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低压电气和低压电器技术之3——浅谈低压空气emc易倍体育下载app中的“空气”
发布时间:2018-09-03

低压电器产品量大面广,是用电环节中靠近终端用户侧的电气装置,其应用的可靠性对终端用户的意义很大。

低压电器的智能化发展将不断推进我国输配电产业的向前发展。

当我们家里的配电箱坏了,我们请维修人员来维修时,他会告诉我们:“请您去五金店购买XXA的空气emc易倍体育下载app”。而当我们来到五金店并说明来意时,店家会拿出一只微型断路器,并且告诉我们,这就是XXA的空气emc易倍体育下载app。

空气emc易倍体育下载app这个名词用的如此之广,尽管它的定义不是十分清晰,并且也不符合相关的标准,但却为我们广大老百姓们所接受。

我们来看标准如何定义。这部标准是:GB14048.2-2008《低压emc易倍体育下载app设备和控制设备第2部分:断路器》。其中有关的定义是:

空气断路器aircircuit-breaker:触头在大气压力的空气中断开和闭合的断路器。

题图中我们看到的是MNS3.0低压抽屉式emc易倍体育下载app柜中的电动机抽屉,还看到安装在其中的微型断路器MCB。下图是一只ABB的微型断路器:

这篇短文,打算从三个侧面让大家来了解emc易倍体育下载app电器中的空气介质特性及熄弧方法。这三个侧面是:空气的放电伏安特性、直流电弧的特性及熄弧方法、交流电弧的特性及熄弧方法。

好,我们就此开始。

1.空气放电的伏安特性

我们看到了直流电源,看到了调整电极电压的可变电阻,还看到了电极。现在我们接通电路,并且开始调节可变电阻R,使得电极间的电压从零开始上升。

我们发现从O到C,这一段的空气击穿特性是非自持的。只要外界条件发生改变,则空气的击穿现象立刻就终止。

OA段的电压很低,但气隙中的空气在宇宙射线或者光照的激发下,有很少的气体被电离。电离后的气体成为正离子和电子,正离子向阴极运动,而电子则向阳极运动。但由于被电离的分子占空气总量的比值过小,所以离子还没运动到电极处,绝大部分就被复合掉了。因此电流很小。

电离分子与空气总量之比称为电离度。

在AB区,电压增高了不少,有部分离子终于到达电极处了,因而电流也略微增大一些。由于离子的产生原因是宇宙射线,而宇宙射线的总量是固定不变的,因此AB区尽管电压变化较大,但电流变化很小。

在BC区,电子(也即负离子)从电场中获得的能量已经够大,因而开始形成电场电离。

设电子的质量为m,其运动速度为v,Wi为电离能,若电子动能大于电离能,也即:

则电子在前进途中,会撞击它所遇见的中性气体分子并使之电离,因而气隙空气中的电离度大增,电流急剧增大。

与此同时,正离子也没闲着。正离子的能量更大,当它到达电极区并狠狠地撞击电极时,把电极金属中的电子给撞出来。这叫做电子的逸出功。逸出的电子加入负离子的队伍,也向正极前进。

终于,在曲线的C点,空气被击穿了。C点的电压也因此被称为击穿电压。

空气被击穿电离后,由于温度很高,大约为6000K,因而产生大量的热。这些热既能用来电焊,但也能对emc易倍体育下载app电器产生破坏作用。

对于低压电器来说,我们当然希望能把电弧迅速地消除掉。

气体放电和击穿理论内容很多,有流注理论、汤逊放电理论等等,限于篇幅,对于空气的放电和击穿我们只能介绍到这里。

2.直流电弧的特性及熄弧方法

在这部分讨论中,我们先来看看电弧稳定存在的条件,然后再来考虑熄灭电弧的方法。具体讨论如下:

图中我们看到是一个很简单的电路。电路中有直流电源E,有电感L,有可变电阻R,还有由断路器开断后的动、静触点构成的两个电极1和2,以及它们中间的电弧。

现在我们来看左下的图2:

图2中的试验条件是:我们先把电感去除,然后让断路器开断形成电弧,再调节可变电阻R,构成两条电弧的伏安特性曲线H1和H2。

解释一下:

我们知道电弧其实是一条炽热的等离子体气体。电弧气体越热,它的等效电阻就越小,电弧电流也就越大。因此,电弧的伏安特性曲线具有负阻特性。

注意:电弧的伏安特性曲线具有负阻特性,这一点非常重要,是我们讨论的基础。

图2中出现了两条电弧伏安特性曲线H1和H2。我们很容易判断出,比较高的H2曲线在相同电弧电压条件下,它的电流更大,电弧温度更高;当然,在相同的电弧电流条件下,H2的电弧电压也越高。

现在我们来看下部中间的图3:

图中我们看到了一条电弧伏安特性曲线A,设它的电弧电流是I1,此时电弧在1点稳定燃烧。我们快速地调小可变电阻R,使得电流由I1增大为I2。结果我们发现,电弧的电压居然跑到3点,然后再回到正常的第4点;如果我们快速地调大可变电阻R,使得电流由I1减小为I3,我们发现电弧电压先到5点,然后才到正常的第6点。

奇怪!为什么会这样?

道理是这样的:电弧是一团炽热的气体,它的温度不允许突变,也就是说,电弧对电流变化有相应的限流特性。因此当电弧电压迅速变化后,电弧电流的变化相对迟滞,存在过渡过程。

这个结论也很重要。再次强调一下:由于电弧的温度不允许突变,因此电弧具有相应的限流能力。

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