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低壓電器產(chǎn)品量大面廣，是用電環(huán)節(jié)中靠近終端用戶側(cè)的電氣裝置，其應(yīng)用的可靠性對終端用戶的意義很大。

低壓電器的智能化發(fā)展將不斷推進(jìn)我國輸配電產(chǎn)業(yè)的向前發(fā)展。

當(dāng)我們家里的配電箱壞了，我們請維修人員來維修時，他會告訴我們：“請您去五金店購買XXA的空氣開關(guān)”。而當(dāng)我們來到五金店并說明來意時，店家會拿出一只微型斷路器，并且告訴我們，這就是XXA的空氣開關(guān)。

空氣開關(guān)這個名詞用的如此之廣，盡管它的定義不是十分清晰，并且也不符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，但卻為我們廣大老百姓們所接受。

我們來看標(biāo)準(zhǔn)如何定義。這部標(biāo)準(zhǔn)是：GB14048.2-2008《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器》。其中有關(guān)的定義是：

空氣斷路器aircircuit-breaker：觸頭在大氣壓力的空氣中斷開和閉合的斷路器。

題圖中我們看到的是MNS3.0低壓抽屜式開關(guān)柜中的電動機(jī)抽屜，還看到安裝在其中的微型斷路器MCB。下圖是一只ABB的微型斷路器：

這篇短文，打算從三個側(cè)面讓大家來了解開關(guān)電器中的空氣介質(zhì)特性及熄弧方法。這三個側(cè)面是：空氣的放電伏安特性、直流電弧的特性及熄弧方法、交流電弧的特性及熄弧方法。

好，我們就此開始。

1.空氣放電的伏安特性

我們看到了直流電源，看到了調(diào)整電極電壓的可變電阻，還看到了電極。現(xiàn)在我們接通電路，并且開始調(diào)節(jié)可變電阻R，使得電極間的電壓從零開始上升。

我們發(fā)現(xiàn)從O到C，這一段的空氣擊穿特性是非自持的。只要外界條件發(fā)生改變，則空氣的擊穿現(xiàn)象立刻就終止。

OA段的電壓很低，但氣隙中的空氣在宇宙射線或者光照的激發(fā)下，有很少的氣體被電離。電離后的氣體成為正離子和電子，正離子向陰極運(yùn)動，而電子則向陽極運(yùn)動。但由于被電離的分子占空氣總量的比值過小，所以離子還沒運(yùn)動到電極處，絕大部分就被復(fù)合掉了。因此電流很小。

電離分子與空氣總量之比稱為電離度。

在AB區(qū)，電壓增高了不少，有部分離子終于到達(dá)電極處了，因而電流也略微增大一些。由于離子的產(chǎn)生原因是宇宙射線，而宇宙射線的總量是固定不變的，因此AB區(qū)盡管電壓變化較大，但電流變化很小。

在BC區(qū)，電子(也即負(fù)離子)從電場中獲得的能量已經(jīng)夠大，因而開始形成電場電離。

設(shè)電子的質(zhì)量為m，其運(yùn)動速度為v，Wi為電離能，若電子動能大于電離能，也即：

則電子在前進(jìn)途中，會撞擊它所遇見的中性氣體分子并使之電離，因而氣隙空氣中的電離度大增，電流急劇增大。

與此同時，正離子也沒閑著。正離子的能量更大，當(dāng)它到達(dá)電極區(qū)并狠狠地撞擊電極時，把電極金屬中的電子給撞出來。這叫做電子的逸出功。逸出的電子加入負(fù)離子的隊伍，也向正極前進(jìn)。

終于，在曲線的C點，空氣被擊穿了。C點的電壓也因此被稱為擊穿電壓。

空氣被擊穿電離后，由于溫度很高，大約為6000K，因而產(chǎn)生大量的熱。這些熱既能用來電焊，但也能對開關(guān)電器產(chǎn)生破壞作用。

對于低壓電器來說，我們當(dāng)然希望能把電弧迅速地消除掉。

氣體放電和擊穿理論內(nèi)容很多，有流注理論、湯遜放電理論等等，限于篇幅，對于空氣的放電和擊穿我們只能介紹到這里。

2.直流電弧的特性及熄弧方法

在這部分討論中，我們先來看看電弧穩(wěn)定存在的條件，然后再來考慮熄滅電弧的方法。具體討論如下：

圖中我們看到是一個很簡單的電路。電路中有直流電源E，有電感L，有可變電阻R，還有由斷路器開斷后的動、靜觸點構(gòu)成的兩個電極1和2，以及它們中間的電弧。

現(xiàn)在我們來看左下的圖2：

圖2中的試驗條件是：我們先把電感去除，然后讓斷路器開斷形成電弧，再調(diào)節(jié)可變電阻R，構(gòu)成兩條電弧的伏安特性曲線H1和H2。

解釋一下：

我們知道電弧其實是一條熾熱的等離子體氣體。電弧氣體越熱，它的等效電阻就越小，電弧電流也就越大。因此，電弧的伏安特性曲線具有負(fù)阻特性。

注意：電弧的伏安特性曲線具有負(fù)阻特性，這一點非常重要，是我們討論的基礎(chǔ)。

圖2中出現(xiàn)了兩條電弧伏安特性曲線H1和H2。我們很容易判斷出，比較高的H2曲線在相同電弧電壓條件下，它的電流更大，電弧溫度更高;當(dāng)然，在相同的電弧電流條件下，H2的電弧電壓也越高。

現(xiàn)在我們來看下部中間的圖3：

圖中我們看到了一條電弧伏安特性曲線A，設(shè)它的電弧電流是I1，此時電弧在1點穩(wěn)定燃燒。我們快速地調(diào)小可變電阻R，使得電流由I1增大為I2。結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，電弧的電壓居然跑到3點，然后再回到正常的第4點;如果我們快速地調(diào)大可變電阻R，使得電流由I1減小為I3，我們發(fā)現(xiàn)電弧電壓先到5點，然后才到正常的第6點。

奇怪!為什么會這樣?

道理是這樣的：電弧是一團(tuán)熾熱的氣體，它的溫度不允許突變，也就是說，電弧對電流變化有相應(yīng)的限流特性。因此當(dāng)電弧電壓迅速變化后，電弧電流的變化相對遲滯，存在過渡過程。

這個結(jié)論也很重要。再次強(qiáng)調(diào)一下：由于電弧的溫度不允許突變，因此電弧具有相應(yīng)的限流能力。