空气开关的主要参数及其使用条件详解

创作时间:

作者:

@小白创作中心

空气开关的主要参数及其使用条件详解

引用

来源

https://www.bilibili.com/read/cv39698370/?opus_fallback=1&opus_fallback=1

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，在各种电气系统中广泛应用。本文将从实际应用的角度出发，详细介绍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，也称为微型断路器，英文名为Micro Circuit Breaker，因此其符号为MCB。

与MCB相关的最主要国家标准有3个：

GB 14048.1《低压开关设备和控制设备第1部分：总则》，此标准等同于IEC 60947-1；
GB 14048.2 《低压开关设备和控制设备第2部分：断路器》，此标准等同于IEC 60947-2；
GB 10963.1 《家用和类似场所使用的过电流保护断路器》，此标准等同于IEC 60898-1。

由于MCB常用于配电室中，本文主要依据前两个标准。以ABB的线路保护S200技术样本为例展开讨论。

S200的技术参数表如下：

我们来逐条解释：

极数：指MCB能同时开断的线路数。极的英文是Pole，因此极的缩写是P。S200的MCB有1P、2P、3P、1P+NA、3P+NA和4P等不同规格。值得注意的是：虽然2P和1P+NA看起来似乎都是2级的，但它们的应用条件完全不同。
额定电流In：指MCB的额定运行电流或者额定不间断电流。额定电流与MCB自身的运行温度有关。所谓温升，指的是MCB的运行温度与环境平均温度的差值。温升过高，会损坏MCB的操作性能和绝缘性能。因此，选用MCB时，实际运行电流不能超过其额定电流。
额定电压Ue：指的是MCB适用的电压等级。这里所指的电压一般是相间电压，即线电压。中国国内大多数电压为交流50赫兹380V（在变压器或者发电机的端口处空载电压为400V）。对于家装的MCB，当然是指极间的相电压。
额定绝缘电压Ui：指的是MCB额定电压的最大值。标准中把MCB的绝缘能力叫做介电能力，它是衡量MCB内部的各种绝缘件的绝缘品质、各电极之间的安全距离等重要参数的定量值。
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。对于S200系列MCB来说，它的工作电压范围是12Vac~253Vac。（注：ac表示交流电）。

短路电流与断路器分断能力之间的关系解读

上图是居家配电系统：

进线主开关是2P的，主开关后方的圆代表漏电保护器，它能让主开关跳闸。
电源进线端的接地系统是TN-C，其中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，包括一台电冰箱，其中安装了电动机，即感性负载。

现在配电箱内的主母线发生了短路事故，短路电流波形如下图：

图中时间轴零点的左侧为正常运行电流，在时刻零发生了短路。由于短路点的线路阻抗很小，因此短路电流剧烈增加。这部分短路电流符合正弦规则，称为短路电流的周期分量（Ip）；同时，电冰箱等用电设备的感性负载向短路点释放储存在电感内的能量，形成短路电流的直流分量（Ig）。直流分量会不断衰减，因此又称为非周期分量。

我们看到短路电流的交流分量和直流分量在短路后一段时间内形成最大值，这个最大值被称为冲击短路电流峰值（Ipk）。值得注意的是：Ipk出现的时间是短路后10毫秒，即0.01秒。

国家标准GB14048.1、GB14048.2等规定，Ipk与短路电流周期分量Ip之比为峰值系数n。由于直流分量是感性负载中的电感储存的能量形成的，这部分能量有限，当它释放完毕后，短路电流中只剩下周期分量Ip。因此短路电流的周期分量亦被称为短路电流的稳态值。

配电箱内安装了主开关MCB，它应当保护线路。确实如此，但MCB从感知线路中出现短路电流，到开始执行开断电路的操作，需要一段时间。平均来说，最短也需要15毫秒的时间。从图中可以看到，MCB在这15毫秒时间里，承受了冲击短路电流峰值Ipk的冲击。

由以上分析可知，MCB在开断短路电流期间，必须具有以下几个参数：

承受冲击短路电流峰值Ipk的能力：这个参数又叫做短路接通能力Icm。
开断短路电流稳态值的能力：这个参数又叫做额定短路分断能力Icn。
开断极限短路电流的能力：它代表着MCB所能开断的最大短路电流，而且开断操作完成后，MCB也就损坏。这个参数又叫做额定极限短路分断能力Icu。
可重复性地开断短路电流的能力：当MCB开断短路电流后，电路恢复正常，MCB也可以正常地合闸工作，并可以继续开断下一次的短路电流。这个参数又叫做运行短路分断能力Ics。

在S200的参数表中，我们看到了如下参数：