空气开关打雷跳闸的原因分析

空气开关打雷跳闸的原因分析

张云龙

广州市海德防雷科技有限公司511450

摘要：空气开关是供电系统的主要电气配件，然而使用过程中经常因雷电冲击而跳闸，严重影响正常的生产和生活，本文把经过防雷整改而避免跳闸的经验跟大家分享。

关键词：空气开关复合型电源防雷器后备通流容量防雷器

雷雨季节，很多用电单位及住宅都常常发生打雷时空气开关跳闸的情况，频繁跳闸严重影响到正常的生产和生活。不少的单位求助于我们，为他们制定防雷方案，并最终得到很好的解决，为此在这里我把一些经验拿出来跟大家分享，希望同样的情况可以得到及时的解决，避免由此带来的损失。首先，我们要了解空气开关的原理，就可以更有针对性的对跳闸的成因作出正确的分析，并对症下药。

一、空气开关的工作原理

空气开关的种类很多，构造各异，但其工作原理是一样的。它们是由触头系统、灭弧系统、保护装置及传动机构等几部分组成。

触头系统由传动机构的搭钩闭合而接通电源与负荷，使电气设备正常运行。过流线圈和负载电路串联，欠压线圈和负载电路并联。正常运行时，过流线圈的磁力不足以吸合其衔铁，欠压线圈的磁力反而吸合其衔铁。当因故障超过额定负载或短路使电流增大某一数值时，过流线圈立即吸合其衔铁，衔铁带动杠杆把搭钩顶开，使触头打开，电路分断。

如由于某种原因使电压降低，欠压线圈吸力减小，衔铁被弹簧拉开，同样带动杠杆把搭钩顶开，使电路分断。

除此以外，还装有热继电器作为过载保护，当负荷过载时，由于双金属片弯曲，同样将搭钩顶开，使触头分断起过载保护作用。

短路时，静触头周围的芳香族绝缘物气化，起冷却灭弧作用，飞弧距离为零。断路器的灭弧室采用金属栅片结构，触头系统具有斥力限流机构，因此，断路器具有很高的分断能力和限流能力。下图为空气开关的工作原理图：

如图所示：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额定电流值，8-过流脱扣线圈产生足够大的吸力，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2-释放弹簧的作用下将1-主触点分断，切断电源。当电路欠电压时，7-欠压脱扣线圈的衔铁释放，使衔铁脱扣在反力弹簧作用力下动作撞击杠杆，使搭钩绕转轴座向上转动与锁扣脱开，锁扣在2-释放弹簧的作用下将1-主触点分断，切断电源。

二、跳闸原因分析

由前面提到的空气开关原理，我们可以知道大体上有三种情况导致其跳闸，就是：过载、短路和欠压。

那么到底打雷的时候会触发哪种因素呢？欠压的形成一般是三相不平衡或者变压故障造成的，而用户在不打雷时用电是正常的，所以可以排除欠压造成的跳闸这一因素。

剩下过载和短路两个因素，有人可能会认为过载的可能性最大，但是进一步分析，如果是因为雷电流流过空开会导致其跳闸，那么空气开关跳闸就应该是一种常态，应该每个使用单位都经常发生才对，但现实情况是只有少数用电单位有这样的情况，而且在同一条供电线路上的其他单位空开是不跳的，甚至紧靠着的单位也不会跳闸，因此我们把过载的可能性放在次要的位置。

排除上面两种因素后，剩下的就只有短路的可能了，那么到底为什么打雷时才有短路呢？我们经过现场勘察，发现经常跳闸单位的电力线路都是比较陈旧而且凌乱的，设备也比较多，部分也比较陈旧，电力线路敷设的墙体由于下雨而变得很潮湿。所以我们判断由于线路陈旧可能出现外皮破裂，雷雨天气这些线路的绝缘度大为降低，一旦有电涌时线路或设备内部就会被击穿而发生短路现象，继而导致空气开关的跳闸。

三、防范措施

根据前面的分析结果，我们有了明确的目标：1、检查线路，找出薄弱环节，或者重新敷设线路，修理陈旧设备，做好防水措施，避免线路受潮。但是这样做的可能性不大，因为花费时间和金钱很大，不太可行；2、就是降低电涌电压的幅值，避免薄弱环节发生击穿放电，就是说要通过防雷措施来解决，这样的投入是比较合理而且用户又比较容易接受的。

我们的经验是：首先制作低电阻值的人工地网，因为防雷器的保护电压与地网的电阻值成反比关系，接地电阻越大残压就越高，也就是说雷电经过防雷器留给后端的电压就越高，也就越容易使薄弱环节击穿，可能导致防雷器没有发挥作用，空气开关照样跳闸的情况。另一种情况是，虽然现有接地点测得的接地电阻值已经很低，但是我们还是不能直接把它作为防雷接地，因为现有的接地往往是电工接地，而不是防雷接地。他们做法往往是打一根1-2米的角钢或圆铁到地下，如果土壤电阻率比较低的地方，可以测到2-3欧姆的接地电阻值，（我们曾经在东莞的一家工厂的机房旁边测到一根30CM的圆铁的接地电阻是1欧姆的情况），它不可能有足够的散流面积。所以说尽管电阻值低但不是真正专业制作的防雷地网我们是不能用的。为了保证效果我们建议还是重新制作人工地网，接地电阻值要求到达4欧姆以下。

地网的问题解决后，就要考虑选用电源防雷器了，根据《防雷规范》总开关处需安装通流容量不低于60KA（8/20us）的电源防雷器，鉴于跳闸的单位其抗电涌能力较弱，我们建议选用残压比一般压敏型防雷器低的复合型电源防雷器（即B+C型）或具有后备通流容量功能的电源防雷器（《防雷技术》2009年8月第28期有介绍），因为这类型的防雷器残压要比普通的防雷器低30~40%，20KA（8/20us）雷电流冲击时其残压只有1.2KV，能更好的控制由电力线路传导过来的雷电脉冲电压，所以建议选用。

下图是普通压敏型防雷器与后备通流防雷器残压波形，可以直观地看到他们的差距。

如果有条件的，可以增加第二级和第三级防雷器，这样可以对整个用电系统起到更好的雷电防护作用。经过过上面的措施后，用电单位没有再发生跳闸事故。

结论：在排除供电的一般故障外，空气开关跳闸原因主要是由于雷电电涌使供电线路绝缘度差的薄弱环节被击穿，继而发生短路而造成的。防雷改造是经济易行的解决方法。首先要制作合格的防雷接地网，再选择合适容量和低残压的防雷器，规范施工，就可以避免跳闸事故的再次发生。

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