塑殼斷路器的滅弧能力分析及應(yīng)用

沈 平

（江蘇凱隆電器有限公司，常州 213000）

塑殼斷路器在類型上屬于低壓斷路器，是配電系統(tǒng)的重要組成部分。塑殼斷路器的外部絕緣材料是塑料，正常情況下在配電線路中不用頻繁轉(zhuǎn)換。當(dāng)故障電流達(dá)到塑殼斷路器的動(dòng)作電流時(shí)，它能夠動(dòng)作跳閘切斷回路，且能夠在線路或設(shè)備出現(xiàn)過載、短路或欠電壓等情況時(shí)，保護(hù)線路和電源設(shè)備不受損壞。

當(dāng)前，塑殼斷路器正在向大電流和高分?jǐn)喾较虬l(fā)展。塑殼斷路器作為低壓工業(yè)電器中的重要產(chǎn)品之一，改善與提高其性能可進(jìn)一步保障配電線路、設(shè)備及電力工作人員的安全，有助于減少電力事故的發(fā)生[1]。在配電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，常涉及到對(duì)塑殼斷路器的滅弧能力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及如何選擇塑殼斷路器的型號(hào)等。為此，本文詳細(xì)分析了塑殼斷路器在實(shí)際中的相關(guān)應(yīng)用。

1 塑殼斷路器

1.1 塑殼斷路器的特點(diǎn)

塑殼斷路器與高壓斷路器和框架斷路器不同，主要采用長延時(shí)保護(hù)和瞬時(shí)保護(hù)兩種模式。當(dāng)配電系統(tǒng)出現(xiàn)過載情況或者發(fā)生短路故障時(shí)，塑殼斷路器能夠可靠動(dòng)作，從而保證配電系統(tǒng)的運(yùn)行安全[2]。當(dāng)配電系統(tǒng)出現(xiàn)過載情況時(shí)，塑殼斷路器實(shí)施長延時(shí)保護(hù)，即當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過載時(shí)，配電線路中的電流增大，塑殼斷路器中發(fā)熱元件的發(fā)熱效應(yīng)也增大，使發(fā)熱元件附件的雙金屬條彎曲，從而使塑殼斷路器機(jī)構(gòu)解鎖并斷開接觸系統(tǒng)，以切除配電系統(tǒng)中的過載點(diǎn)[3]。此外，當(dāng)配電系統(tǒng)中出現(xiàn)短路故障時(shí)，塑殼斷路器瞬時(shí)保護(hù)能夠快速使機(jī)構(gòu)解鎖斷開接觸系統(tǒng)，達(dá)到保護(hù)配電系統(tǒng)的目的。由于短路故障時(shí)要切斷的電流很大，許多塑殼斷路器都采用了相應(yīng)的消弧措施。

1.2 塑殼斷路器的作用與現(xiàn)狀

隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，塑殼斷路器的實(shí)際應(yīng)用性能不斷提升。塑殼斷路器在配電系統(tǒng)中主要起著分配電能的作用。在配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障并達(dá)到塑殼斷路器的動(dòng)作電流值時(shí)，它能夠迅速切斷故障，保證配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行[4]。當(dāng)前，塑殼斷路器的性能仍存在較大的提升空間，需要加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)研發(fā)，以優(yōu)化其結(jié)構(gòu)和提高滅弧能力。

2 塑殼斷路器的滅弧能力和結(jié)構(gòu)分析

2.1 塑殼斷路器的滅弧能力

電弧是一種高能量和高溫度的放電現(xiàn)象。如果斷路器中的電弧不能及時(shí)熄滅，會(huì)燒毀斷路器甚至發(fā)生爆炸，嚴(yán)重危害配電系統(tǒng)的安全[5]。滅弧能力是評(píng)判塑殼斷路器性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，能夠決定塑殼斷路器的應(yīng)用場(chǎng)合。在塑殼斷路器中，滅弧系統(tǒng)是較為重要的組成部件，其性能是影響塑殼斷路器開斷電路的重要因素。通過滅弧系統(tǒng)能夠可靠地切斷電路在開斷過程中產(chǎn)生的電弧，避免出現(xiàn)設(shè)備燒損的情況。因此，實(shí)際中應(yīng)優(yōu)化塑殼斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以提高塑殼斷路器的滅弧能力。

2.2 塑殼斷路器的滅弧結(jié)構(gòu)

斷路器中的滅弧結(jié)構(gòu)直接影響斷路器的滅弧能力[6]。塑殼斷路器中有一種滅弧結(jié)構(gòu)是敞開式的滅弧室。這種類型的滅弧室整體采用絕緣板和滅弧柵片，將多片滅弧柵片鉚接在絕緣板上，并使每片滅弧柵片之間相隔一定距離，以保證滅弧柵片之間的絕緣性能，同時(shí)在柵片的合適位置設(shè)置凹凸結(jié)構(gòu)。這種類型的滅弧室在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些不足，如在鉚接過程中容易出現(xiàn)滅弧柵片變形或鉚接不牢固以及絕緣板鉚接時(shí)出現(xiàn)裂縫等情況。如果出現(xiàn)上述問題，滅弧室很難在斷路器開斷電路的過程中切割電弧。由于柵片已經(jīng)發(fā)生變形，滅弧室在切割電弧效果方面將大打折扣，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致接觸系統(tǒng)燒毀。

塑殼斷路器中另一種滅弧結(jié)構(gòu)是半敞開式的滅弧室。此滅弧室采用絕緣殼體相互拼接安裝而成，滅弧柵片置于絕緣殼體內(nèi)，無需鉚接，制造過程簡單，但零件成本有所增加。相對(duì)于敞開式滅弧室結(jié)構(gòu)來說，這種滅弧室氣密性與絕緣性更好，有利于電弧的切割。但是，此種塑殼斷路器的滅弧空間結(jié)構(gòu)組成相對(duì)復(fù)雜，在實(shí)際塑殼斷路器生產(chǎn)中的生成與裝配工藝要求更高。

2.3 塑殼斷路器滅弧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

當(dāng)塑殼斷路器遇到短路故障電流時(shí)，在動(dòng)靜觸頭分開過程中會(huì)產(chǎn)生電弧。雖然動(dòng)靜觸頭已分開，但是因?yàn)殡娀〉拇嬖?，電路依然處于接通狀態(tài)，導(dǎo)致短路故障電流對(duì)下端負(fù)載的威脅并未消除。因此，滅弧系統(tǒng)能否快速、有效地熄滅電弧是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，通?？梢圆捎靡韵路椒ㄌ岣邷缁∧芰Α?/p>

（1）將靜觸頭設(shè)計(jì)成U型結(jié)構(gòu)，利用電流同向時(shí)的電動(dòng)斥力加速動(dòng)靜觸頭分開。

（2）在靜觸頭觸點(diǎn)下方增加產(chǎn)磁零件。此零件在故障電流下形成磁場(chǎng)，通過磁場(chǎng)將電弧引向滅弧柵片。

（3）在靜觸頭觸點(diǎn)四周增加絕緣產(chǎn)氣零件，并在動(dòng)觸頭后端設(shè)置一封閉結(jié)構(gòu)。當(dāng)產(chǎn)生電弧時(shí)，利用高溫產(chǎn)生的氣體將電弧吹向滅弧柵片。

（4）動(dòng)靜觸頭接觸時(shí)，設(shè)計(jì)成一定的張開角度，有利于將電弧引向尖端和滅弧柵片。

（5）滅弧室采用半敞開式結(jié)構(gòu)，并且將出氣口設(shè)置在滅弧室上端，在靠近動(dòng)靜觸點(diǎn)的滅弧柵片上設(shè)置一引弧結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)柵片快速切割電弧。

（6）增加滅弧柵片數(shù)量，適當(dāng)增厚靠近靜觸頭的滅弧柵片，并對(duì)滅弧柵片進(jìn)行表面鍍銅處理。

（7）動(dòng)靜觸點(diǎn)采用耐高溫材料，以減少電弧引起的金屬熔渣。

通過以上措施可以迅速移動(dòng)、切割和熄滅動(dòng)靜觸頭分開過程中產(chǎn)生的電弧，從而減少電弧燒損斷路器接觸系統(tǒng)的情況和斷開電路所花費(fèi)的時(shí)間，保護(hù)配電線路中的設(shè)備，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。應(yīng)用上述措施時(shí)，需綜合考慮塑殼斷路器的結(jié)構(gòu)、體積和應(yīng)用場(chǎng)合等，從而提高塑殼斷路器的安全性和可靠性。

圖1 塑殼斷路器的結(jié)構(gòu)

3 塑殼斷路器的應(yīng)用分析

3.1 塑殼斷路器的選型

在低壓斷路器的選型中，應(yīng)考慮下列特性參數(shù)。一是型式，如相數(shù)和斷點(diǎn)數(shù)量等。二是主電路額定值，如工作電壓和電流、運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰σ约皹O限短路分?jǐn)嗄芰Φ取Ｈ窍嚓P(guān)附件參數(shù)，如輔助觸頭、分勵(lì)脫扣器和欠電壓脫扣器等的相關(guān)參數(shù)。選型步驟如圖2所示。

圖2 塑殼斷路器選型的步驟

在選擇塑殼斷路器型號(hào)時(shí)，需注意以下問題。第一，需要選擇適合塑殼斷路器的負(fù)荷類型。電動(dòng)機(jī)負(fù)荷和常規(guī)配電系統(tǒng)的負(fù)荷具有不同的負(fù)荷特性，應(yīng)根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合選擇相應(yīng)型號(hào)的斷路器。第二，應(yīng)計(jì)算系統(tǒng)的負(fù)荷容量。塑殼斷路器應(yīng)能在系統(tǒng)正常負(fù)荷下可靠運(yùn)行，不應(yīng)出現(xiàn)誤動(dòng)作跳閘的情況，從而保證供電可靠性。第三，不同型號(hào)的塑殼斷路器具有不同的分?jǐn)嗄芰?，?yīng)根據(jù)系統(tǒng)的短路電流合理選擇具備相應(yīng)分?jǐn)嗄芰Φ臄嗦菲?，這是塑殼斷路器選型的關(guān)鍵。第四，塑殼斷路器的分?jǐn)嗄芰υ礁?，滅弧效果越好，相?yīng)的制造成本越高，應(yīng)從經(jīng)濟(jì)成本方面考慮，合理選型。第五，校驗(yàn)所選擇的塑殼斷路器的動(dòng)作是否滿足靈敏度要求，在系統(tǒng)出現(xiàn)過載等異常情況時(shí)是否能夠及時(shí)跳閘隔離故障保護(hù)線路，此時(shí)可以查看塑殼斷路器選型的相關(guān)導(dǎo)則和手冊(cè)。

3.2 塑殼斷路器的應(yīng)用問題及解決方式

塑殼斷路器在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)出現(xiàn)以下常見問題。

3.2.1 手動(dòng)操作無效

當(dāng)對(duì)塑殼式斷路器進(jìn)行合閘操作時(shí)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備無法正常進(jìn)行合閘操作，可能是塑殼斷路器內(nèi)部的脫扣器無電壓或線圈損壞導(dǎo)致的。此時(shí)，需要更換損壞的線圈或在脫扣器中施加額定工作電壓，即可執(zhí)行塑殼式斷路器的合閘操作。

3.2.2 合閘后自動(dòng)斷開

在使用塑殼式斷路器時(shí)，設(shè)備突然自行分閘。出現(xiàn)該問題最主要的原因是塑殼式斷路器處于熱保護(hù)狀態(tài)，雙金屬片還未完全恢復(fù)，導(dǎo)致塑殼式斷路器合閘后自動(dòng)斷開。塑殼式斷路器出現(xiàn)合閘后自動(dòng)斷開故障時(shí)，只需等待雙金屬片冷卻后即可正常合閘。

3.2.3 噪聲較大

在使用塑殼式斷路器時(shí)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品發(fā)出的噪聲比平常明顯增大，可能是因?yàn)樵O(shè)備內(nèi)部鐵芯有污垢或內(nèi)部出現(xiàn)裂痕。此時(shí)，只需要清理或更換鐵芯即可。

4 結(jié)語

塑殼斷路器在使用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的型號(hào)，注意塑殼斷路器的分?jǐn)嗄芰Γ缁∧芰Γ?，?shí)現(xiàn)塑殼斷路器在不同實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合中的合理選型，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)塑殼斷路器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用中考慮運(yùn)行溫度、噪聲水平和環(huán)境等因素。當(dāng)塑殼斷路器運(yùn)行發(fā)生異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)正確處理，以保證塑殼斷路器的正常可靠運(yùn)行。