空气开关的主要参数与使用条件详解
空气开关的主要参数与使用条件详解
空气开关，也称自动空气断路器，在低压配电网络和电力拖动系统中扮演着重要角色。它不仅能够控制电路，还具备多种保护功能。本文将从实际应用的角度出发，详细阐述空气开关的主要参数及其使用条件。
空气开关的相关参数
空气开关，也称微型断路器，英文名为Micro Circuit Breaker，其符号为MCB。
与MCB相关的最主要国家标准有三个：
- GB 14048.1《低压开关设备和控制设备 第1部分：总则》，等同于IEC 60947-1；
- GB 14048.2《低压开关设备和控制设备 第2部分：断路器》，等同于IEC 60947-2；
- GB 10963.1《家用和类似场所使用的过电流保护断路器》，等同于IEC 60898-1。
由于MCB常用于配电室，本文主要依据前两个标准。以ABB的S200系列为例进行说明。
S200的技术参数表如下：
参数解释
极数：指MCB能同时开断的线路数。极的英文是Pole，缩写为P。S200的MCB有1P、2P、3P、1P+NA、3P+NA和4P等规格。值得注意的是，2P和1P+NA虽然看起来都是2级，但应用条件不同。
额定电流In：指MCB的额定运行电流或额定不间断电流。额定电流与MCB的运行温度相关，温升过高会影响其操作性能和绝缘性能。选用时，实际运行电流不应超过额定电流。
额定电压Ue：指MCB适用的电压等级。通常指相间电压（线电压），国内多为交流50赫兹380V（变压器或发电机端口空载电压为400V）。对于家装MCB，则指极间的相电压。
额定绝缘电压Ui：指MCB额定电压的最大值。标准中将MCB的绝缘能力称为介电能力，用于衡量内部绝缘件的品质和电极间的安全距离。
最大工作电压Ubmax和最小工作电压Ubmin：指能够正常工作的电压区间。S200系列的工作电压范围是12Vac~253Vac。
短路电流与断路器分断能力的关系
上图展示了居家配电系统：
- 进线主开关是2P的，主开关后方的圆代表漏电保护器，可使主开关跳闸。
- 电源进线端的接地系统是TN-C，PEN线在入户时接地，然后分开为N和PE，因此家里的接地系统是TN-C-S。
- 家里有许多用电设备，包括带有电动机的电冰箱等感性负载。
当配电箱内主母线发生短路事故时，短路电流波形如下：
短路电流包含交流分量（Ip）和直流分量（Ig）。国家标准规定，冲击短路电流峰值Ipk与短路电流周期分量Ip之比为峰值系数n。短路电流的交流分量在短路后一段时间内形成最大值，即冲击短路电流峰值Ipk，通常在短路后0.01秒出现。
MCB需要具备以下参数：
- 短路接通能力Icm：承受冲击短路电流峰值Ipk的能力。
- 额定短路分断能力Icn：开断短路电流稳态值的能力。
- 额定极限短路分断能力Icu：开断最大短路电流的能力，开断后损坏。
- 额定运行短路分断能力Ics：可重复性地开断短路电流的能力。
这些电流参数的关系为：In<Icn<Ics<Icu<Icm。
其他重要参数
介电试验电压：通过在MCB的导电部件与安装底座之间施加试验电压来测试绝缘能力。S200的介电试验电压为2000V，持续一分钟。
污染等级：S200的污染等级为3级，表示适用于一般工业污染条件。
MCB还有其他参数，限于篇幅，本文仅介绍上述主要参数。