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断路器和空气有什么关系?为什么习惯称呼断路器为空气开关?

所谓空气开关,指的就是微型断路器。
微型断路器的符号是MCB,它的主触头两极之间用空气来隔绝。见下图:

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由图中我们可以看出,MCB内部的两电极之间或者动静触头之间起到隔离和绝缘作用的是空气。
用空气来隔离和绝缘,即能节省材料,简化设计,安装使用也方便,一举三得。
当MCB处于打开状态时,它的动静触头之间的最短距离叫做开距。开距是确保MCB在打开状态下具备电气隔离性能的保证因素之一。
一般开关电器开距的定义见下图:

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我们看到,在电极间隙中充满了空气。用空气作电气隔离,效果如何呢?我们来看下图:

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图中横坐标是气体压强p与电极间隙d的乘积pd,纵坐标就是击穿电压。
我们以pd=1时所对应的曲线纵坐标来看,发现空气的击穿电压最高,氮气次之,氢气最差。
由此可见,空气还是很不错的。
我们从曲线中看到存在击穿电压的最小值。
从击穿电压最小值往左看,我们看到的是真空的气体介质击穿特性;从击穿电压最小值往右看,我们看到的是高气压下的气体介质击穿特性。我们发现,不管是真空也好,或者高气压也好,击穿电压都会提高。

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我们由此得到一个非常重要的结论:当开关电器用在高海拔地区时,只要海拔高度超过2000米,空气的击穿电压就会降低,并且由于空气稀薄因而电器的散热能力也降低,此时就必须考虑让开关电器降容使用。
所谓降容,指的就是降低它的额定电流值。

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例如我们手上有一只额定电流为20A额定电压为230V的微型断路器MCB,我们把它用在海拔5000米处,则它的额定电流为0.90In=18A,而额定电压则为147V了。可见降容值还是挺大的。
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有人把ACB框架断路器认为是空气开关,我们来简单讨论一下吧。
1)明确什么是开关?什么是断路器?
在GB14048.3《低压开关设备和控制设备 第3部分:隔离器、隔离开关、……》中对开关有明确的定义,如下:

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我们看到,开关不具有分断短路电流的能力,它只能被动地承受短路电流的冲击。
短路电流的冲击包括热冲击和电动力冲击。因此,开关必定有两个参数,分别是额定短时耐受电流Icw和额定短路接通能力Icm,这两个参数对应于热稳定性和动稳定性。
断路器是开关的一种,因此断路器也具有上述这两个参数。
我们再来看看什么是断路器。在GB14048.2-2008《低压开关设备和控制设备 第2部分:断路器》中有如下定义:

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也因此,对于断路器来说,它有三个重要参数与分断能力相对应。这三个参数分别是:额定短路分断能力、额定运行短路分断能力Ics、额定极限短路分断能力Icu。
显见,对于开关而言,它不可能具备这三个参数,因而开关绝不可能具有分断短路电流的能力。
总结一下:
开关是被动元件。当线路中出现短路电流时,开关只能被动地承受短路电流的冲击;
断路器是主动元件。当线路中出现短路电流时,断路器不但能承受短路电流的冲击,还能主动地分断短路电流。
我们来看下图,此图是ABB的Emax框架断路器(ACB开关)的简要参数:

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注意看它的参数表:
我们在第一行看见运行电流Iu和额定电压Ue,这2个参数是开关和断路器所共有的。
再往下有两个参数,分别是Icu、Ics,参数名称分别是额定极限短路分断能力、额定运行短路分断能力。这两个参数是断路器所独有的,用于分断短路电流。
再往下我们看到了额定短时耐受电流Icw,这个参数是断路器和开关所共有的。额定短时耐受电流体现了断路器或者开关的热稳定性,也即开关在一定时间范围内承受短路电流剧烈发热的能力。
最后的几个参数的意义是:将此款ACB断路器用作隔离开关时,它必须具备的四个最基本参数。
注意:这四个参数是所有开关都必须具备的,分别是:额定电流Iu、额定电压Ue、额定短时耐受电流Icw和额定短路接通能力Icm。其中短路接通能力体现了开关电器抵御短路电流瞬间产生的巨大电动力的能力。
这最后四个参数恰到好处地诠释了开关与断路器的关系。
2)ACB是什么?
什么叫做ACB?我们来看GB14048.2《低压开关设备和控制设备 第2部分:断路器》中的定义:

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我们看到,所谓ACB,指的是触头在具有大气压力下的空气中断开和闭合的断路器。
一般来说,ACB特指框架断路器,一种大电流的低压断路器。
显见,空气开关并非指ACB。
3)空气开关到底是什么?
在一般情况下,空气开关指的是微型断路器MCB。
我们已经知道,空气开关中的“开关”这两个字,本身就无法和断路器等同起来。
如果我们要把空气开关与ACB关联起来,则问题点就更多:ACB中的A是英文空气的首字母,C是电流的首字母,而B是断路器的首字母。因此,ACB已经特指了空气断路器。
强调一下:空气开关与空气断路器之间不能划等号。
由此可见,空气开关这个词真的是非常不严谨。
尽管空气开关这个词不严谨,但它的知名度甚高,就如同零线这个词汇一般,连买菜的老奶奶都知道。我在五金店看过老奶奶买微型断路器,她说:我要买10A的空气开关。结果店家就把10A的微断卖给她了。
既然空气开关这个词如此不规范,建议大家尽量少用或者不用,避免引起歧义。

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