低壓斷路器滅弧系統(tǒng)研究

摘 要：在現(xiàn)代社會(huì)，不管是哪一方面都需要電。在電產(chǎn)生、輸送和使用的過(guò)程中，配電是其中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。低壓斷路器的主要功能是在正常情況下閉合或斷開(kāi)供應(yīng)電能的電路，達(dá)到供電、停電、轉(zhuǎn)換電路的目的。文章在分析低壓斷路器的基礎(chǔ)上分析滅弧系統(tǒng)的作用與性能，并重點(diǎn)滅弧系統(tǒng)進(jìn)行分析，為制定滅弧系統(tǒng)技術(shù)方案提供有價(jià)值參考。

關(guān)鍵詞：低壓斷路器；滅弧系統(tǒng)；電弧測(cè)試

引言

在我國(guó)電力行業(yè)不斷發(fā)展的當(dāng)下，整個(gè)電器工業(yè)也在不斷發(fā)展，特別是低壓電器方面，借助技術(shù)的進(jìn)步實(shí)現(xiàn)了良好的發(fā)展。低壓斷路器中最能夠體現(xiàn)其技術(shù)價(jià)值的指標(biāo)——短路分?jǐn)嗄芰εc導(dǎo)電滅弧系統(tǒng)。為了進(jìn)一步提高低壓斷路器的性能，目前的研究重點(diǎn)放在提高斷路器滅弧室壓力、使用產(chǎn)氣材料等。

1 低壓斷路器概述

在配電系統(tǒng)中，包含了變壓器和高、低壓電壓設(shè)備，而低壓斷路器則屬于其中一種十分重要的電器元件。低壓斷路器可以分為兩種，一種是萬(wàn)能式，另一種是塑料外殼式[1]。隨著電弧理論研究的逐漸深入以及各種滅弧裝置被不斷發(fā)明出來(lái)，低壓斷路器逐漸展示出良好的性能。

2 低壓斷路器滅弧系統(tǒng)作用與性能

（1）滅弧系統(tǒng)的作用，其主要作用是熄滅觸點(diǎn)在切斷電路時(shí)產(chǎn)生的電弧。但是滅弧的方式不同，這與斷路器的型號(hào)、結(jié)構(gòu)、電壓等技術(shù)參數(shù)等有關(guān)[2]。一般，比較常用的斷路器其采用的滅弧系統(tǒng)都是采用滅弧柵片和窄片的復(fù)式結(jié)構(gòu)方式，這種結(jié)構(gòu)方式能夠增強(qiáng)滅弧能力，又能夠減小飛弧距離，從而達(dá)到提高斷流容量的效果。

（2）滅弧系統(tǒng)的性能，滅弧系統(tǒng)需要能夠可靠地熄滅電弧，燃弧需要盡可能短。需要有足夠的熱容量，在電弧熄滅時(shí)需要控制滅弧室溫度，防止滅弧室變形或破裂。還需要設(shè)計(jì)盡可能小的飛弧距離，必要時(shí)可在柵片上增設(shè)滅焰柵片。由于滅弧裝置的結(jié)構(gòu)是由斷路器的種類(lèi)決定的，以框架式低壓斷路器為例，其采用一種滅弧罩，觸點(diǎn)分?jǐn)鄷r(shí)產(chǎn)生的電弧，被拉長(zhǎng)后即被交叉放置的長(zhǎng)短不同的鋼質(zhì)柵片吸引，在柵片的強(qiáng)烈冷卻作用下和短弧效應(yīng)作用下迅速熄滅。

3 低壓斷路器滅弧性研究

3.1 低壓斷路器的滅弧裝置型式

（1）絕緣柵片式，這種型式一般用于熄滅直流電弧，其工作原理是在外磁場(chǎng)的作用下將電弧拉長(zhǎng)，利用長(zhǎng)弧原理將電弧熄滅。當(dāng)電壓越高，就需要越多的柵片數(shù)[3]。在這種情況下就會(huì)出現(xiàn)柵片太多電弧無(wú)法進(jìn)入柵片的情況。

（2）絕緣金屬柵片式，這種結(jié)構(gòu)與金屬柵片式滅弧裝置類(lèi)似，其工作原理是利用長(zhǎng)弧原理熄滅電弧，借助絕緣柵片中鐵磁材料幫助電弧進(jìn)入柵片，利用直流回路產(chǎn)生的磁場(chǎng)吹弧，一般用于熄滅直流電弧。

（3）真空室，在高度真空中其展現(xiàn)出良好的絕緣和滅弧性能。這類(lèi)滅弧型式的滅弧性能與真空度有關(guān)，還與采用的觸頭材料有關(guān)。目前市場(chǎng)中比較常見(jiàn)的觸頭材料就是使用銅-鉍-鈽合金，具有抗熔焊能力強(qiáng)、電弧電壓低、截?cái)嚯娏餍〉葍?yōu)點(diǎn)。這種真空滅弧裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、不需維護(hù)，在低空領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但是這種滅弧裝置也存在一定的缺點(diǎn)，在開(kāi)斷電感性負(fù)載電流時(shí)，孤隙上會(huì)產(chǎn)生很高的過(guò)電壓，因此需要采取各種手段抑制過(guò)電壓。另外真空滅弧裝置遇到?jīng)_擊、振動(dòng)等惡劣環(huán)境能夠保證原有的真空度仍然是一個(gè)問(wèn)題。

（4）金屬柵片式，這類(lèi)滅弧裝置主要適用于交流斷路器和直流通用斷路器。這種滅弧柵片的布置有平行布置和輻射狀布置的方式，其中輻射狀布置的柵片式滅弧一般用于額定工作電壓比較高的斷路器。這種滅弧裝置對(duì)熄滅交流電弧具有制造工藝簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)勢(shì)[4]。其缺點(diǎn)是帶來(lái)柵片中電阻、磁滯和渦流引起的損耗。

（5）縱縫式，其原理是利用長(zhǎng)弧原理熄滅電弧，適用于熄滅直流電弧。其中使用的室壁材料采用石棉水泥，這種型式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是為了達(dá)到熄滅電弧的目標(biāo)，需要延長(zhǎng)滅弧室的縱向尺寸。

（6）曲縫式，這種型式是在縱縫式滅弧室上發(fā)展起來(lái)的一種變形，當(dāng)電弧進(jìn)入到滅弧室后被拉的越來(lái)越長(zhǎng)，與縫壁的接觸面積增加，從而提高了電弧熄滅效果。這種型式主要用于直流斷路器。由于電弧進(jìn)入到縫壁的阻力比較大，因此一般都是與強(qiáng)磁吹裝置配合，主要用于直流斷路器。

（7）螺旋式，這種型式利用長(zhǎng)弧與短弧相結(jié)合的滅弧原理，其中使用的絕緣隔片采用耐弧水泥，上設(shè)小弧角，將電弧變成螺旋狀，從而有效拉長(zhǎng)了滅弧長(zhǎng)度。這種滅弧裝飾適用于直流快速斷路器，但是需要增加磁吹裝置。

3.2 滅弧系統(tǒng)的技術(shù)方案

綜合分析各種滅弧裝置的結(jié)構(gòu)形式以及滅弧原理和各自特點(diǎn)，考慮采用金屬柵片式滅弧裝置，并針對(duì)斷路器的各個(gè)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行具體分析。

（1）滅弧裝置結(jié)構(gòu)，關(guān)于觸頭材料的選擇，考慮到斷路器的主觸頭需要具備長(zhǎng)期導(dǎo)電能力與一定機(jī)械強(qiáng)度，要求需要具備抗熔焊性能和耐電弧灼燒性能，可以采用單檔觸頭設(shè)計(jì)方式，但是又考慮到斷路器的短路分?jǐn)嗄芰?，因此可以采用?dòng)觸頭導(dǎo)電回路多支路并聯(lián)設(shè)計(jì)方式，之所以考慮使用這種方式的原因在于能夠減小動(dòng)觸頭的電動(dòng)斥力，又能夠增加對(duì)觸頭的散熱?？紤]到滅弧介質(zhì)壓力對(duì)滅弧系統(tǒng)的影響，因此可以考慮使用基本封閉型，僅在滅弧室上方留出通氣口，這種方式能夠促使電弧盡快熄滅，從而起到分?jǐn)嚯娐返哪康摹?/p>

（2）考慮到滅弧裝置，分析交流電弧的特點(diǎn)以及斷路器的分?jǐn)嗄芰?，擬設(shè)計(jì)成采用金屬柵片式滅弧裝置的結(jié)構(gòu)型式，整個(gè)滅弧裝置由引弧片、滅弧柵片、滅焰柵片、滅弧室外殼組成。先計(jì)算電弧進(jìn)入柵片之前的電弧電壓，再計(jì)算電弧進(jìn)入到柵片之后變成串聯(lián)的短弧的電壓[5]。

（3）關(guān)于引弧角，設(shè)置引弧角的目的是為了利用導(dǎo)電回路磁場(chǎng)產(chǎn)生的電動(dòng)力拉長(zhǎng)電弧并將其進(jìn)入滅弧室，通過(guò)在斷路器的動(dòng)靜觸頭上設(shè)置引弧角，引弧角與靜觸頭連接，保證電弧能夠盡快離開(kāi)觸頭，避免觸頭過(guò)分燒損，還能夠加強(qiáng)對(duì)孤柱的冷卻。在引弧角上中間位置開(kāi)3mm的槽，不僅能夠加強(qiáng)電弧的冷卻效果，還能夠加強(qiáng)電流過(guò)零后的近陰極效應(yīng)，從而加強(qiáng)初始介質(zhì)的恢復(fù)強(qiáng)度。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次研究通過(guò)在分析低壓斷路器的作用與性能的基礎(chǔ)上加強(qiáng)了對(duì)滅弧系統(tǒng)的研究。本次研究不足之處在于未對(duì)低壓段利器系統(tǒng)如何適應(yīng)更加復(fù)雜的外界環(huán)境條件進(jìn)行進(jìn)一步研究，另外還需要進(jìn)一步加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合，將理論研究與試驗(yàn)結(jié)合，旨在為相關(guān)行業(yè)裝備提供參考，充分發(fā)揮出低壓斷路器的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]周大俊.萬(wàn)能式斷路器滅弧結(jié)構(gòu)研究分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，

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[2]謝忠夫.DW45萬(wàn)能式斷路器不同觸頭結(jié)構(gòu)的分?jǐn)嘣囼?yàn)分析[J].電器與能效管理技術(shù)，2015，11（2）：19-22+48.

[3]戴水東.HSW1萬(wàn)能式斷路器技術(shù)升級(jí)的要點(diǎn)[J].電氣制造，

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[4]謝忠夫，謝佩佩.提高DW50萬(wàn)能式斷路器短路特性指標(biāo)的方法探討[J].電器與能效管理技術(shù)，2016，21（1）：75-79.

[5]熊麗，崔 杰，軒吉濤，等.一種萬(wàn)能式斷路器在AC690V的滅弧室優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電氣制造，2014，33（10）：70-73.

作者簡(jiǎn)介：匡紅勇（1978，01-），男，民族：漢，學(xué)歷：大專(zhuān)，籍貫：湖南省祁東縣，工作單位：東莞基業(yè)電氣設(shè)備有限公司，研究方向：低壓電器 斷路器制造及其應(yīng)用。