慈禧时代就有的技术？图解DZ47断路器灭弧系统工作原理

纯今

1. "揭秘空气断路器灭弧黑科技：从爱迪生到DZ47的百年进化史"
2. "洛伦兹力如何驯服电弧？深度解析微型断路器灭弧原理"
3. "慈禧时期就有的技术？图解DZ47断路器灭弧系统工作原理"
4. "电弧为何不按常理出牌？从尖端放电到洛伦兹力的思维转变"
5. "99%电工不知道：灭弧罩为何必须用钢片？磁场增强39%的奥秘"



1. “洛伦兹力如何驯服电弧？”

这是一个看似冷门，却在电气工程领域至关重要的问题。  
电弧，作为一种高温电离气体形成的导电路径，极其危险且难以控制。它的出现意味着电路尚未真正断开。  
要彻底熄灭电弧，必须依赖一种看似简单却充满物理奥秘的技术——灭弧。

2. 电影《大腕》的编剧石康曾说：  
    “如果你不懂微积分，不掌握英语，不懂得AI，那你就是个古人。”  

    从这个角度看，实际上早在120多年前，洛伦兹力的发现就已经奠定了现代电工技术的理论基础。  
    1895年（清光绪21年），洛伦兹力公式（F = qvB sinθ）被完整提出。它是大学普通物理的重要内容。  
    而判断洛伦兹力方向的右手定则，早在1820年（清嘉庆25年）就已被发现，比英清战争爆发还早了20年。  

    那么问题来了：  

    你真的掌握这些知识了吗？  

    如果这些概念依然陌生，那只能说明，在现代科学的视角下，你和古人没什么区别。别急着反驳，这是哈工大毕业的石康先生说的。

3. 从慈禧到DZ47：灭弧技术的演变与发展  
要理解微型断路器的灭弧技术，不妨从历史说起。

- 1879年（清光绪5年）  
  爱迪生在其“空气断路器”专利中首次提出：“将电弧尽量拉长，使其在开放空气中冷却熄灭”，这一基本原则奠定了灭弧技术的理论基础。

- 1905年（清光绪31年）  
  英国诞生了首款具有自由脱扣装置的空气断路器，标志着灭弧技术从理论到工业实践的转变。

- 20世纪中叶  
  施耐德收购的梅兰日兰公司推出C45系列，这是现代DZ47微型断路器的原型，灭弧技术逐步完善并小型化。

4. 破解电弧不按常理出牌之谜：灭弧原理深度解析  

（1）电弧的本质  
电弧的本质是高温电离气体中带电粒子运动形成的导电路径。只要电弧存在，电路就无法完全断开。要熄灭电弧，必须综合利用电磁学与机械设计的原理。

（2）为什么电弧会被引导至灭弧室？  
按照尖端放电理论，电弧似乎应该停留在触点处。但实际上，电弧会迅速从触点转移到灭弧室。这是因为电弧受到洛伦兹力（F = qv × B）的作用。  
根据毕奥-萨伐尔定律，电弧产生的电流在其周围空间形成环形磁场。灭弧室中的钢质灭弧栅极利用这一特性，通过增强磁场和引导方向，将电弧“推”向深处，逐步拉长、冷却并最终熄灭。



5. 为什么灭弧栅必须用钢片？磁场增强39%的奥秘

灭弧栅片通常由12片高磁导率钢片组成，而非铜等其他导电材料。这种设计有以下几个关键作用：

磁场增强效应  
1. 钢片的高磁导率使外部磁场在栅片处集中，实测增强效果可达39%。

定向磁场梯度

- 栅片排列形成特定方向的磁场梯度，引导电弧运动。

- 高效散热功能  
栅片结构不仅能拉长电弧，还能迅速冷却高温气体，符合爱迪生提出的“拉长冷却”原则。

2. 机械设计与电气特性：灭弧的双重保障  

机械设计：  
- 灭弧栅格结构产生定向磁场。  
- 电弧在洛伦兹力作用下被迅速拉长。  

电气特性：  
- 结合交流电的过零特性（电流每半周期过零）。  
- 在10毫秒内实现完全断路，保障设备与人身安全 (理论推导在后面)。







总结：从爱迪生到现代微型断路器灭弧技术的演进，体现了从尖端放电理论到洛伦兹力的一次次思维转变。
从1879年的爱迪生空气断路器，到现代DZ47微型断路器，灭弧技术的每一次进步，都是电气工程领域的一大突破。
正如石康所言，掌握科学知识才能摆脱“古人”的身份。你或许不会制造断路器，但理解它的工作原理，足以让你在生活与工作中多一份安全与底气。

以下描述是为了回答27楼的精彩提问

正如：电磁波理论统一于麦克斯韦方程组，我们高中学习的奥斯特右手定则或安培的定性定则诞生的都比洛伦兹力公式早，但没有定量描述，而空气开关的灭弧其实高中知识定性分析就够了

洛伦兹力公式并未直接统一奥斯特与安培的定性定则，而是在麦克斯韦电磁理论的基础上，统一了电磁场对带电粒子的作用力。若要完全涵盖电生磁（奥斯特）、磁对电流的作用（安培力），需要比大学普通物理更专业的才能学到麦克斯韦方程组。懂这个的硕士博士们，搞4G5G开发的比较多

我们首先登场的是安培定则：安培定则：右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。安培定则经常被用来判断通电导体周国产生磁场方向



27楼说：红点表示电弧电流在灭弧栅位置的磁场，圆点表示垂直向外的方向（我认为正确，安培定则可知磁力线透过屏幕飞向你的眼睛）

我继续分析，矩形的钢制灭弧栅格片，下端（靠近磁力线进入处）：等效为 S 极，上端（磁力线穿出处）：等效为 N 极。



这个磁场会作用于质量可以忽略不计的电弧电流，根据右手定则如图



a to b 是电流方向，你大脑中带入空气开关中的电弧，电弧就会被洛伦兹力拉进灭弧室。又由于50赫兹交流电

50Hz 表示每秒完成50个完整周期（即每个周期 20毫秒），每个周期（20ms）内，电流会经历：

正向流动（如从A→B）→ 降为零 → 反向流动（B→A）→ 再降为零，如此循环。研判是电弧质量忽略不计，电弧移动极快，导致10毫秒就熄灭了。6000度高温的电弧，因为钢制灭弧片的散热，过0就不会电离维持电弧了

27楼，继续分析，绿星表示灭弧栅产生的在电弧位置的感应磁场，方向垂直向里；那么电弧的受力方向就是向上~即把电弧推向灭弧栅了

风信子玉

爱迪生哪里来什么专利，某流浪种族特有的方法而已，悄悄把人干掉，把专利搞自己手上，或者直接抢，通用集团，有个子公司就是军工复合体，侵略别国的先锋

ba21

你这贴子早几天好像也看到过。

纯今

ba21 发表于 2025-7-25 21:02
你这贴子早几天好像也看到过。

我保证不是转载，是我一个字一个字，原创出来的

纯今

风信子玉 发表于 2025-7-25 20:47
爱迪生哪里来什么专利，某流浪种族特有的方法而已，悄悄把人干掉，把专利搞自己手上，或者直接抢，通用集团 ...

我从小就知道老师教导我们，爱迪生是伟大的发明家，教室照明的灯泡就是他发明的。失败乃成功之母，说的就是他发明电灯泡的故事。

国产C919大飞机的发动机，用的也是通用电器GE与法国合资公司制造的。通用电器好不好，国有企业已经背书了

我还知道C919发动机的核心机，就是来自你说的美国军工，为了保密，美国核心机整体运输到法国集成到发动机

mhwz

拆过很多，还抱怨过铜咋那么少，原来十这个原因。哈哈，又学会了一个冷知识，非常感谢楼主

love-digit

谢谢分享，技术贴。哈哈。

纯今

mhwz 发表于 2025-7-25 21:56
拆过很多，还抱怨过铜咋那么少，原来十这个原因。哈哈，又学会了一个冷知识，非常感谢楼主 ...

握手，，不客气，不客气

喝酒吹牛的时候，不仅光缆无铜，空气开关铜也不多

纯今

love-digit 发表于 2025-7-25 21:57
谢谢分享，技术贴。哈哈。

不客气，但确实查了不少资料，烧了不少脑细胞

ba21

纯今 发表于 2025-7-25 21:48
我保证不是转载，是我一个字一个字，原创出来的

妞逼。。。

zhucewangjue

给楼主点一个赞。

androidjian

谢谢楼主分享

s2gm

通俗易懂，技术贴

aygcmy

谢谢分享，技术贴。

fujlan

风信子玉 发表于 2025-7-25 20:47
爱迪生哪里来什么专利，某流浪种族特有的方法而已，悄悄把人干掉，把专利搞自己手上，或者直接抢，通用集团 ...

    30年前中国第一台60万机组的锅炉系统就是GE下子公司CE的,和他们合作过,GE沒你说的那么坏.倒是后来国产大炉子大多技术抄GE的设计,才有后来60万以上电厂超速发展.
   
     不要在井里打转.

cyi8

青铜铸造都已经几千年了,现在还不是无法复克.........按照石大导演的脑回路,我们还生活在公元前..........

纯今

cyi8 发表于 2025-7-26 09:32
青铜铸造都已经几千年了,现在还不是无法复克.........按照石大导演的脑回路,我们还生活在公元前.......... ...

石康是编剧，不是导演，他的话也值得思考，因为他背景是哈工大理工科毕业的，编剧写小说，那都是他的个人爱好

sun5320

基础技术什么时候用原理都一样

wlhcq

谢谢分享支持一下！

作死的家伙

风信子玉 发表于 2025-7-25 20:47
爱迪生哪里来什么专利，某流浪种族特有的方法而已，悄悄把人干掉，把专利搞自己手上，或者直接抢，通用集团 ...

那电灯到底是谁发明的