一、自動開關(guān)的定義和分類

自動開關(guān)又稱自動空氣斷路器，是一種結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，動作性能較為完善的配電保護(hù)電器。它能自動切斷短路、嚴(yán)重過載、電壓過低等故障電路，有效地保護(hù)接在它后面的電氣設(shè)備；同時亦可用它來手動非頻繁地接通和分?jǐn)嗾ｋ娐贰?/p>

與其它開關(guān)電器相比較，自動開關(guān)具有以下特點(diǎn)：

1．能開斷較大的短路電流，分?jǐn)嗄芰^高；

2．具有對電路過載、短路的雙重保護(hù)功能；

3．允許操作頻率低；

4．動作值可調(diào)，動作后一般不需要更換零部件。

自動開關(guān)種類繁多，可按以下方式分類：

1．按用途分：有保護(hù)配電線路用自動開關(guān)、保護(hù)電動機(jī)用自動開關(guān)、保護(hù)照明電路用自動開關(guān)和漏電保護(hù)用自動開關(guān)等。

2．按結(jié)構(gòu)形式分：有框架式(亦稱萬能式)自動開關(guān)和塑料外殼式(亦稱裝置式)自動開關(guān)。

框架式自動開關(guān)為敞開式結(jié)構(gòu)，一般自動快速開關(guān)，特別是大容量自動開關(guān)多為此種結(jié)構(gòu)。它主要用作配電網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)開關(guān)。

塑料外殼式自動開關(guān)的結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，且具有安全保護(hù)的塑料外殼，使用安全可靠，適于單獨(dú)安裝，它除了可用作配電網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)開關(guān)外，還可用作電動機(jī)、照明電路以及電熱器電路等的控制開關(guān)。

3．按極數(shù)分：有單極自動開關(guān)、兩極自動開關(guān)、三極自動開關(guān)和四極自動開關(guān)。

4．按限流性能分：有一般不限流型自動開關(guān)和快速限流型自動開關(guān)。

5．按操作方式分：有直接手柄操作式自動開關(guān)、杠桿操作式自動開關(guān)、電磁鐵操作式自動開關(guān)和電動機(jī)操作式自動開關(guān)。

二、自動開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)

根據(jù)各類自動開關(guān)的共同功能，它們在結(jié)構(gòu)上必然具備以下幾個基本部分：

1．觸頭系統(tǒng)

觸頭系統(tǒng)是自動開關(guān)的重要部件，主要承擔(dān)電路的接通、分?jǐn)嗳蝿?wù)。

對觸頭系統(tǒng)的一般要求是：能可靠接通和分?jǐn)嘁欢ù螖?shù)的極限短路電流及額定電流以下的任何電流；具有一定的電壽命，不需要經(jīng)常更換觸頭；有足夠的熱穩(wěn)定性和電動穩(wěn)定性，不會因長期使用后觸頭接觸不良導(dǎo)致溫升過高，或不能經(jīng)受極限短路電流的沖擊而自動彈開。

因此，自動開關(guān)比接觸器的觸頭結(jié)構(gòu)和觸頭材料要求都要高得多。

2．滅弧系統(tǒng)

主要有縱窄縫滅弧裝置和去離子?xùn)艤缁⊙b置兩種。

各類滅弧裝置的滅弧方法可概括為長弧熄弧法(將電弧冷卻、拉長)和短弧熄弧法(將電弧分割成串聯(lián)短弧，利用直流電弧的極旁壓降或交流電弧的近陰極效應(yīng)來熄弧)等。

對滅弧系統(tǒng)而言，一般應(yīng)具備下列功能：短時間內(nèi)應(yīng)可靠熄弧，并保持良好的絕緣性能；噴出的電弧火花距離小，以免造成相間飛?。挥凶銐虻臒崛萘?，使之在電弧高溫作用下不致產(chǎn)生變形、碎裂或滅弧室及柵片嚴(yán)重?zé)齻?；有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，保證在受高溫、合閘或沖擊振動及運(yùn)輸情況下不會碎裂、缺損。

3．傳動機(jī)構(gòu)

用于操縱觸頭的閉合和斷開。傳動機(jī)構(gòu)有手操縱直接傳動式、手操縱彈簧傳動式、電磁鐵傳動、電動機(jī)傳動、壓縮空氣傳動等幾種。

4．自由脫扣機(jī)構(gòu)

它是與觸頭系統(tǒng)和保護(hù)裝置相聯(lián)系的，通過自由脫扣機(jī)構(gòu)的作用可使觸頭自動斷開。“自由脫扣”是指人為操縱手柄處于閉合位置，當(dāng)手還未離開手柄就發(fā)生短路、過載和欠電壓等故障時，保護(hù)裝置作用于自由脫扣機(jī)構(gòu)，自動開關(guān)也能自動斷開，起保護(hù)作用。

5．脫扣器

用于檢測故障并作用于操作機(jī)構(gòu)，使其脫扣，帶動自動開關(guān)的觸頭斷開。

自動開關(guān)通常采用電磁脫扣器和熱脫扣器兩種。

電磁脫扣器分為過電流脫扣器和欠電壓脫扣器，它們實(shí)際上是一個小型電磁機(jī)構(gòu)：裝電壓線圈的欠電壓脫扣器，裝電流線圈的過電流脫扣器。

現(xiàn)以過電流脫扣器為例說明其動作原理。當(dāng)被保護(hù)電路發(fā)生過載或短路故障，電流增加并達(dá)到整定值時，銜鐵吸合，使脫扣桿鉤子與主杠桿脫扣，自動開關(guān)斷開，切除過載或短路故障，保護(hù)電氣設(shè)備不受損壞。電磁脫扣器的動作電流值可根據(jù)需要調(diào)整反力彈簧來整定，它具有動作電流大，調(diào)節(jié)范圍寬，動作時間短(一般為10～40ms)的特點(diǎn)，可用作短路保護(hù)。

熱脫扣器是由熱組件和雙金屬片等組成。電流通過熱組件產(chǎn)生電阻損耗而發(fā)熱，其溫度升高，加熱雙金屬片。雙金屬片是一個將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的組件，如圖8－2所示。它由兩種不同膨脹系數(shù)的金屬片焊接而成，其中，膨脹系數(shù)較大的金屬片貼近熱元件。雙金屬片一端固定，另一端處于自由狀態(tài)。當(dāng)熱組件由于間接加熱或直接通電流加熱時，即將熱能傳遞給雙金屬片，雙金屬片受熱后溫度升高。由于兩種金屬片膨脹系數(shù)不同，結(jié)合面的伸長要相同，迫使雙金屬片向著膨脹系數(shù)較小的一側(cè)彎曲。雙金屬片彎曲時產(chǎn)生作用力，作用于脫扣桿的鉤子上，使之脫扣，自動開關(guān)斷開，即可保護(hù)電氣設(shè)備不因過載而損壞。由于雙金屬片是因受熱而彎曲，所以雙金屬片彎曲時作用于脫扣機(jī)構(gòu)的動作時間與過載電流大小有關(guān)：電流大，動作時間短，電流小，動作時間長，即動作時間與電流大小近似成反比。

圖8－2　雙金屬片工作原理

三、自動開關(guān)的工作原理

自動開關(guān)的主觸頭靠操作機(jī)構(gòu)(手動或電動)合閘，自由脫扣機(jī)構(gòu)是一套連桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)主觸頭閉合以后，將主觸頭鎖在合閘位置，其工作原理如圖8－3所示。

圖8－3　自動開關(guān)工作原理圖

1－過電流脫扣器；2－失壓脫扣器；3－自由脫扣機(jī)構(gòu)的鎖鉤；4－主觸頭；5－開斷彈簧。

在正常工作情況下，自由脫扣機(jī)構(gòu)的鎖鉤3扣住觸頭桿，使主觸頭4保持在合閘位置。

1為過電流脫扣器，它的電磁線圈與被保護(hù)電路串聯(lián)，在正常電流下，脫扣器的彈簧力使銜鐵釋放；當(dāng)過載或短路時，強(qiáng)大的電磁吸力使銜鐵吸合，帶動銜鐵另一端的頂桿向上運(yùn)動，頂開自由脫扣機(jī)構(gòu)中的鎖鉤3，在開斷彈簧5的作用下，主觸頭4迅速開斷，將故障電路分?jǐn)唷?/p>

2為失壓脫扣器，它的電磁線圈與被保護(hù)電路并聯(lián)。在正常電壓下，銜鐵吸合，鎖鉤3不脫扣；當(dāng)失壓時，電磁吸力很小，在失壓脫扣器彈簧力的作用下，銜鐵釋放，其頂桿頂開鎖鉤3，主觸頭4在開斷彈簧5的作用下迅速開斷，切斷電路。

在電力機(jī)車上，為便于維修和檢查故障，自動開關(guān)用于手動非頻繁地切換正常電路，同時，也可對輔助電路和控制電路進(jìn)行過載、短路保護(hù)。SS4G型和SS8型電力機(jī)車使用的自動開關(guān)分別見表8－1、表8－2。現(xiàn)將SS4G型和SS8型電力機(jī)車使用的TH－5SB型自動開關(guān)和TO系列自動開關(guān)介紹如下。

表8－1　SS4G型電力機(jī)車使用的自動開關(guān)一覽表

 

序號	電路代號	型號	脫扣器額定電流（A）	保護(hù)對象	數(shù)量	電路
1	229QA	TH－5SB	AC220 V，10	電爐	1	輔助電路
2	230QA	TH－5SB	AC220 V，20	空調(diào)	1	輔助電路
3	231QA	TH－5SB	AC220 V，20	備用	1	輔助電路
4	232QA	TH－5SB	AC380 V，10	窗加熱	1	輔助電路
5	233QA	TH－5SB	AC380 V，20	取暖	1	輔助電路
6	623QA	TH－5SB	AC380 V，30	備用	1	輔助電路
7	600QA	TH－5SB	AC380 V，50	交流電源	1	輔助電路
8	601QA	TH－5SB	DCll0 V，50	蓄電池	1	控制電路
9	602QA	TH－5SB	DCll0 V，10	受電弓	1	控制電路
10	603QA	TH－5SB	DCll0 V，10	主斷路器	1	控制電路
11	604QA	TH－5SB	DCll0 V，10	控制器	1	控制電路
12	605QA	TH－5SB	DCll0 V，20	輔機(jī)控制	1	控制電路
13	606QA	TH－5SB	DCll0 V，20	前照燈	1	控制電路
14	607QA	TH－5SB	DCll0 V，10	副前照燈	1	控制電路
15	608QA	TH－5SB	DCll0 V，10	車內(nèi)照明	1	控制電路
16	609QA	TH－5SB	DCll0 V，10	電子控制	1	控制電路
17	610QA	TH－5SB	DCll0 V，10	電扇	1	控制電路
18	611QA	TH－5SB	DCll0 V，10	自動信號	1	控制電路
19	612QA	TH－5SB	DCll0 V，10	自動停車	1	控制電路
20	613QA	TH－5SB	DCll0 V，10	無線電臺	1	控制電路
21	614QA	TH－5SB	DCll0 V，10	逆變電源	1	控制電路
22	615QA	TH－5SB	DCll0 V，10	電空制動	1	控制電路
23	616QA	TH－5SB	DCll0 V，6	接地保護(hù)	1	控制電路
24	617QA	TH－5SB	DCll0 V，50	重聯(lián)	1	控制電路
25	102QA	TH－5SB	125 V，10	高壓互感器	1	主電路
表8－2　SS8型電力機(jī)車使用的自動開關(guān)一覽表
序號	電路代號	型號	脫扣器額定電流（A）	保護(hù)對象	數(shù)量	電路
1	1、2QA	TO－100BA	50 A	壓縮機(jī)電動機(jī)	2	輔助電路
2	3、4QA	TO－100BA	75 A	牽引通風(fēng)機(jī)電動機(jī)	2	輔助電路
3	5、6QA	TO－100BA	50 A	制動風(fēng)機(jī)電動機(jī)	2	輔助電路
4	7、9、11QA	TO－100BA	10 A	硅風(fēng)機(jī)電動機(jī)	3	輔助電路
5	8QA	TO－100BA	30 A	變壓器風(fēng)機(jī)電動機(jī)	l	輔助電路
6	10QA	TO－100BA	30 A	變壓器油泵	1	輔助電路
7	12QA	TH－5SB	10 A		1	輔助電路
8	13QA	TH－5SB	20 A		1	輔助電路
9	15QA	TO－225BA	175 A	劈相機(jī)	1	輔助電路
10	16QA	TH－5SB	10 A		1	輔助電路
11	17QA	TH－5SB	20 A		1	輔助電路
12	20QA	TH－5SB	DCll0 V，10	控制器	1	控制電路
13	21QA	TH－5SB	DCll0 V，10	受電弓	1	控制電路
14	22QA	TH－5SB	DCll0 V，20	主斷路器	1	控制電路
15	23QA	TH－5SB	DCll0 V，20	輔機(jī)控制	1	控制電路
16	24QA	TH－5SB	DCll0 V，6	速度監(jiān)控	1	控齲電路
17	25QA	TH－5SB	DCllO V，10	車內(nèi)照明	1	控制電路
18	26QA	TH－5SB	DCll0 V，20	前照燈	1	控制電路
19	27QA	TH－5SB	DCll0 V，20	電扇	1	控制電路
20	28QA	TH－5SB	DCll0 V，20	副前照燈	1	控制電路
21	29QA	TH－5SB	DCll0 V，10	逆變電源	1	控制電路
22	30QA	TH－5SB	DCll0 V，10	自動信號	1	控制電路
23	31QA	TH－5SB	DCll0 V，10	自動停車	1	控制電路
24	32QA	TH－5SB	DCll0 V，10	無線電臺	1	控制電路
25	33QA	TH－5SB	DCll0 V，10	接地保護(hù)	1	控制電路
26	35QA	TH－5SB	DCll0 V，20	電子控制	1	控制電路
27	36QA	TH－5SB	DCll0 V，20	車列電空	1	控制電路
28	37QA	TH－5SB	DCll0 V，10	電空制動	1	控制電路
29	50QA	TH－5SB	DCll0 V，50	蓄電池	1	控制電路
30	51QA	TH－5SB	DCll0 V，50	交流電源	1	控制電路
31	QA	TH－5SB	125 V，10 A		1	主電路

四、TH－5SB型自動開關(guān)

SS4G型電力機(jī)車采用TH－5SB型自動開關(guān)作為輔助電路單相負(fù)載的過載和短路保護(hù)，SS8型電力機(jī)車采用TH－5SB型自動開關(guān)作為控制電源各輸出負(fù)載電路的過載和短路保護(hù)。

TH－5SB型塑殼式單極自動開關(guān)由手柄、操作機(jī)構(gòu)、脫扣裝置、滅弧裝置及觸頭系統(tǒng)等組成。全部結(jié)構(gòu)除接線處外均裝于塑料外殼內(nèi)，外殼上僅露出作為“分”、“合”閘的操作手柄。接觸系統(tǒng)采用銀鎘觸頭，裝有帶滅弧鐵柵片的滅弧室。操作機(jī)構(gòu)采用四連桿機(jī)構(gòu)，正常分閘和脫扣器跳閘時，其反作用力不作用在同一零件上，故能提高開關(guān)壽命。自動開關(guān)采用熱雙金屬片式脫扣器，作為過載和短路保護(hù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

TH－5SB型單極自動開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)

額定電壓 …………………………………………………………………DC110V／AC380V

脫扣器類別 …………………………………………………………………熱雙金屬片式

脫扣器額定電流………………………………………………10，15，20，30，40，50A

短路通斷電流 ……………………………………………………………DC125V，1 000A

                                                                                                                       AC240V，3 000A

五、TO系列自動開關(guān)

SS8型電力機(jī)車采用TO－100BA型和TO－225BA型三相自動開關(guān)作為各輔助電路單相、堵轉(zhuǎn)、短路等故障保護(hù)。

TO系列自動開關(guān)由操作機(jī)構(gòu)、脫扣裝置、滅弧裝置及觸頭系統(tǒng)等組成。三個動觸頭通過支架固裝于同一個絕緣方軸上，三個動觸頭同時開斷。每相都有一獨(dú)立滅弧室，滅弧罩采用鐵柵片式。采用熱動電磁式脫扣器作為過載和短路保護(hù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

例如，TO－100BA型自動開關(guān)在SS8型電力機(jī)車輔助電路作輔助機(jī)組過電流保護(hù)時，自動開關(guān)的三相觸頭依次串接在電機(jī)的三相繞組中，當(dāng)電機(jī)中出現(xiàn)相間短路或繞組匝間短路時，故障引起電機(jī)電流上升，延時數(shù)秒以后，自動開關(guān)中的熱敏元件動作，使熱動－電磁式脫扣器脫扣，其觸頭切斷電機(jī)電源，達(dá)到保護(hù)電機(jī)、防止故障惡化的目的。 

TO系列三相自動開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)見表8－3。

表8－3　TO系列三相自動開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)

 

型    號	TO－100BA	TO－225BA
額定電壓(V)	AC600 V以下，DC250V以下	AC600V以下，DC250V以下
額定殼架電流(A)	100	225
額定頻率(Hz)	50/60	50/60
脫扣器額定電流(A)	15，20，30，40，50，60，75，100	125，150，175，200，225
脫扣器型式	熱動－電磁式	熱動－電磁式
短路分?jǐn)嗄芰?/p>	AC380 V，50 Hz；18 kA COSφ＝0.3	AC380 V，50 Hz；25 kA COSφ＝0.25