小型断路器（空开）拆解测试分析～你品你细品。

不会闪现 · 发表于昨天 21:31

空开人人家里都有，多到大家都已经忽视了它的存在，不遇到停电绝对想不到它，而它却承担着整个家庭用电的基础保障，守护用电安全的第一关。平时也很少有人谈论它，我今早上“捡”到两个全新未用的单p空开，这下午无聊之余，研究一下空开断路器，边拆边查资料学习，并结合个人“老祖宗传下来的电工技术”分析，有不合理的，坛坛们一定要指出来哈，多图多文字（近40张图），基本都是叙述描述，过程比较枯燥，请细细品味。

简介:
磁吹式自动空气开关断路器，俗称“空开”，是以空气作为绝缘介质（闸刀之间是空气间隙），并依赖自然空气冷却灭弧的微型断路器，麻雀虽小五脏俱全，其内部也有过载保护和短路保护作为基础，可外加附件组成漏电保护空开，过欠压保护空开，远程遥控空开等等，是人人家中必有的电气设备，电力入户第一关，也是家庭用电安全的基石。

参数:
空开上有两个重要参数，就是额定电流和空开类型，例如C10（c型额定电流10A），C32，D10，D63等，一般家里用C类空开多一些，俗称照明空开，D类俗称动力空开，其实就是指抗启动冲击电流的能力，BCD类越往后抗冲击电流能力越强，毕竟像电机这类感性负载在刚通电时旋转磁场还没建立，阻抗很弱，所以电流直接等于电压/电机绕组电阻，启动电流非常大，能达到电机额定电流几到十几倍，假设额定电流8A的电机，用c10空开，有可能启动就跳闸，而d10就可以抗过启动正常运行，这就是瞬时脱扣，由电磁铁实现拉闸，短路保护也靠它。符合标准的c类空开在电流达到5-10倍时秒跳，d类在10-14倍（一般也说10-15倍）秒跳，例如c10空开，电流达到50-100A之间就秒跳。瞬时脱扣在生活中主要用于切除短路故障，国产品牌空开基本都能做到，反正短路时电流能达到空开额定电流的几十几百倍，包跳的。

而过载保护主要看空开的额定电流，跟C、D类型关系不大，常用于线路过载保护，避免电线冒烟，不建议作为电器设备过载保护。按照相应的电气执行标准，达到额定电流1倍时不能跳闸且长期安全运行，例如c10空开能保持10A满负荷长时间运行（就是非常烫），1.13倍在一小时内不跳闸，1.45倍在一小时内必跳，达到2.55倍额定电流时在1-2分钟内必跳。而实际上呢？很多国产品牌空开很难做到准确符合执行标准，不是我贬低国产货，例如c10的空开，某些国产货可能9A就很烫，然后过几小时就跳了，也可能到14A了几天都不跳，直到烤焦烤黄。要降本增效就得牺牲一些东西，反观施耐德西门子ABB这些，人家的东西还就经得起考验，当然前提是你能买到正品，近些年其实像国货老牌正泰，人民，常熟，德力西这四大天王，现在的品质也还算可以的了，以至于都有假货去仿它们，说明还是被认可的，总之空开绝对不要用杂牌山寨货。

拆解分析:
基本上所有的空开，无论单p，2p或3p，两侧都有扩展接口，有些是贴纸盖住，有些是塑料圆片，右侧一般是拉闸（脱扣）扩展口，拉杆可以插进空开跳闸机构里，例如配合漏电检测模块就是漏保，配合过欠压检测就是保护器，配合消防断电模块就是火警拉闸，配合分合闸远控模块就可以实现无人化管理。总之功能多种多样。

动图:只需要右侧模块很轻轻一扒拉，就跳闸。

空开左侧一般是分合闸信号反馈，通常就只能加分合闸信号指示器模块，把拉杆插到分合闸机构里，可以反正空开的状态信息，例如现代变配电站普遍使用远程遥控分合闸，加上反馈模块后，可以确认断路器是否真的合闸到位或者分闸到位了。也可以接跳闸指示灯，哪个空开跳了，在配电室逛一圈就能看到。

空开外壳的销子还是比较好拆的，用细十字螺丝刀顶它就对了，基本上所有的空开内部结构都一个样，无论国产货还是外国品牌，核心都是围绕过载短路和灭弧来设计，区别就是看厂家愿不愿意堆料了，以及设计工艺精度，合格的空开该跳就跳，某些杂牌空开冒烟了都不跳。

合闸动图:
为了保持分合闸机构原有的固定位置，我把大部分外壳削掉，仅保留了关键的两个固定端，这样既可以直观的看到内部动作的过程原理和细节，又可以保证空开机构功能不被破坏。动图可以看到推上去合闸的过程，推到中间位置时合闸触头就已经碰到了，后续半段推上去就是用弹簧压紧的过程。因此空开合闸一般要迅速，啪的一下推上去，不然触头接触触点的时间太长，火花打的大，不利于空开寿命。为什么说一般呢，在工地上或者怀疑线路可能有问题送电或许会短路放炮跳闸的情况下，一般把空开推到中间，手指感觉触头碰到触点后迅速放开，隔2秒后正常推上去完成合闸。目的是如果线路上有人不知道要送电了，还在作业，那第一次试送电就是警告，而怀疑线路有故障可能会跳闸，也可以缩短一半的分闸时间，降低短路火花，当然一般人家里用不到，迅速合闸就对了。另外有一部分空开是有瞬动合闸机构的，推到中间不会接通，要推到顶才会听到“啪嗒”一声。

触头和触点光亮干净没有烧灼痕迹，确实是全新未用的。看着银光闪闪的，并不是镀银，通常是铜合金，导条和连杆用的镍铜合金（白铜），触头触点为银合金，当然前提是厂家愿意舍得给你用银合金哈。除了导条和连杆以及螺丝端子的压片外，全都是铁的，灭弧罩和螺丝铁镀锌，灭弧导条铁镀铜，但凡不走电流的地方，是绝对不会给你一丁点铜的。

灭弧罩:
由相互绝缘的间隔镀锌铁片构成，当电流过大导致分闸后，触点和触头之间产生电弧火花，被下方的电流线圈（电磁脱扣器）产生的磁场，拉倒下方进入灭弧室，电弧在长长的，互相绝缘的铁片之间拉长冷却，达到灭弧功能，因此这类采用金属间隔板灭弧罩的断路器也称为磁吹式断路器。

因此很重要的一点是，交流空开不能随便用于直流电路里，因为交流电50hz正弦波，每0.02秒电流会经过零点，失去电压，电弧很快就会被冷却消失，但直流电不会，一旦形成电弧，直流电能一直拉弧，参考电焊机，空开会直接爆开！当然这是对于同样电压的情况下，生活中220v直流基本没有，电瓶车上48v60v挺多的，内部出厂标配也是个直流空开，但有组装车或者自己改电池的，最好还是建议用直流空开，其灭弧能力更强，普通交流空开不是说不能用，反正一般电瓶车空开也没见过跳闸的，但凡跳过一次，触点触头可能就会被电弧烧黑，以后就可能出现接触不良的情况。

分合闸推杆棘齿机构动图:
分合闸机构是核心部件，主要负责合闸压紧和跳闸脱钩，非常考验灵敏度和可靠性，出了问题会该跳不跳该合不合。推杆连接到触头拨杆，通过一个棘齿卡住，才能往上推，这个小小的棘齿就要承担合闸推上去并压紧的力，而且不能打滑，还要坚实耐磨，那个小小的齿尖要有一定的刚性强度，同时保持自润滑，不知道什么塑料，可能是塑钢，就是万用表转盘那个塑料滑牙一样的材料。

跳闸时，就是把棘齿块推开，压紧弹簧卡不住了，自然就会跳闸把推杆弹回原位，俗称脱扣。无论短路跳闸还是过载跳闸，目的都是推开这个棘齿，知道原理那就很简单了。

短路跳闸动图:
当电磁铁通过大电流时，会产生磁力，电流达到一定程度，磁力会把铁芯吸进去，铁芯一顶棘齿块，就实现脱扣跳闸。

过载跳闸动图:
当电流持续升高，双金属片会发热弯曲，弯曲达到一定程度，会把棘齿块提起来，啪嗒，脱扣跳闸。

双金属片:
由于金属具有热胀冷缩效应，有些还特别明显，例如铜，因此把铜和某些金属做成片状合金，发热时，有一测是膨胀容易变长的金属，就会向不怎么膨胀的那测弯。双金属片运用非常广泛，饮水机电饭煲都有的温度开关，机械温控器，日光灯启辉器等。

很多空开在双金属片那有个机米螺丝，用于调节弯曲的程度，也就是调节过载跳闸用的，一般藏的很隐秘，因为本来就不是给用户调的，估计是出厂检验人工测试之类的。在一些塑壳断路器上会有过载电流可调的旋钮，其原理也是一样的。

空开和大型断路器的对比:
其实本质基本一样，核心都是灭弧，而过载和短路保护的检测动作方式有点区别。空开和塑壳断路器是完全一样的结构和动作方式，都是短路大电流使电磁铁拉闸以及过载发热双金属片弯曲拉闸，只不过灭弧能力更强，额定电流更大而已，放大版的空开。而框架断路器和空开在灭弧上也是一样，间隔灭弧罩，但跳闸不直接靠电磁铁和双金属片，否则那得多大个电磁铁？双金属片太厚了也不灵敏了，框架断路器一般用的电流互感器去测实际电流，通过单片机检测保护跳闸，当然跳闸也是电磁铁去顶脱扣卡槽，而合闸时需要更高的速度，因此弹簧非常大，需要减速电机预先压缩弹簧储能，最后的真空断路器原理跟框架断路器一样，只是灭弧方式为真空泡，电弧在真空中无法传导，同等电压条件下灭弧能力更强。

额定电压和分断能力
跟大型断路器一样，该有的参数还是有的，在小空开上，除了额定电流和BCD类型外，还会注明额定电压，工作频率和分断能力（灭弧能力），电压频率不用说，而分断能力这个参数，像这次拆的空开为额定6KA的分断能力，这是指在发生短路时，空开能抗住消灭的最大电流，众所周知短路时电流无穷大，但实际上是有限的，i=u/r，220v/回路电阻=短路电流，假如6米插线板，2*1平的铜线，火零线阻值为0.21欧，插孔处短路，那么短路电流为220/0.21=1047A，况且墙里还有电缆呢，空开还是能轻松抗住。

民用一般遇不到猛烈的短路，工业中遇得多，而且多数是380v，电压越高，电弧越难灭，像这种大塑壳断路器，出线电缆很粗，电阻极小，被意外砸断后猛烈短路放炮，由于短路电流太高，灭弧罩无能为力，外壳炸飞，电弧让相间短路，还会把上级总闸冲跳。（其实很多杂牌断路器额定电流分断能力都是虚标的，往大了标）

正确选择合适的空开
主要根据实际使用的电压和电缆安全载流量。电压就不说了，一般人包括我能接触的无非就是220/380v，都属于400v低压电器范围。而空开首要保护的不是你的用电设备，是该段输电线，正常情况下，电缆的安全载流量应当高于空开的额定电流，而且高不少，这样才能避免负载电流过大时，电缆皮烤冒烟了，空开半天还不跳。网上到处是导线载流量图表，基本都是硬套公式算的，实际工况要考虑很多因素，需要结合平时工作的经验。像我们工作中选电缆经验一般是0.5-4平方取8A/平，6-10取5-8A/平，16-95取3-5A，120到400平取2-3A，再根据实际工况决定。通常用电设备应有自己的保护元件，空开额定电流要比设备额定电流大一些，而电缆的安全载流量又要比断路器的大一些，例如，额定电流12A的电机用13A的热继电器保护自己，用D16空开保护主线路，线路用至少2.5平方的电缆。电缆＞空开＞热继＞电机＞实际负载，余量都要留够，避免长期满负荷发热造成电器老化。特别是家庭用电，就不要吝啬钱，墙里的电缆几乎是跟随房子的一生，除非是临时用电，否则载流量一定要留充裕。

空开发热测试
上面说了，空开主要保护的是输电线路而不是用电设备。为了防止电器设备过载，例如电机，一般配合热继电器作为保护，和空开过载保护一样，用的都是双金属片，但人家热继电器安装周围空间大，内部空间也大，结构设计上就是抗得住长期发烫的，而空开通常好几个挤在一堆贴的紧紧的，几乎没有散热空间，并且根据过载跳闸曲线，空开即使达到额定电流100％负载，也不允许跳闸，那这温度得有多烫？就用这个C10的空开测试，电流10A，室温31度，持续半小时。由于红外测温不好准确测出反光的金属，所以先用记号笔涂黑一下。

空开满负载半小时后，电磁铁73度，双金属片81度，非常烫。可以看出金属片已经出现了轻微弯曲。如果是密闭的完整空开，实际内部温度应该还要高一点，因为这个拆开的是敞开的环境，金属片热量会跑一部分走，如此一来，额定过载电流便失去了精度，这也是为什么对于电器产品的使用环境，我们常能看到例如:环境温度-25～45度，海拔高度＜2000米，相对湿度在空气40度时50％等等……，因为环境温湿度不同，也会影响双金属片温度，进而影响额定电流准确性。

测一测空开整体阻值和双金属片阻值，这还是全新未用的，经常分合闸的空开触点早就被火花打的坑坑洼洼的，电阻更大。空开工作在趋近于额定电流时，发热是很大的，这也是为啥说不要让空开长期处于接近满电流的情况，70％在电气设备上是个很通用的数字，例如开关电源，长期负载功率不要超过70％最有利于使用寿命。

最后试下完整的空开满载电流的发热温度，也是半小时，电磁铁透过塑料壳温度不明显，不过接线端子还是能传导出金属片的热量，按照镀锡金属板参数调了测温枪的发射率，在端子这也有82度，内部温度更高，长期这么烤下去，塑料件会迅速老化，棘齿也会变的不靠谱，可能会导致随机跳闸或者触点压不紧，增加火灾隐患。

结尾:
找了个我几年前发的空开拆解图，型号分别是西门子C2和正泰C25，这两个空开是被洪水淹了的电箱里拆的，这个重量，用料，想必也不用我解释什么了，而且正泰现在的新产品做工还没旧款好呢。

结束，谢谢