新型混合式滅弧系統(tǒng)在限流斷路器中的研究

新型混合式滅弧系統(tǒng)在限流斷路器中的研究
1　概　述
低壓限流斷路器是低壓配電系統(tǒng)中應(yīng)用 為普遍的電器產(chǎn)品之一，它在開斷故障電流的同時也能對故障電流進(jìn)行限制，因此具有較高的開斷能力。
與一般的斷路器的滅弧室不同，低壓限流斷路器的滅弧室采用多個滅弧柵片。在開斷過程中，首先動觸頭和靜觸頭分開產(chǎn)生電弧，在電磁場和熱場，流場的作用下運(yùn)動至滅弧柵片。當(dāng)電弧進(jìn)入柵片后，由于被分成的多個短弧的近極壓降，使電弧電壓迅速上升，從而達(dá)到限流的目的。
為了有較高的電弧電壓，限流斷路器滅弧室的柵片數(shù)比一般的斷路器要多，并且排列得更緊密。這樣，電弧在進(jìn)入滅弧室時所受的阻力要較大，在柵片入口處停滯的時間也較長。因此在柵片入口處所產(chǎn)生的金屬蒸氣也較多。近年來對低壓限流斷路器的研究表明：電弧在柵片入口處多次出現(xiàn)在柵片內(nèi)與柵片外，導(dǎo)致電弧電壓的反復(fù)跌落，所示(1.25ms/格)，降低了限流斷路器的限流特性，使燃弧時間增長。
一般限流斷路器開斷時的背后擊穿現(xiàn)象
用二維光纖電弧測試系統(tǒng)所觀察的限流斷路器的開斷過程
從限流斷路器開斷過程中電弧運(yùn)動的觀察結(jié)果可以看出，用二維光纖陣列電弧測試系統(tǒng)可以對開斷過程中電弧的運(yùn)動進(jìn)行觀察。中，每一個圓代表一根光纖，如果光纖觀測到了電弧，則相應(yīng)的小圓被填充。上面的結(jié)果可看出，在1.5ms時，電弧產(chǎn)生，2.0ms時電弧向前運(yùn)動，3.2ms時電弧開始進(jìn)入滅弧柵片，3.5ms時電弧已經(jīng)完全進(jìn)入滅弧柵片，4.2ms時電弧退出了滅弧柵片。這說明一般的限流斷路器在開斷過程中存在背后擊穿，降低了開斷性能。
本文直接在滅弧室柵片間插入產(chǎn)氣絕緣材料中所示，在電弧的高溫作用下，發(fā)出大量的絕緣物蒸氣，這樣由于限制了電弧弧根，并借助絕緣物產(chǎn)生的蒸氣，使電弧弧根周圍壓力進(jìn)一步提高，控制了電極發(fā)射出的金屬蒸氣的噴流運(yùn)動方向。此外，絕緣物產(chǎn)生的氣體冷卻電弧弧柱，使電弧電阻上升，電弧電壓提高。
通過運(yùn)用二維電弧光纖測試系統(tǒng)對開斷時電弧運(yùn)動的觀察，本文發(fā)現(xiàn)，一般結(jié)構(gòu)的限流斷路器在開斷時，電弧多次反復(fù)出現(xiàn)背后擊穿，這與開斷過程中電弧電壓的跌落是相應(yīng)的。在滅弧室柵片間插入產(chǎn)氣絕緣材料后，由于滅弧室內(nèi)柵片間的絕緣板對熱氣流擴(kuò)散的限制，并且產(chǎn)生大量的氣體，對電弧進(jìn)行更直接的冷卻，因此電弧電壓較平穩(wěn)，在整個開斷過程中，電弧反復(fù)在柵片滅弧室之外出現(xiàn)的次數(shù)也大為減少。
采用隔弧板，由于具有 好通氣情況，可以在開斷中抑制熱氣流的回流，控制金屬蒸氣的向后擴(kuò)散，也可以使大量的能量排出。具有好的開斷特性，可以非常有效的抑制背后擊穿現(xiàn)象的產(chǎn)生。從二維光纖電弧測試系統(tǒng)的觀察結(jié)果，以及開斷時的限流斷路器開斷電弧電壓電流波形圖，可以看出幾乎沒有背后擊穿的發(fā)生。但在開斷中，由于大量金屬蒸氣的擴(kuò)散，使電弧電阻變小，電弧電壓持續(xù)下降， 高值與 低值有時相差150V，不利于開斷特性的提高。
考慮到上面的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，而采用窄縫滅弧室，柵片滅弧室與隔弧板相配合的混合式滅弧室，多次實(shí)驗獲得的限流斷路器開斷電弧電壓電流波形圖，以及用二維光纖陣列電弧測試系統(tǒng)所觀察的電弧運(yùn)動圖象，都明顯看出，這種結(jié)構(gòu)完全抑制了背后擊穿的發(fā)生，并且一旦電弧進(jìn)入柵片滅弧室，則電弧電壓始終保持一個較高的值，燃弧時間以及充能能量都是 小的。通過實(shí)驗中對多種結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比。在上中，結(jié)構(gòu)(1)與(2)采用了窄縫與柵片配合，結(jié)構(gòu)(1)中的滅弧室后部用開孔面積50%的絕緣板以防止飛弧。但這樣開斷時有時也會有背后擊穿的發(fā)生。結(jié)構(gòu)(2)中除了采用窄縫與柵片配合，還在滅弧室柵片之后續(xù)接上絕緣隔離板，這樣即保證了滅弧室內(nèi)氣體的流通，消弱了熱氣流的回流，又保證了電弧不會在滅弧室的后部跑出柵片而導(dǎo)致電壓的突降。結(jié)構(gòu)(3)也采用了這種能消弱熱氣流的回流的方法，但沒有采用窄縫與柵片配合。中的(4)，(5)分別是(2)與(3)的側(cè)視圖。這些結(jié)構(gòu)的開斷電弧電壓電流波形有所不同。所示。