低壓斷路器滅弧系統研究

摘 要：在現代社會，不管是哪一方面都需要電。在電產生、輸送和使用的過程中，配電是其中一個十分重要的環節。低壓斷路器的主要功能是在正常情況下閉合或斷開供應電能的電路，達到供電、停電、轉換電路的目的。文章在分析低壓斷路器的基礎上分析滅弧系統的作用與性能，并重點滅弧系統進行分析，為制定滅弧系統技術方案提供有價值參考。

關鍵詞：低壓斷路器；滅弧系統；電弧測試

引言

在我國電力行業不斷發展的當下，整個電器工業也在不斷發展，特別是低壓電器方面，借助技術的進步實現了良好的發展。低壓斷路器中最能夠體現其技術價值的指標——短路分斷能力與導電滅弧系統。為了進一步提高低壓斷路器的性能，目前的研究重點放在提高斷路器滅弧室壓力、使用產氣材料等。

1 低壓斷路器概述

在配電系統中，包含了變壓器和高、低壓電壓設備，而低壓斷路器則屬于其中一種十分重要的電器元件。低壓斷路器可以分為兩種，一種是萬能式，另一種是塑料外殼式[1]。隨著電弧理論研究的逐漸深入以及各種滅弧裝置被不斷發明出來，低壓斷路器逐漸展示出良好的性能。

2 低壓斷路器滅弧系統作用與性能

（1）滅弧系統的作用，其主要作用是熄滅觸點在切斷電路時產生的電弧。但是滅弧的方式不同，這與斷路器的型號、結構、電壓等技術參數等有關[2]。一般，比較常用的斷路器其采用的滅弧系統都是采用滅弧柵片和窄片的復式結構方式，這種結構方式能夠增強滅弧能力，又能夠減小飛弧距離，從而達到提高斷流容量的效果。

（2）滅弧系統的性能，滅弧系統需要能夠可靠地熄滅電弧，燃弧需要盡可能短。需要有足夠的熱容量，在電弧熄滅時需要控制滅弧室溫度，防止滅弧室變形或破裂。還需要設計盡可能小的飛弧距離，必要時可在柵片上增設滅焰柵片。由于滅弧裝置的結構是由斷路器的種類決定的，以框架式低壓斷路器為例，其采用一種滅弧罩，觸點分斷時產生的電弧，被拉長后即被交叉放置的長短不同的鋼質柵片吸引，在柵片的強烈冷卻作用下和短弧效應作用下迅速熄滅。

3 低壓斷路器滅弧性研究

3.1 低壓斷路器的滅弧裝置型式

（1）絕緣柵片式，這種型式一般用于熄滅直流電弧，其工作原理是在外磁場的作用下將電弧拉長，利用長弧原理將電弧熄滅。當電壓越高，就需要越多的柵片數[3]。在這種情況下就會出現柵片太多電弧無法進入柵片的情況。

（2）絕緣金屬柵片式，這種結構與金屬柵片式滅弧裝置類似，其工作原理是利用長弧原理熄滅電弧，借助絕緣柵片中鐵磁材料幫助電弧進入柵片，利用直流回路產生的磁場吹弧，一般用于熄滅直流電弧。

（3）真空室，在高度真空中其展現出良好的絕緣和滅弧性能。這類滅弧型式的滅弧性能與真空度有關，還與采用的觸頭材料有關。目前市場中比較常見的觸頭材料就是使用銅-鉍-鈽合金，具有抗熔焊能力強、電弧電壓低、截斷電流小等優點。這種真空滅弧裝置結構簡單、體積小、不需維護，在低空領域的應用越來越廣泛。但是這種滅弧裝置也存在一定的缺點，在開斷電感性負載電流時，孤隙上會產生很高的過電壓，因此需要采取各種手段抑制過電壓。另外真空滅弧裝置遇到沖擊、振動等惡劣環境能夠保證原有的真空度仍然是一個問題。

（4）金屬柵片式，這類滅弧裝置主要適用于交流斷路器和直流通用斷路器。這種滅弧柵片的布置有平行布置和輻射狀布置的方式，其中輻射狀布置的柵片式滅弧一般用于額定工作電壓比較高的斷路器。這種滅弧裝置對熄滅交流電弧具有制造工藝簡單、結構簡單、成本較低等優勢[4]。其缺點是帶來柵片中電阻、磁滯和渦流引起的損耗。

（5）縱縫式，其原理是利用長弧原理熄滅電弧，適用于熄滅直流電弧。其中使用的室壁材料采用石棉水泥，這種型式結構簡單，缺點是為了達到熄滅電弧的目標，需要延長滅弧室的縱向尺寸。

（6）曲縫式，這種型式是在縱縫式滅弧室上發展起來的一種變形，當電弧進入到滅弧室后被拉的越來越長，與縫壁的接觸面積增加，從而提高了電弧熄滅效果。這種型式主要用于直流斷路器。由于電弧進入到縫壁的阻力比較大，因此一般都是與強磁吹裝置配合，主要用于直流斷路器。

（7）螺旋式，這種型式利用長弧與短弧相結合的滅弧原理，其中使用的絕緣隔片采用耐弧水泥，上設小弧角，將電弧變成螺旋狀，從而有效拉長了滅弧長度。這種滅弧裝飾適用于直流快速斷路器，但是需要增加磁吹裝置。

3.2 滅弧系統的技術方案

綜合分析各種滅弧裝置的結構形式以及滅弧原理和各自特點，考慮采用金屬柵片式滅弧裝置，并針對斷路器的各個結構形式進行具體分析。

（1）滅弧裝置結構，關于觸頭材料的選擇，考慮到斷路器的主觸頭需要具備長期導電能力與一定機械強度，要求需要具備抗熔焊性能和耐電弧灼燒性能，可以采用單檔觸頭設計方式，但是又考慮到斷路器的短路分斷能力，因此可以采用動觸頭導電回路多支路并聯設計方式，之所以考慮使用這種方式的原因在于能夠減小動觸頭的電動斥力，又能夠增加對觸頭的散熱。考慮到滅弧介質壓力對滅弧系統的影響，因此可以考慮使用基本封閉型，僅在滅弧室上方留出通氣口，這種方式能夠促使電弧盡快熄滅，從而起到分斷電路的目的。

（2）考慮到滅弧裝置，分析交流電弧的特點以及斷路器的分斷能力，擬設計成采用金屬柵片式滅弧裝置的結構型式，整個滅弧裝置由引弧片、滅弧柵片、滅焰柵片、滅弧室外殼組成。先計算電弧進入柵片之前的電弧電壓，再計算電弧進入到柵片之后變成串聯的短弧的電壓[5]。

（3）關于引弧角，設置引弧角的目的是為了利用導電回路磁場產生的電動力拉長電弧并將其進入滅弧室，通過在斷路器的動靜觸頭上設置引弧角，引弧角與靜觸頭連接，保證電弧能夠盡快離開觸頭，避免觸頭過分燒損，還能夠加強對孤柱的冷卻。在引弧角上中間位置開3mm的槽，不僅能夠加強電弧的冷卻效果，還能夠加強電流過零后的近陰極效應，從而加強初始介質的恢復強度。

4 結束語

本次研究通過在分析低壓斷路器的作用與性能的基礎上加強了對滅弧系統的研究。本次研究不足之處在于未對低壓段利器系統如何適應更加復雜的外界環境條件進行進一步研究，另外還需要進一步加強理論與實踐的結合，將理論研究與試驗結合，旨在為相關行業裝備提供參考，充分發揮出低壓斷路器的價值。

參考文獻

[1]周大俊.萬能式斷路器滅弧結構研究分析[J].科技創新導報，

2012，21（24）：12-13.

[2]謝忠夫.DW45萬能式斷路器不同觸頭結構的分斷試驗分析[J].電器與能效管理技術，2015，11（2）：19-22+48.

[3]戴水東.HSW1萬能式斷路器技術升級的要點[J].電氣制造，

2010，13（8）：42-44.

[4]謝忠夫，謝佩佩.提高DW50萬能式斷路器短路特性指標的方法探討[J].電器與能效管理技術，2016，21（1）：75-79.

[5]熊麗，崔 杰，軒吉濤，等.一種萬能式斷路器在AC690V的滅弧室優化設計[J].電氣制造，2014，33（10）：70-73.

作者簡介：匡紅勇（1978，01-），男，民族：漢，學歷：大專，籍貫：湖南省祁東縣，工作單位：東莞基業電氣設備有限公司，研究方向：低壓電器 斷路器制造及其應用。