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空氣開關知識系統講解,電工入門第一步

電工遇到最多的問題,就是斷路器跳閘。很多人私信問我,合不上閘,或者頻繁跳閘,應該怎麼辦。可你連斷路器為什麼會跳閘都不知道,怎麼能解決好問題呢?知其然而不知其所以然,或照搬書本,或全憑經驗,用這種態度來對待電,是萬萬不可的。今天諸位來得巧,正好遇到乾貨,還不快學起來~


什麼是空開

我們口口聲聲說的「空開」,到底是什麼呢?空開的全稱叫做「空氣開關」或「空氣斷路器」,從名稱中我們能夠想明白兩個問題——

1.既然有空氣開關,必然也有真空開關。這裡的「空氣」和「真空」是以什麼來區分的呢?我先告訴你答案,是以滅弧方式區分的,什麼是滅弧,我們稍後再說。

家用開關,或者說所有低壓設備,由於電流較小,因此一般都採用空氣滅弧,也就是空氣開關。所以大家對空開還是比較熟悉的,畢竟人人都能接觸到。而對真空開關就比較陌生了。

2.既然空開叫做空氣開關或空氣斷路器,那肯定還有其它的開關或斷路器。事實上,空開的確是開關下的一個分支,不僅是空開,就連斷路器也屬於開關的一種。它們三者的從屬關係為開關>斷路器>空開。

刀開關就不屬於斷路器,但屬於開關

開關的種類繁多,就連我們最熟悉的電燈開關都屬於開關的一種,它的定義是,只要能夠分合電路、承載電流,就屬於開關。而斷路器,在開關的基礎上,又增加了兩個功能:能夠帶電流分合電路;能夠在電路異常的情況下自動分斷電路。

開關的原理很簡單,導體接觸就能接通電路,導體分開就能斷開電路,甚至開關的電氣符號都能體現它的內部結構

那麼,斷路器又是怎麼實現帶電流分合電路的呢?

分合閘原理

在此之前,我們要知道普通的開關為什麼不能帶電流合閘——相比大家都有過拔插插頭時,插座打火的經歷,這是為什麼呢?當電路中存在電流時,兩個導體開始接觸,在兩個導體逐漸靠近,這時候兩個導體之間是存在空氣的,我們把這部分空氣叫做「空氣隙」。

當兩個導體足夠接近時,電路中的電壓就可以擊穿空氣隙。擊穿空氣隙的過程中,我們就會看到火花,而且這部分火花,會隨著電路中的電流增大而增加。電火花在電力中叫做「電弧」,電弧溫度很高,嚴重者可以引發火災。因此普通的開關無法帶電流分斷電路(電燈等電流較小的電路,勉強可以使用普通開關)。

斷路器在此基礎上增加了一個「滅弧裝置」,顧名思義,就是消滅電弧的裝置。空開利用的原理是將電弧拉長,再利用電弧在空氣中冷卻的方式滅弧,用到的裝置叫做「滅弧柵」。

把滅弧柵裝起來,再做一些槓桿、做一個手柄,使手柄扳動後,拉動槓桿,讓兩個導體在滅弧柵附近接觸,就成了斷路器分合閘時候的樣子。

那斷路器又是怎樣在電路異常時,自動分斷電路的呢?


過載保護原理

空開在沒有添加附件的時候,提供的保護是過載保護和短路保護。附件很好理解,一個斷路器,帶手柄的是斷路器本身,與之分離的那部分,就是附件,家用最常見的附件是「漏電保護器」。

過載保護,顧名思義,就是超過了自身最大承載量——承載的是電流。簡單來說,就是電流太大了,大到超過了空開的額定電流。短路實際上屬於過載的一種極端表現,是指電路中的電流瞬間增大,大到什麼程度呢?無限大!

空氣開關之所以能夠判斷出電路中存在過載,主要是依靠溫度——電流有一個特點,就是在工作時會發熱。電流越大,溫度也就越高。

空氣開關的內部安裝有一個金屬片,這個金屬片會隨著溫度的升高慢慢發生形變——彎曲。直到電路中的溫度足夠高了(電流足夠大了),金屬片的彎曲程度就足以推動槓桿機構,實現跳閘。溫度升高的越快,證明電路中的電流越大,金屬片彎曲的速度也就更快。

短路時,電路中的電流巨大,就會產生很強的磁場。磁場大了,就會拉動彈簧,進而推動槓桿機構,實現跳閘。利用磁場進行脫扣的速度,要比依靠金屬片形變進行脫扣的速度快出一個量級(脫扣就是跳閘)。

解釋一下上面這個圖,這裡的1~9是斷路器的主要結構,且都是本文提到的內容。1,2,3,4為槓桿機構,當扳動手柄1時,1,2,3,4是聯動的。5是合閘的地方,兩個導體接觸,必然產生電弧,因此導體真正接觸的地方在滅弧柵6附近。7,8,9是保護裝置,8用於過載保護,是可以發生形變的熱敏雙金屬片;9用於短路保護,拉動後可以迅速脫扣。無論是8還是9,在脫扣時都需要推動脫扣桿7,7向下傾斜,就卡不住3了,通過讓3自動回位,拉動整個槓桿機構。


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