雙斷點斷路器結構技術特點分析

季曉明

(徐州機電工程高等職業(yè)學校，江蘇徐州，221011)

1 引言

現(xiàn)代電網(wǎng)容量的不斷提高對低壓斷路器的開斷能力的要求也越來越高，分斷能力與體積成為各斷路器生產廠家的主題，在提高開斷能力的前提下，盡量縮小產品的體積，可以為開關柜等設備節(jié)約大量空間，還可以節(jié)約貴重金屬。

為了提高斷路器的分斷能力，可以通過提高其限流能力，讓短路電流限制在一定的范圍，以減小短路電流的能量和破壞力。提高限流能力，主要有2個途徑:①充分利用觸頭回路之間的電動力，使觸頭快速打開產生電弧，利用提高電弧電壓來限制電路電流，該結構特點是圍繞電弧能量理論和電磁理論而發(fā)展的;②通過研究新的導電材料，利用其正溫度系數(shù)下電阻值的顯著變化來高效吸收故障電流產生的能量，進行無弧分斷。方案②由于無電弧產生，其安全性能遠遠高于基于電弧理論的產品。但是，新材料的研制難度較大，相比較而言，方案①的應用比較實際。本文主要討論的是塑殼斷路器。

2 雙斷點技術的原理及型式

基于雙斷點技術為標志的斷路器基本原理是整個回路開斷后產生2個斷點，相應會產生2個電弧電壓。在短路電流過來時，電弧燃燒可以消耗吸收大量能量，從而達到限流的目的。雙斷點型結構較傳統(tǒng)的單斷點型結構消耗的電路能量的能力提高了一倍。采用雙斷點技術的產晶，最高分斷能力達到150kA。具體分斷能力數(shù)據(jù)如表l所示。

表1 國外各大公司塑殼式斷路器的相關技術數(shù)據(jù)

目前，雙斷點技術主要有二種結構，一種是平行式雙斷點，如圖1(a)所示;另一種是旋轉式雙斷點，如圖1(b)所示。兩種結構的動觸頭均為一體化結構聯(lián)動，2個斷口處的電動力作用于同一動觸頭上，因而受到的電動斥力為原來單斷點U形結構的2倍，這樣提高了電弧電壓上升速度，同時還可以滿足斷路器較小尺寸的要求。國內公司也相繼開發(fā)了雙斷點型的產品，大多以旋轉式結構為主。

3 雙斷點型斷路器結構優(yōu)點分析

目前，市場上以雙斷點技術為代表的塑殼斷路器以其優(yōu)秀的開斷能力而著稱。它主要綜合了以下幾個特點:

(1)形成雙斷點電弧區(qū)，以此大幅度提高電弧電壓，強力限流，分斷能力高。

(2)利用電動斥力，快速打開觸頭系統(tǒng)，快速吸弧，快速限流。

在觸頭系統(tǒng)設計上仍采用了傳統(tǒng)的U形回路，產生電動力推開觸頭系統(tǒng)，產生電弧，利用回路的自勵磁場，驅動電弧快速進入滅弧室;滅弧室采用金屬柵片將長電弧分割為短弧，金屬柵片還可以吸收能量，利用三聚氰胺等產氣材料產生氫氣，冷卻電弧。

(3)防跌落式觸頭系統(tǒng)的設計。動觸頭可以利用導電回路產生的電動力，優(yōu)先斷路器的操作系統(tǒng)動作，提前打開觸頭系統(tǒng)，并可以使動觸頭打開后保持打開狀態(tài)，防止因限流而使動觸頭回落，以防止電弧重燃，在操作機構動作完成后，動觸頭可以重新返回原來狀態(tài)，這樣產品的開斷時問非常短，斷路器開斷時間可以達到3ms左右，動作時間快，使短路電流持續(xù)時間減小，實現(xiàn)大幅度的限流。

(4)消除軟聯(lián)結、結構簡單。由于動觸頭采用一體化結構，不需要像傳統(tǒng)的單斷點型產品那樣焊接軟聯(lián)結。

(5)機械壽命和電氣壽命比較高。

4 雙斷點型斷路器結構缺點分析

雙斷點技術存在一定的局限性，在設計和生產過程中應重視并盡可能減少這些不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)操作力大。由于產品內部有2個斷點，觸頭壓力提高了1倍，相應的對操作機構的操作力也有了較大的提高。解決方法是在設計操作機構時，盡量增大力臂或改變傳動方式，以減小操作力。

(2)產品溫升較單斷點型高。由于每相增加了一個斷點，接觸電阻增加了1倍，相應的溫升也會有所提高，在要求所耗銅材變化不大的前提下，主要靠提高接觸壓力和增厚鍍銀來解決，為解決溫升問題，一方面要保證必須的接觸壓力，另一方面要增大一定的導電截面積。

(3)成本高。成本因素①是電觸頭數(shù)量增加了1倍，耗銀量增加;②是滅弧室數(shù)量亦增加了一倍;③是零件的加工工藝難度加大，三者均制約了成本。

(4)體積有所增大。由于考慮操作力不能過大，加上滅弧室的放置空間等影響，雙斷點型產品的體積一般較單斷點型大一些，如表1、表2所示。

表2 單斷點產品的機械壽/電壽命及外形體積

(5)短時耐受電流能力未明顯提高。限流型斷路器的通病是對短時耐受能力的制約。塑殼斷路器以A型產品為多，不利于發(fā)展為B型產品，即使是B型產品，短時耐受電流也不高。主要原因是:①產品體積小，導電截面積小;②電動回路限流的使用;兩者導致的后果是導電觸頭系統(tǒng)的電動力很強，電流線密集，電熱穩(wěn)定性減弱，觸頭問震動大、發(fā)熱大，均不利于提高短時耐受電流能力，雙斷點型斷路器在此方面未能明顯改善。

(6)雙斷點燃弧能量的不平衡。斷路器的電磁場和電弧受影響的因素眾多，2個斷點很難做到開斷一致，故容易造成燃弧能量的不平衡問題，也就是2個斷點的電弧能量的差異性，使滅弧室的損耗和電觸頭的損耗均不一致，并且會形成惡性循環(huán)，制約著產品的可靠性。

對于平行式雙斷點，兩者損耗相差太大時，可能使另一只電觸頭上無電流或者電流很小，電弧電壓亦減小，重新變?yōu)閱螖帱c結構，起不到應有的雙斷點作用，這是平行式雙斷點的最大弊病。

5 結語

提高斷路器分斷能力、減小體積以及智能化是未來的發(fā)展方向，新一代的斷路器都是在綜合傳統(tǒng)斷路器的特點的基礎上采用了新的限流技術，如上進線磁吹技術、雙斷點分斷技術等，雙斷點技術極大地提高了斷路器的開斷能力，為電網(wǎng)的增容打下了良好的基礎?？梢灶A見，未來斷路器高端市場的生產將是以雙斷點技術為主要形式。

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