低压配电网络和电力系统中非常重要的一种保护电器。目前，空管系统中的所有设备的配电均能找到空气开关的身影，其工作正常与否，直接影响着电子设备能否工作正常。因此，我们作为设备的保障人员，应该加强对空气开关的学习，掌握基本使用方式和特点，提高自身的设备维护能力。

一、空气开关的介绍及基本原理

空气开关（英文名：Air switch），又名空气断路器，是断路器的一种简称空开。主要用于保护交流500V或直流400V以下的低压配电网和电力拖动系统中常用的一种配电电器，可用于不频繁接通和分断负载电路；当工作电流超过额定电流、短路、失压等情况下，自动切断电路。相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。

1.1空开的原理

空气断路器的基本原理是短路电流远大于正常负载电流，短路电流导致脱扣器脱扣，动触头在弹簧作用下与静触头分开，使得电路断开。脱扣方式一般有热动、过电流和欠压脱扣3种。                               

1.2主要组成部分

   空气开关主要由触点系统、灭弧装置、脱钩器和操作机构等组成，操作机构又有脱扣机构 、复位机构和锁扣机构。

1、 触点系统

   触点有主触点和灭弧触点，大电流的断路器还有副触点，这三种触点并联接在电路中。正常工作时主触点承载负载电流；开断时灭弧触点熄灭电弧，保护主触点。当电路接通时灭弧触点先接通，主触点后接通，断开电路时顺序相反。副触点的工作在主触点和灭弧触点之间，也起保护主触点的作用。

2、灭弧装置：

   灭弧装置大多为栅片式，灭弧罩采用三聚氰胺耐弧塑料压制，两壁装有绝缘隔板，防止相间非弧，灭弧室上方装设三聚氰胺玻璃布板制成的灭弧栅片，以缩少飞弧距离。

3、自由脱扣机构：

  自由脱扣是指断路器在合闸状态或合闸过程中，脱扣器能作用于脱扣机构使其断开。

4、脱扣器：

  脱扣器又称保护装置，是用来接收操作命令或电路非正常情况的信号，以机械动作或触发电路的方法，脱扣机构的动作部件，它包括过电流脱扣器、失压脱扣器、分励脱扣器和热脱扣器，另外还可以装设半导体或带微处理器的使断路器掉闸，起到欠压及零压保护。

1.3 空开的分类

    1.按极数分：单极．两极和三极。

    2.按保护形式分：电磁脱扣器式．热脱扣器式．复合脱扣器式（常用）和无脱扣器式。

    3.按全分断时间分：一般和快速式（先于脱扣机构动作，脱扣时间在0.02秒以内）。

4.按结构型式分：塑壳式、框架式、限流式、直流快速式、灭磁式和漏电保护式。

5.按常规分：从1P到4P(1P的厚度是18MM,2P是36MM......)，1P就是1根线进出，2P就是2根线进出，以此类推。

1.4 空开的符号及参数识别  

参数识别——DZ10-100/330  Ie=60A ？

DZ－－“自动”的反拼音 10－－设计序号  100－－额定电流  3－－－表示极数即三相  3－－－脱扣形式（0－－无脱扣器，1－－热脱扣器式，2－－电磁脱扣器式，3－－复式）  0－－－有无辅助触头（0－－无辅助触头，2－－有辅助触头）  Ie=60A－－－过电流调节

   目前家庭使用DZ系列的空气开关，常见的有以下型号/规格： C16、 C25、C32、C40、C60、C80、C100、C120等规格，其中C表示脱扣电流，即起跳电流，例如C32表示起跳电流为32安。

1.5空气开关的一般选用原则

1.线路对保护的要求确定断路器的类型和保护形式--确定选用框架式、装置式或限流式等。  

2.动空气开关的额定电压≥线路额定电压。

     3.动空气开关的额定电流≥线路计算负载电流。

4.脱扣器的整定电流＝所控制负载的额定电流。

5.磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流≥负载电路正常工作时的峰值电流。

    6.空气开关欠电压脱扣器的额定电压＝线路额定电压。

      7.电线路中的上、下级断路器的保护特性应协调配合，下级的保护特性应位于上级保护特性的下方且不相交。

8.路器的长延时脱扣电流应小于导线允许的持续电流。

挑选空气断路器的时候最重要的参数有三个，框架电流In max越大越好，额定极限短路分断能力Icu越大越好，额定运行短路分断能力Ics越接近Icu越好。

2、空气开关在实际工作中维护案例

       2016年7月28日19:57新疆哈密雷达站出现 INDRA二次雷达双机关闭。哈密雷达站值班员巡视设备，检查发现雷达机柜C路电源开关、配电柜内雷达机柜总电源空开均跳开，天线控制箱上两个马达工作灯灭，确认雷达天线停转。

（一）紧急处理

      值班员立即启动应急预案, 经检查确认按步骤开启雷达机柜总电源空开、机柜C路电源开关，手动开启雷达1号通道，待设备运转平稳后，启动天线控制箱双马达，工作指示灯显示正常，雷达天线旋转，20:28雷达1号通道恢复正常工作。手动开启雷达2号通道，SLG上显示2号通道SAU、SDU、EMU、CTU组件电源故障，无法开启。

（二）技术分析

      根据2号通道故障提示，测量2号通道TPS组件上电压输出，发现48V测试孔无电压输出，其他测试孔电压正常；更换备用TPS组件，再次测量TPS组件上48V正常，SLG显示上述四个组件电源正常；检查2号通道各项数据显示正常，将雷达转至2号通道，2号通道设备工作正常。20:50确认双通道恢复正常工作。

      据此维护人员怀疑故障点2号通道TPS组件48V电压不正常是造成雷达机柜C路电源开关、配电柜内雷达机柜总电源空开均跳开的原因。

      根据整个设备的电源配电情况进行梳理，哈密雷达站的UPS电送设备机房配电柜（PDB）内的雷达机柜总电源开关（三相四线联动空开），雷达机柜电源开关一路送至机柜PAN-AC IN处，经内部送至雷达机柜PRC的A/B/C处，A/C分别为雷达机柜1号和2号通道提供电源，B为B路为UTS(测试单元)、IAU（接口适配单元）等供电；另一路为天线控制箱提供三相交流电源。如下图所示。

                     图5 雷达设备供电图

维护人员分析认为：当雷达2号通道电源源模块内部有短路情况发生，瞬间电流过大，导致PRC的C路电源断开。机柜总电源空开均跳开，系统不能正常加电，双机关闭，又造成双马达断电、天线停转。

（三）改进措施

将配电柜内雷达机柜总电源四联装空开改为四路独立开关，分别给雷达机柜A/B/C三路与天线控制箱供电，以防主备机内某个模块电源故障，造成总电源断电进而造成双机停机服务的严重事件发生。

三．维护建议

航空安全无小事，空管领域的通导监视设备，大多数处于长期不间断运行状态。空管系统对供电系统的要求越来越高，所以需要各级设备运行和管理部门要继续完善设备配电回路及分配管理，做好分级保护，根据设备系统主备关系、系统之间业务协作关系等合理设置电源回路逻辑，关系和回路分配，不断优化各母线之间、相线之间、输出回路之间的分配关系，从设备系统性保障可靠的层面进行配电优化，防止因单点故障导致系统失效的连锁反应。因此设备维护人员的应熟练掌握空气开关的原理、选择技巧及使用方法，从而进一步提升空管设备的完好率与设备正常率。

四．结束语

随着民航事业的快速发展，空管系统对供电系统的要求越来越高。空气开关集控制和多种保护功能于一身是空管系统低压配电网络中非常重要的一种电器。维护人员掌握其工作原理及方法有利于提高空管设施设备供电的可靠性和稳定性。本文就新疆空管局的一次设备故障案例分析，介绍了空气开关的工作原理与使用方法，希望能给与同行借鉴。