低壓斷路器在分斷電流過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生電弧，當電弧噴出產(chǎn)品時(shí)形成飛弧, 飛弧危害大，降低飛弧距離主要有改進(jìn)觸頭及滅弧系統結構提高滅弧性能、采用消游離裝置等吸弧、采用限流結構、采用雙斷點(diǎn)結構、采用真空滅弧室等措施。
低壓斷路器是低壓配電系統中被廣泛應用的一種機械開(kāi)關(guān)電器，具有短路保護、過(guò)載保護和隔離等功能，主要適用于額定電壓不超過(guò)交流1000V或直流1500V的電路中作不頻繁轉換及電動(dòng)機不頻繁起動(dòng)之用。
當低壓斷路器斷開(kāi)電流時(shí)，如果電路電壓不低于10～20V，電流不小于80～100mA，電器的觸頭間便會(huì )產(chǎn)生電弧，電弧被吸入滅弧室予以冷卻、熄滅，有一部分電弧或電離氣體從斷路器電源端的噴弧口噴出形成飛弧，在產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)中，生產(chǎn)廠(chǎng)家都會(huì )標明產(chǎn)品的飛弧距離，即在規定的條件下，如額定電壓、功率因數下按規定程序分斷規定短路電流時(shí)飛弧飛出的距離。當飛弧距離為零時(shí)稱(chēng)為零飛弧。
1 飛弧的危害
飛弧溫度高達數千攝氏度，飛弧本身也具有導電性能，所產(chǎn)生的危害非常嚴重。在電力行業(yè)中，開(kāi)關(guān)電器噴出的電弧，可能直接噴到開(kāi)關(guān)柜、配電屏等接地的金屬框架上，將造成金屬導體損毀、線(xiàn)路出現非正常的浪涌電壓、燒傷操作人員、燒毀設備，使絕緣件老化等狀況，重則發(fā)生短路故障、產(chǎn)生爆炸、釀成火災，威脅生命和財產(chǎn)的安全，在石油、化工、礦業(yè)等行業(yè)中，更需要注意飛弧的危害。
低壓配電柜設計時(shí)為了追求較小體積從而壓縮內部空間，這會(huì )增加內部發(fā)生電弧故障的概率，如在新能源風(fēng)電系統中變流器柜及箱變柜內空間有限，飛弧將可能損壞其他設備，造成事故，由于安全性需要，對低壓斷路器飛弧距離都提出了一些要求，要求其飛弧距離短或零飛弧，飛弧距離大必然會(huì )造成配電柜體積大，也會(huì )造成耗材增加，成本上升。
2 電弧檢測
低壓斷路器飛弧檢測在額定極限斷路分斷能力和運行極限斷路分斷能力試驗時(shí)進(jìn)行，試驗方法和電路在GB/T 14048.1《低壓開(kāi)關(guān)設備和控制設備 第1部分：總則》等標準中都有規定（如圖1），主要驗證在分斷電流瞬間其觸頭間噴出的電弧是否會(huì )造成對地或極間飛弧短路。
在圖1中，限流電阻RL和熔斷元件F組成的一端接至N或電源端，另一端接至試品金屬外殼（見(jiàn)圖1中點(diǎn)劃線(xiàn)框）上的電路就是飛弧檢測電路。在標準中對熔絲的直徑和預期故障電流等都作了規定：熔斷元件F采用直徑? 0.8mm、長(cháng)度至少50mm銅絲或等效的熔斷體；熔斷元件電路中的預期故障電流一般應為1500×(1±10%)A等。
圖1 分斷能力及飛弧檢測試驗電路圖
試驗時(shí)有兩種性質(zhì)不同的飛弧檢測電路，一種是模擬對“地”電弧，即對斷路器的金屬外殼、底座和安裝支架等必須接地構件的電??；另一種是模擬對帶不同電位的帶電體間的電弧，包括斷路器內部各極間飛弧和對鄰近其他帶電體的飛弧，在這種情況時(shí)需要金屬絲網(wǎng)設置在試品周?chē)鼽c(diǎn)，絲網(wǎng)的布置及距離由制造廠(chǎng)規定。
試驗時(shí)電器在正常運行時(shí)的所有接地部件（包括外殼和金屬絲網(wǎng)）應與地絕緣，并應接至圖1中的指定點(diǎn)。
在試驗中判定有無(wú)飛弧是根據飛弧檢測電路中的熔斷元件是否熔斷來(lái)判斷。由于試驗時(shí)噴出的飛弧與熔斷元件相連的試品接地部件或金屬絲網(wǎng)間有一定的電位差，當噴出的電弧使附近的空氣被電離成導電狀態(tài)或直接噴射到接地部件或金屬絲網(wǎng)后，總有一定的電弧電流要經(jīng)過(guò)限流電阻RL和熔斷元件F到達電源中性點(diǎn)或人為中性點(diǎn)。如果此電流足夠大或持續時(shí)間長(cháng)，即I2t足夠大，可使F熔斷，反之則不能。
3 降低低壓斷路器飛弧距離方法
降低斷路器飛弧距離，不僅能提高供配電系統的安全性，還可以縮小配電柜體的體積，降低成本。為了適用市場(chǎng)需要，國內外低壓斷路器的設計制造單位在提高斷路器分斷能力的同時(shí)，都在致力于降低飛弧距離和零飛弧斷路器的研制，主要采用的方法有改進(jìn)觸頭及滅弧系統結構提高滅弧性能、采用消游離裝置等吸弧、采用限流結構、采用雙斷點(diǎn)結構、采用真空滅弧室等。
3.1 改進(jìn)觸頭及滅弧系統結構，提高滅弧性能
在出現各種故障使斷路器動(dòng)、靜觸頭分斷電流時(shí)，觸頭之間產(chǎn)生強烈的電弧，滅弧室內的鐵質(zhì)柵片被磁化，產(chǎn)生吸力把電弧引向滅弧室，將電弧拉長(cháng)并分隔成短弧，利用鐵柵片對電弧的冷卻，以提高電弧電阻和電弧電壓，將電弧熄滅。
通過(guò)對斷路器觸頭及滅弧系統進(jìn)行改進(jìn)可提高滅弧性能，縮短飛弧距離，如設置增磁塊增加引弧磁場(chǎng)，改進(jìn)弧根轉移特性；優(yōu)化滅弧柵片數量和開(kāi)距，提升靜態(tài)伏安特性；采用絕緣狹縫增壓氣吹滅弧技術(shù)加強電弧冷卻，采用產(chǎn)氣材料加強氣吹，如圖2所示。此外還可采取增大觸頭開(kāi)距、增加（觸頭）斷口等措施加強滅弧能力等。
圖2 帶產(chǎn)氣材料夾層的柵片滅弧室
3.2 采用限流結構
限流斷路器具有較好的限流效應，分斷預期短路電流時(shí)，其真正斷開(kāi)的電弧的小，電弧能量大大減小，飛弧距離也大大縮小。國內外先進(jìn)的斷路器基本都采用限流型結構，采用平行導體、VJC（金屬蒸汽噴流控制）、磁吹線(xiàn)圈（使電弧加速進(jìn)入滅弧室）等技術(shù)，實(shí)現尚未達到預期短路電流峰值前就將故障電路切斷的良好效果。
限流技術(shù)在低壓斷路器中充分得以應用，一些塑料外殼式斷路器分斷能力在A(yíng)C400V時(shí)達到150kA，而實(shí)際分斷值不到預期短路電流的10%，其只為預期值的1.3%，溢出的電弧極少。
圖3所示是一種很常用的塑殼斷路器觸頭U形限流結構，其靜觸頭導電桿有一個(gè)U形回路，能使電流在動(dòng)靜觸頭回路流動(dòng)時(shí)方向相反，增加動(dòng)靜觸頭間的電動(dòng)斥力，由于電流在靜導電桿和動(dòng)導電桿中流向相反，動(dòng)觸頭受到的回路力FL為向上的斥開(kāi)的力，加上因電流收縮引起的Holm力FH，動(dòng)觸頭所受到的總的電動(dòng)斥力為FL+FH，當有大電流流過(guò)時(shí)利用觸頭及導電體的電動(dòng)斥力，盡早斥開(kāi)觸頭，觸頭先于過(guò)電流瞬時(shí)脫扣器動(dòng)作前就斥開(kāi)，預期短路電流未達峰值前就將故障電路切斷。
同時(shí)強迫電流過(guò)零，引出電弧，電弧電阻抑制短路電流上升，實(shí)際分斷的電流很小，限流系數小于10%（如圖4所示），借助滅弧措施，快速滅弧，通電時(shí)間很短，飛弧極少甚至無(wú)飛弧。
圖3 斷路器U型限流觸頭結構
圖4 限流系數
3.3 采用消游離裝置等吸弧
在斷路器電源端的噴弧口內裝消游離滅弧器或金屬網(wǎng)格狀的滅焰器等，可有效冷卻和吸收分斷短路電流時(shí)產(chǎn)生的電弧，減少電弧飛出產(chǎn)品外，縮短低壓斷路器飛弧距離。圖5所示為一種帶有去游離電弧滅焰器的滅弧罩。
國內也有一些廠(chǎng)家在限流型斷路器的前端電弧噴出處增加塑料罩殼，防止電弧飛出產(chǎn)品外達到零飛弧效果。
圖5 一種帶有去游離柵片的滅弧罩
3.4 第四代雙斷點(diǎn)結構
第四代塑殼斷路器主要采用旋轉式雙斷點(diǎn)封閉式結構（見(jiàn)圖6），其本質(zhì)上是增加觸頭斷口的措施。在斷開(kāi)電流時(shí)每一觸頭承受1/2電壓，恢復電壓幅值低，介質(zhì)恢復強度容易超過(guò)恢復電壓增幅，可以降低分斷能量，提高分斷指標，減少分斷時(shí)產(chǎn)生的游離氣體、電弧粒子。
其觸頭系統封閉，相當于觸頭背后區域的封閉，分斷產(chǎn)生的氣體壓力強行使電弧快速進(jìn)入滅弧室，起到快速滅弧的效果；同時(shí)還可以利用氣體壓力推動(dòng)機構脫扣桿，快速打開(kāi)機構，提高斷路器的分斷能力，觸頭滅弧系統還采用平行導體增強電動(dòng)斥力的原理從而達到提高限流系數效果，動(dòng)觸頭還采用了斥開(kāi)限位結構防止觸頭二次合閘，從而使分斷指標大幅度提高，其產(chǎn)生電弧極少。
圖6 雙斷點(diǎn)觸頭結構
3.5 采用真空滅弧室
低壓斷路器滅弧系統采用真空滅弧室可實(shí)現零飛弧，如西門(mén)子公司的3WS1萬(wàn)能式斷路器等。真空滅弧室主要由氣密絕緣外殼、導電回路、屏蔽系統、觸頭、波紋管、陶瓷外殼等部分組成（如圖7所示）。
其利用高真空工作絕緣滅弧介質(zhì)，靠密封在真空中的一對觸頭來(lái)實(shí)現電路的通斷，當其斷開(kāi)一定數值的電流時(shí)，動(dòng)靜觸頭在分離的瞬間，電流收縮到觸頭剛分離的一點(diǎn)上，出現電極間電阻劇烈增大和溫度迅速提高，直至發(fā)生電極金屬的蒸發(fā)，同時(shí)形成極高的電場(chǎng)強度，導致極強烈的發(fā)射和間隙擊穿，產(chǎn)生真空電弧，當工頻電流接近零時(shí)，同時(shí)觸頭開(kāi)距增大，真空電弧的等離子體很快向四周擴散，電弧電流過(guò)零后，觸頭間隙的介質(zhì)迅速由導電體變?yōu)榻^緣體，于是電流被分斷。
圖7 真空滅弧室結構
真空滅弧室熄滅電弧在密封的真空容器中完成，電弧和熾熱氣體不會(huì )向外界噴濺沒(méi)有外逸電弧，在開(kāi)關(guān)柜中安裝時(shí)可不考慮飛弧距離，能大幅度提高使用安全性，也有利于環(huán)境保護；真空滅弧室維護更換方便，具有優(yōu)良的絕緣性能。但真空滅弧室存在成本偏高等問(wèn)題。
4 結論
低壓斷路器在低壓配電系統中用量大，但在分斷過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生電弧，電弧飛出產(chǎn)品外形成飛弧，飛弧危害性大，其檢測要符合相關(guān)標準規定，降低飛弧距離主要有改進(jìn)觸頭及滅弧系統結構提高滅弧性能、采用消游離裝置等吸弧、采用限流結構、采用第四代雙斷點(diǎn)結構、采用真空滅弧室等方法。
降低斷路器飛弧，不僅能提高供配電系統的安全性，還可以縮小配電柜體的體積，降低成本，同時(shí)智能化的低壓電器要求具有模塊化、高性能指標、小型化等特點(diǎn)，其自身也對減小飛弧距離提出了要求。
|
|
|
說(shuō)明:本頁(yè)面文章由()整理發(fā)布.文章地址： http:///hangyexinwen/370.html
|
手機掃描二維碼
