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低壓電氣和低壓電器技術(shù)之1——從什么是開關(guān)談起開關(guān),如果僅僅從字面意義來理解,就是能夠執(zhí)行開與關(guān)操作的電器裝置。 在國家標(biāo)準(zhǔn)GB 14048.3-2008《低壓開關(guān)電器和控制電器 第3部分:隔離器、隔離開關(guān),……》中有如下說明: 有了這個(gè)定義,我們來仔細(xì)研究一下開關(guān),到底它需要怎樣的工作參數(shù)來執(zhí)行它接通、承載和分?jǐn)嚯娏鞯娜蝿?wù)。 我們來看下圖: 這就是閘刀開關(guān)。我們看到它有左右兩個(gè)電極,以及中間長長的閘刀。這些電極和閘刀都是用導(dǎo)電材料制作的,一般是銅。 在初中讀物理時(shí),我們就知道導(dǎo)電的金屬材料具有一個(gè)特性,就是電阻。而且我們還學(xué)過歐姆定律。也即導(dǎo)體的電阻R在數(shù)值上等于導(dǎo)體兩端的電壓U與流過導(dǎo)體的電流的比值。 更多的時(shí)候,我們把開關(guān)稱呼為開關(guān)電器,簡稱為開關(guān)。 下圖是ABB的微型斷路器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。微型斷路器也叫做空氣開關(guān): 圖中左上部我們能看到類似線圈一樣的東西,而它的右上方就是觸頭系統(tǒng)。也即用于完成開斷和閉合操作的開關(guān)作用的主體部件。 好,現(xiàn)在我們把知識點(diǎn)略微擴(kuò)大和加深。 第一個(gè)概念:轉(zhuǎn)換深度 要想實(shí)現(xiàn)開關(guān)的功能,我們很容易想到,當(dāng)開關(guān)打開時(shí),它的觸頭之間的電阻為無窮大。例如上圖中左側(cè)電極與中間極之間的電阻;當(dāng)開關(guān)閉合時(shí),它的觸頭之間的電阻為零。例如上圖中中間極與右側(cè)電極之間的電阻。 轉(zhuǎn)換深度的h定義是:開關(guān)打開時(shí)的電阻與開關(guān)閉合時(shí)的電阻之比。 這說明,有觸點(diǎn)的開關(guān)電器其開斷后的絕緣性能優(yōu)于無觸點(diǎn)的開關(guān)電器。 第二個(gè)概念:額定電流 開關(guān)電器一旦閉合后,就會有電流流過,而電流在開關(guān)電器的導(dǎo)體電阻上會產(chǎn)生發(fā)熱。 我們把開關(guān)電器的運(yùn)行溫度減去環(huán)境溫度后的差值叫做溫升。環(huán)境溫度的標(biāo)準(zhǔn)值,在GB14048.1-2010《低壓開關(guān)電器和控制電器 第1部分:總則》中定義為35度。 溫升這個(gè)概念很重要,在后續(xù)文章中會反復(fù)大量地出現(xiàn)。 所謂額定電流,指的就是在允許的最大溫升下流過的最大電流。額定電流的符號是Ie。 當(dāng)某開關(guān)電器的額定電流被確定后,我們當(dāng)然可以用此開關(guān)電器來承載較低的電流。因此,開關(guān)電器的額定電流有一系列值,并且存在最大值,這個(gè)最大值被稱為殼體電流或者框架電流,它代表著某種型號開關(guān)所能夠承受的最大運(yùn)行電流值。 第三個(gè)概念:額定電壓 我們先來建立一個(gè)很重要的概念,就是開距。來看下圖: 注意看圖a。當(dāng)觸頭打開時(shí),觸頭之間的距離被稱為開距。開距決定了觸頭在打開狀態(tài)下能夠隔離的電壓等級。 這就是額定電壓了,它決定了開關(guān)電器主觸頭的介電能力。額定電壓的符號是Ue。 顯見,當(dāng)我們確定了某開關(guān)電器的額定電壓后,則此開關(guān)電器當(dāng)然可以用在比此額定電壓低的工作場所中。因此,額定電壓有一系列值,其中的最大值被稱為額定絕緣電壓Ui。 第四個(gè)概念:短時(shí)耐受電流和短路接通能力 當(dāng)線路中發(fā)生短路了,巨大的短路電流流過開關(guān)電器,會對開關(guān)電器產(chǎn)生劇烈的發(fā)熱效應(yīng)和電動力效應(yīng)。發(fā)熱效應(yīng)會導(dǎo)致開關(guān)電器導(dǎo)電部分產(chǎn)生變形,甚至熔融,而電動力效應(yīng)則會導(dǎo)致開關(guān)電器結(jié)構(gòu)破壞,甚至崩解。 短時(shí)耐受電流就是衡量開關(guān)電器抵御短路電流熱沖擊能力的技術(shù)指標(biāo)。短時(shí)耐受電流的符號是Icw。 短路接通能力是開關(guān)電器能夠接通的最大電流值并且不會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞。短路接通能力的符號是Icm。 短路接通能力與短時(shí)耐受電流之比n被稱為峰值系數(shù),它同時(shí)也是短路電流最大值與穩(wěn)態(tài)值之比。峰值系數(shù)的具體值可參閱GB14048.1-2010《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分:總則》,如下: 表中的試驗(yàn)電流就是型式試驗(yàn)時(shí)模擬的短路電流,表的最右側(cè)就是峰值系數(shù)n。 現(xiàn)在我們來看看ABB的Emax框架斷路器的技術(shù)參數(shù),如下: ================================ 先提個(gè)醒:斷路器屬于開關(guān)電器的一種,但它能主動地切斷短路電流。因此,在這一點(diǎn)上與一般的開關(guān)不同。但如果把斷路器改變?yōu)楦綦x開關(guān)時(shí),它的特性就與一般的開關(guān)無異了。 此外,斷路器的額定電流、額定電壓等參數(shù),與開關(guān)相同。 ================================= 表中,我們看見了額定不間斷電流Iu,這個(gè)值就是額定電流Ie,并且我們可以發(fā)現(xiàn),它是由一系列值構(gòu)成的,但其中有最大值,這個(gè)最大值就是框架電流; 我們還看到了額定工作電壓Ue,也即額定電壓。它的值等于690V。顯然,這種斷路器顯然可以使用在230V和400V的工作條件下; 我們還看到了斷路器的額定短時(shí)耐受電流Icw。這個(gè)值定義了這種開關(guān)承受短路熱沖擊的能力; 由于斷路器是可以開斷短路電流的,只有把斷路器的脫扣器拆除,使得它不具有短路電流的開斷能力,這時(shí)才能測量短路接通能力Icm。不過,這時(shí)的斷路器已經(jīng)成為可以抽出的隔離開關(guān)了。 我們從表中隔離開關(guān)這一欄中看到短路接通能力Icm的值,同時(shí)也看到了短時(shí)耐受電流Icw的值,F(xiàn)在我們來計(jì)算兩者之比,如下: 看最左邊一欄,有Icm/Icw=88.2/42=2.1,而這時(shí)的Icu也即極限短路分?jǐn)嗄芰Φ扔?2kA。Icu的值就相當(dāng)于短路電流的穩(wěn)態(tài)值。查閱文中給出的峰值系數(shù)表,我們看到對應(yīng)于42kA的峰值系數(shù)就是2.1。 ============================== 寫到這里,我們該總結(jié)一下了: 開關(guān)是一種可以接通和分?jǐn)噙\(yùn)行電流的機(jī)械裝置,又被稱為開關(guān)電器。 開關(guān)不能主動地切斷短路電流,只能被動地承受短路電流的沖擊。因此,各類開關(guān),特別是隔離開關(guān),嚴(yán)禁在帶載情況下開斷線路,以免出現(xiàn)電弧傷及人身安全。 開關(guān)至少具有四個(gè)參數(shù),即:額定電流、額定電壓、額定短時(shí)耐受電流和額定短路接通能力。 它們之間存在大小關(guān)系:Ie<Icw<Icm,并且Icm/Icw=n,n是峰值系數(shù)。 最后,我們來看下圖: 這是2000A雙電源互投隔離開關(guān)(ATSE)中的頂級產(chǎn)品,在移動基站、各大銀行計(jì)算機(jī)中心和數(shù)據(jù)中心、機(jī)場空中管制中心等重大工程中,都有它的身影。 看起來很不起眼,是不是?笑!確實(shí)如此。不過,它的性能可是很了不得哦。 ================== 在這個(gè)帖子的最后,和大家說說明確開關(guān)基本參數(shù)的重要性。 我們常常看見配電線路中出現(xiàn)大容量電器用于小電流控制,或者在高分?jǐn)嗳萘康牡胤接玫头侄稳萘康拈_關(guān)來代替。我們總認(rèn)為線路過載和短路是很難發(fā)生的。事實(shí)上一旦發(fā)生事故,這些都是要命的事。 因此,把開關(guān)電器的基本參數(shù)弄明白,絕對是必要的。 |