空气开关替代了保险丝,它是怎么工作的?有时跳闸了为何合不上?

科学信仰 2024-10-24 10:30:16

生于上世纪80年代以前的朋友一定对一个东西不陌生,那就是保险丝。

那个年代,更换保险丝可以说是家家户户的一项日常活动,特别是进入90年代之后,家家户户的用电器逐渐增多,老旧的电路无力承载,保险丝熔断的频率也就随之增高。不过那个时候的人们,电学知识相对匮乏,很多人并不明白保险丝的作用,所以一旦过于频繁更换保险丝,就会感到厌烦,于是有些人会到工厂里找一些更粗壮的保险丝安到自己家里,更有甚者会直接使用铜丝来代替保险丝,殊不知这样做是非常危险的。

保险丝是一种简单有效的电路保护装置。

因为电路产生的热量与三个因素呈现正比关系,即电流、电阻和时间,而保险丝的电阻要大于其所保护的电路,因此,保险丝产生的热量也就要大于电路,一旦电流过大,保险丝就会率先熔断,从而起到保护电路的作用。不过,总是更换保险丝,的确也是一件非常麻烦的事,于是随着时代的发展,一种新的电路保护装置诞生了,它就是空气开关,我们现在家里所使用的电路保护装置就是它。

空气开关是何原理?

家用电路分零线和火线,空气开关与保险丝一样,都是架设在火线上的。电路进入空气开关之后,会先经过一个螺线管,螺线管的另一端与一个双金属片相连接,在螺线管的中间还有一个可以上下移动的铁柱,铁柱的下方有一个塑料材质的部件。如果我们将空气开关拆开,会发现里面还有一片很大的区域由栅栏状的部件组成,这是“灭弧室”。空气开关对于电路的保护有两种方式,一种称为“快跳闸”,一种称为“慢跳闸”。

当电路发生短路,一瞬之间会有巨大的电流经过螺线管,此时螺线管内就会产生强大的磁场,于是螺线管中间的铁柱就会受到磁场的吸引而下落,下落的铁柱会将塑料部件向下顶,于是塑料部件就会将下方的双金属片推离,电路也就断开了。

这种情况下,只要我们排除了短路问题,就可以顺利合闸,如果短路问题没有得到解决,闸肯定是合不上的。第二种情况被称为“慢跳闸”,有的时候,电路并没有发生短路,但电路所连接的用电器太多、功率太大,超过了电路的承载能力。

此时,空气开关内的双金属片就会升温膨胀。

双金属片之所以被称为“双金属片”,就是因为它是由上下两种截然不同的金属组合而成的,其中一种金属的膨胀系数高,另一种金属的膨胀系数低,所以当温度升高之后,双金属片就会因为两种金属的膨胀系数差异而发生弯曲,于是就会与螺线管断开。这种跳闸方式需要经过一段时间的积累。之所以这样设计,是因为很多用电器在刚开始工作时,瞬间的电流很大,工作一段时间之后,电流便会趋于平稳,如果跳闸过快,则会影响正常的用电。

因为“慢跳闸”是由于空气开关内部的双金属片弯曲引起的,所以在双金属片热量下降、弯曲消失之前是合不上闸的,这就是为什么有时候我们跳闸了,马上去合,合不上,过一会就能合上了的原因。

那么空气开关内的灭弧室是干什么的呢?跳闸之后,因为自感的作用,空气开关内会产生电弧,这些电弧存在引发火灾的危险,所以就需要将它们引入灭弧室,让它们在其中运动直至消失。

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