新型混合式灭弧系统在限流断路器中的研究

新型混合式灭弧系统在限流断路器中的研究
1　概　述
低压限流断路器是低压配电系统中应用最为普遍的电器产品之一，它在开断故障电流的同时也能对故障电流进行限制，因此具有较高的开断能力。
与一般的断路器的灭弧室不同，低压限流断路器的灭弧室采用多个灭弧栅片。在开断过程中，首先动触头和静触头分开产生电弧，在电磁场和热场，流场的作用下运动至灭弧栅片。当电弧进入栅片后，由于被分成的多个短弧的近极压降，使电弧电压迅速上升，从而达到限流的目的。
为了有较高的电弧电压，限流断路器灭弧室的栅片数比一般的断路器要多，并且排列得更紧密。这样，电弧在进入灭弧室时所受的阻力要较大，在栅片入口处停滞的时间也较长。因此在栅片入口处所产生的金属蒸气也较多。近年来对低压限流断路器的研究表明：电弧在栅片入口处多次出现在栅片内与栅片外，导致电弧电压的反复跌落，所示(1.25ms/格)，降低了限流断路器的限流特性，使燃弧时间增长。
一般限流断路器开断时的背后击穿现象
用二维光纤电弧测试系统所观察的限流断路器的开断过程
从限流断路器开断过程中电弧运动的观察结果可以看出，用二维光纤阵列电弧测试系统可以对开断过程中电弧的运动进行观察。中，每一个圆代表一根光纤，如果光纤观测到了电弧，则相应的小圆被填充。上面的结果可看出，在1.5ms时，电弧产生，2.0ms时电弧向前运动，3.2ms时电弧开始进入灭弧栅片，3.5ms时电弧已经完全进入灭弧栅片，4.2ms时电弧退出了灭弧栅片。这说明一般的限流断路器在开断过程中存在背后击穿，降低了开断性能。
本文直接在灭弧室栅片间插入产气绝缘材料中所示，在电弧的高温作用下，发出大量的绝缘物蒸气，这样由于限制了电弧弧根，并借助绝缘物产生的蒸气，使电弧弧根周围压力进一步提高，控制了电极发射出的金属蒸气的喷流运动方向。此外，绝缘物产生的气体冷却电弧弧柱，使电弧电阻上升，电弧电压提高。
通过运用二维电弧光纤测试系统对开断时电弧运动的观察，本文发现，一般结构的限流断路器在开断时，电弧多次反复出现背后击穿，这与开断过程中电弧电压的跌落是相应的。在灭弧室栅片间插入产气绝缘材料后，由于灭弧室内栅片间的绝缘板对热气流扩散的限制，并且产生大量的气体，对电弧进行更直接的冷却，因此电弧电压较平稳，在整个开断过程中，电弧反复在栅片灭弧室之外出现的次数也大为减少。
采用隔弧板，由于具有最好通气情况，可以在开断中抑制热气流的回流，控制金属蒸气的向后扩散，也可以使大量的能量排出。具有好的开断特性，可以非常有效的抑制背后击穿现象的产生。从二维光纤电弧测试系统的观察结果，以及开断时的限流断路器开断电弧电压电流波形图，可以看出几乎没有背后击穿的发生。但在开断中，由于大量金属蒸气的扩散，使电弧电阻变小，电弧电压持续下降，最高值与最低值有时相差150V，不利于开断特性的提高。
考虑到上面的结构的优点与缺点，而采用窄缝灭弧室，栅片灭弧室与隔弧板相配合的混合式灭弧室，多次实验获得的限流断路器开断电弧电压电流波形图，以及用二维光纤阵列电弧测试系统所观察的电弧运动图象，都明显看出，这种结构完全抑制了背后击穿的发生，并且一旦电弧进入栅片灭弧室，则电弧电压始终保持一个较高的值，燃弧时间以及充能能量都是最小的。通过实验中对多种结构进行对比。在上中，结构(1)与(2)采用了窄缝与栅片配合，结构(1)中的灭弧室后部用开孔面积50%的绝缘板以防止飞弧。但这样开断时有时也会有背后击穿的发生。结构(2)中除了采用窄缝与栅片配合，还在灭弧室栅片之后续接上绝缘隔离板，这样即保证了灭弧室内气体的流通，消弱了热气流的回流，又保证了电弧不会在灭弧室的后部跑出栅片而导致电压的突降。结构(3)也采用了这种能消弱热气流的回流的方法，但没有采用窄缝与栅片配合。中的(4)，(5)分别是(2)与(3)的侧视图。这些结构的开断电弧电压电流波形有所不同。所示。