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空气开关为何叫空气开关,它跟空气有何关系?

在粗一点的用电领域,我们除了会听到空气开关这个名词,还会听到电气控制,气动元件等名词。实际上这几个“气”是有差异的,在中国的传统里边,“气”还真是捉摸不透,飘忽不定的东西,比如气功,肝气,蜃气,阴气,元气等等,可以简单理解成一种能量和场之类的概念。电气在古代就有这个概念,本质还是说的是电和电场,可以说是一种虚指的,但是空气开关和气动元件完全不一样,完全是说和空气有关的实体,请关注:机电猫

空气也是近代发现的,开关基本上都在空气里使用

古代中国人有“气”的概念,但是也有风的说法,风给人的感觉是直接的,也行更加接近今天的空气,而古代的“气”完全是抽象概念,让人看不见摸不着的东西。

罗马人似乎已经使用了空气的单词,但是大家并不知道空气的成分,本质上也是当做中国人“风” 那样理解了。一直到了近代,法国化学家拉瓦锡才通过化学实验,检验出来空气的基本成分,认为它是由氧气和氮气组成的,人类才真正明白空气是什么东西。

人类和几乎陆地上一切的生物,都是在空气里边生活的,而开关也基本上是放到空气里边使用的,所以在空气里边使用的开关,理应上顾名思义就是“空气开关”,不过实际上并不是这样,比如早期的闸刀开关,就不称为“空气开关”。而按钮开关也是在空气里边的,但是我们也并没有把按钮开关叫做“空气开关”。

空气开关叫法,和灭弧有直接关系

两个高压电极之间,接通或者切断的过程中,会形成一种叫“电弧”的东西,它本质是因为一些游离状态的离子和电子体,这种等离子体,形成一定方向的游离状态,本身是高温高压带电的,所以会在两个电极之间形成一道“弧形光”,让两个电极之间继续保持一段时间的电流。如果你留意一下,经常插拔插座时候会见到这样的“弧光”。

因为电弧高温高压,人如果碰到了,会直接烧伤人,也可能伤害到设备,触点和其他材料,也可能会点燃一些易燃物质,所以电极接通和切断的时候,要尽量避免电弧产生,或者降低电弧的持续时间和幅度,这样才保证安全用电,早期的闸刀开关,实际上并没有灭弧装置,所以已经给淘汰了,不能继续使用。

而家用开关,虽然没有灭弧装置,但是因为功率小,所以电弧幅度不强,危害也不大。但是家里总体用电的总开关,各种负载加起来,功率和电流就比较大了,所以通断时候,就会产生比较强的电弧,这时候需要考虑灭弧功能了。

因为人们都在空气里边生活,开关也处于空气中,所以家里使用的开关通断时候,产生的电弧基本上都是因为空气被电离而形成的,人们需要控制的,就是灭掉这种空气等离子体产生的电弧,设计了一种灭弧装置,专门用来消灭这种空气电弧。这样出来能够解决空气电弧的开关,就叫做空气开关。

空气开关灭弧原理

电弧的产生,是因为开关两个电极之间,在通断时候会有一定的距离变化,这样电场变化引起空气被电离了,空气变成电子和离子形成电弧,电弧本身高温高压,如果散热的速度快于电弧的发热速度,电弧会熄灭掉。如果电极之间的长度宽于一定距离,电弧也会消失。

空气开关里边,巧妙设计了多组金属片,这样让一条长电弧,变成多条短电弧,分散地吸引到这些金属盘上,最终引起多条短电弧的总长度会直接加长,抑制了电弧产生。另外金属片有散热作用,直接让电弧散热加快而无法维持。

如果把电弧理解成一组火苗,它持续存在是需要能量的,距离越远,需要能量越大,而火苗周围环境越冷,也需要更多的能量来保持它不熄火,电弧也类似这样,空气开关巧妙设计就是为了让电弧的能量快速释放掉,从源头上消除电弧。

所以空气开关,可以理解成普通开关加上空气里边灭弧的开关装置,用了实现空气里边通断时候避免电弧产生副作用的开关。

真空一样有电弧,但是和空气电弧有差异

实际上,电弧不一定要在空气中才可以发生,在真空条件下,也会有电弧产生,真空里边虽然没有空气,但是在一定的高压情况下,电极的触点金属材料,也会产生金属蒸汽而形成电弧。

如果你在空气里边看到的电弧是白色的,而在真空里边,你捡到的电弧会是红黄色之类的,和触点的材料有一定关系了。因为金属相对空气而言,不容易产生电离,所以真空里边产生电弧,需要电压高于一定程度了。

这种情况下,如果想消灭真空电弧,需要专门的灭弧装置了,使用传统的空气开关,就不能满足要求了。

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