低压断路器灭弧系统研究

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摘 要：在现代社会，不管是哪一方面都需要电。在电产生、输送和使用的过程中，配电是其中一个十分重要的环节。低压断路器的主要功能是在正常情况下闭合或断开供应电能的电路，达到供电、停电、转换电路的目的。文章在分析低压断路器的基础上分析灭弧系统的作用与性能，并重点灭弧系统进行分析，为制定灭弧系统技术方案提供有价值参考。

关键词：低压断路器；灭弧系统；电弧测试

引言

在我国电力行业不断发展的当下，整个电器工业也在不断发展，特别是低压电器方面，借助技术的进步实现了良好的发展。低压断路器中最能够体现其技术价值的指标――短路分断能力与导电灭弧系统。为了进一步提高低压断路器的性能，目前的研究重点放在提高断路器灭弧室压力、使用产气材料等。

1 低压断路器概述

在配电系统中，包含了变压器和高、低压电压设备，而低压断路器则属于其中一种十分重要的电器元件。低压断路器可以分为两种，一种是万能式，另一种是塑料外壳式[1]。随着电弧理论研究的逐渐深入以及各种灭弧装置被不断发明出来，低压断路器逐渐展示出良好的性能。

2 低压断路器灭弧系统作用与性能

（1）灭弧系统的作用，其主要作用是熄灭触点在切断电路时产生的电弧。但是灭弧的方式不同，这与断路器的型号、结构、电压等技术参数等有关[2]。一般，比较常用的断路器其采用的灭弧系统都是采用灭弧栅片和窄片的复式结构方式，这种结构方式能够增强灭弧能力，又能够减小飞弧距离，从而达到提高断流容量的效果。

（2）灭弧系统的性能，灭弧系统需要能够可靠地熄灭电弧，燃弧需要尽可能短。需要有足够的热容量，在电弧熄灭时需要控制灭弧室温度，防止灭弧室变形或破裂。还需要设计尽可能小的飞弧距离，必要时可在栅片上增设灭焰栅片。由于灭弧装置的结构是由断路器的种类决定的，以框架式低压断路器为例，其采用一种灭弧罩，触点分断时产生的电弧，被拉长后即被交叉放置的长短不同的钢质栅片吸引，在栅片的强烈冷却作用下和短弧效应作用下迅速熄灭。

3 低压断路器灭弧性研究

3.1 低压断路器的灭弧装置型式

（1）绝缘栅片式，这种型式一般用于熄灭直流电弧，其工作原理是在外磁场的作用下将电弧拉长，利用长弧原理将电弧熄灭。当电压越高，就需要越多的栅片数[3]。在这种情况下就会出现栅片太多电弧无法进入栅片的情况。

（2）绝缘金属栅片式，这种结构与金属栅片式灭弧装置类似，其工作原理是利用长弧原理熄灭电弧，借助绝缘栅片中铁磁材料帮助电弧进入栅片，利用直流回路产生的磁场吹弧，一般用于熄灭直流电弧。

（3）真空室，在高度真空中其展现出良好的绝缘和灭弧性能。这类灭弧型式的灭弧性能与真空度有关，还与采用的触头材料有关。目前市场中比较常见的触头材料就是使用铜-铋-钸合金，具有抗熔焊能力强、电弧电压低、截断电流小等优点。这种真空灭弧装置结构简单、体积小、不需维护，在低空领域的应用越来越广泛。但是这种灭弧装置也存在一定的缺点，在开断电感性负载电流时，孤隙上会产生很高的过电压，因此需要采取各种手段抑制过电压。另外真空灭弧装置遇到冲击、振动等恶劣环境能够保证原有的真空度仍然是一个问题。

（4）金属栅片式，这类灭弧装置主要适用于交流断路器和直流通用断路器。这种灭弧栅片的布置有平行布置和辐射状布置的方式，其中辐射状布置的栅片式灭弧一般用于额定工作电压比较高的断路器。这种灭弧装置对熄灭交流电弧具有制造工艺简单、结构简单、成本较低等优势[4]。其缺点是带来栅片中电阻、磁滞和涡流引起的损耗。

（5）纵缝式，其原理是利用长弧原理熄灭电弧，适用于熄灭直流电弧。其中使用的室壁材料采用石棉水泥，这种型式结构简单，缺点是为了达到熄灭电弧的目标，需要延长灭弧室的纵向尺寸。

（6）曲缝式，这种型式是在纵缝式灭弧室上发展起来的一种变形，当电弧进入到灭弧室后被拉的越来越长，与缝壁的接触面积增加，从而提高了电弧熄灭效果。这种型式主要用于直流断路器。由于电弧进入到缝壁的阻力比较大，因此一般都是与强磁吹装置配合，主要用于直流断路器。

（7）螺旋式，这种型式利用长弧与短弧相结合的灭弧原理，其中使用的绝缘隔片采用耐弧水泥，上设小弧角，将电弧变成螺旋状，从而有效拉长了灭弧长度。这种灭弧装饰适用于直流快速断路器，但是需要增加磁吹装置。

3.2 灭弧系统的技术方案

综合分析各种灭弧装置的结构形式以及灭弧原理和各自特点，考虑采用金属栅片式灭弧装置，并针对断路器的各个结构形式进行具体分析。

（1）灭弧装置结构，关于触头材料的选择，考虑到断路器的主触头需要具备长期导电能力与一定机械强度，要求需要具备抗熔焊性能和耐电弧灼烧性能，可以采用单档触头设计方式，但是又考虑到断路器的短路分断能力，因此可以采用动触头导电回路多支路并联设计方式，之所以考虑使用这种方式的原因在于能够减小动触头的电动斥力，又能够增加对触头的散热。考虑到灭弧介质压力对灭弧系统的影响，因此可以考虑使用基本封闭型，仅在灭弧室上方留出通气口，这种方式能够促使电弧尽快熄灭，从而起到分断电路的目的。

（2）考虑到灭弧装置，分析交流电弧的特点以及断路器的分断能力，拟设计成采用金属栅片式灭弧装置的结构型式，整个灭弧装置由引弧片、灭弧栅片、灭焰栅片、灭弧室外壳组成。先计算电弧进入栅片之前的电弧电压，再计算电弧进入到栅片之后变成串联的短弧的电压[5]。

（3）关于引弧角，设置引弧角的目的是为了利用导电回路磁场产生的电动力拉长电弧并将其进入灭弧室，通过在断路器的动静触头上设置引弧角，引弧角与静触头连接，保证电弧能够尽快离开触头，避免触头过分烧损，还能够加强对孤柱的冷却。在引弧角上中间位置开3mm的槽，不仅能够加强电弧的冷却效果，还能够加强电流过零后的近阴极效应，从而加强初始介质的恢复强度。

4 结束语

本次研究通过在分析低压断路器的作用与性能的基础上加强了对灭弧系统的研究。本次研究不足之处在于未对低压段利器系统如何适应更加复杂的外界环境条件进行进一步研究，另外还需要进一步加强理论与实践的结合，将理论研究与试验结合，旨在为相关行业装备提供参考，充分发挥出低压断路器的价值。

参考文献

[1]周大俊.万能式断路器灭弧结构研究分析[J].科技创新导报，

2012，21（24）：12-13.

[2]谢忠夫.DW45万能式断路器不同触头结构的分断试验分析[J].电器与能效管理技术，2015，11（2）：19-22+48.

[3]戴水东.HSW1万能式断路器技术升级的要点[J].电气制造，

2010，13（8）：42-44.

[4]谢忠夫，谢佩佩.提高DW50万能式断路器短路特性指标的方法探讨[J].电器与能效管理技术，2016，21（1）：75-79.

[5]熊丽，崔 杰，轩吉涛，等.一种万能式断路器在AC690V的灭弧室优化设计[J].电气制造，2014，33（10）：70-73.

作者简介：匡红勇（1978，01-），男，民族：汉，学历：大专，籍贯：湖南省祁东县，工作单位：东莞基业电气设备有限公司，研究方向：低压电器 断路器制造及其应用。