低压电气和低压电器技术—知识讲堂（一）

——从什么是开关谈起...





开关：如果仅仅从字面意义来理解，就是能够执行开与关操作的电器装置。

在国家标准GB 14048.3-2008《低压开关电器和控制电器 第3部分：隔离器、隔离开关，……》中有如下说明：
有了这个定义，我们来仔细研究一下开关，到底它需要怎样的工作参数来执行它接通、承载和分断电流的任务。我们来看下图：

这就是闸刀开关。我们看到它有左右两个电极，以及中间长长的闸刀。这些电极和闸刀都是用导电材料制作的，一般是铜。

在初中读物理时，我们就知道导电的金属材料具有一个特性，就是电阻。而且我们还学过欧姆定律。也即导体的电阻R在数值上等于导体两端的电压U与流过导体的电流的比值。


更多的时候，我们把开关称呼为开关电器，简称为开关。下图是ABB的微型断路器的内部结构图。微型断路器也叫做空气开关：


图中左上部我们能看到类似线圈一样的东西，而它的右上方就是触头系统。也即用于完成开断和闭合操作的开关作用的主体部件。

好，现在我们把知识点略微扩大和加深。

第一个概念：转换深度

要想实现开关的功能，我们很容易想到，当开关打开时，它的触头之间的电阻为无穷大。例如上图中左侧电极与中间极之间的电阻；当开关闭合时，它的触头之间的电阻为零。例如上图中中间极与右侧电极之间的电阻。

转换深度的h定义是：开关打开时的电阻与开关闭合时的电阻之比。


表中的试验电流就是型式试验时模拟的短路电流，表的最右侧就是峰值系数n。

现在我们来看看ABB的Emax框架断路器的技术参数，如下：

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先提个醒：断路器属于开关电器的一种，但它能主动地切断短路电流。因此，在这一点上与一般的开关不同。但如果把断路器改变为隔离开关时，它的特性就与一般的开关无异了。

此外，断路器的额定电流、额定电压等参数，与开关相同。

表中，我们看见了额定不间断电流Iu，这个值就是额定电流Ie，并且我们可以发现，它是由一系列值构成的，但其中有最大值，这个最大值就是框架电流；

我们还看到了额定工作电压Ue，也即额定电压。它的值等于690V。显然，这种断路器显然可以使用在230V和400V的工作条件下；

我们还看到了断路器的额定短时耐受电流Icw。这个值定义了这种开关承受短路热冲击的能力；

由于断路器是可以开断短路电流的，只有把断路器的脱扣器拆除，使得它不具有短路电流的开断能力，这时才能测量短路接通能力Icm。不过，这时的断路器已经成为可以抽出的隔离开关了。

我们从表中隔离开关这一栏中看到短路接通能力Icm的值，同时也看到了短时耐受电流Icw的值。现在我们来计算两者之比，如下：

看最左边一栏，有Icm/Icw=88.2/42=2.1，而这时的Icu也即极限短路分断能力等于42kA。Icu的值就相当于短路电流的稳态值。查阅文中给出的峰值系数表，我们看到对应于42kA的峰值系数就是2.1。

写到这里，我们该总结一下了：

开关是一种可以接通和分断运行电流的机械装置，又被称为开关电器。

开关不能主动地切断短路电流，只能被动地承受短路电流的冲击。因此，各类开关，特别是隔离开关，严禁在带载情况下开断线路，以免出现电弧伤及人身安全。


开关至少具有四个参数，即：额定电流、额定电压、额定短时耐受电流和额定短路接通能力。[b]它们之间存在大小关系：Ie

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