1,限流型断路器的原理

大家都知道限流型断路器的分断能力很高,可以达到 150-200KA,但这里给出的 数据往往是预期短路电流值,并不是实际通过限流型断路器短路电流值,因此在采用限流型断路器保护的 配电系统校验动热稳定时,要注意所选择的短路电流参数.

有些厂家声称他们的低压断路器全部是限流型 断路器,大家在了解限流型断路器的限流原理后,就可以分辨真伪.低压断路器的限流问题是为了分断低 阻抗大容量变压器及不断发展的配电网络所引起的很大的故障短路电流而提出的,它要求断路器的分断时 间短得足以使短路电流在达到其预期峰值前分断.

50 年代末,法国首先研究限流分断问题,并研制出了限 流空气断路器,使空气断路器的短路分断能力达到 100kA.几十年来,有许多种成熟的,效果好的限流技 术在低压断路器中得到广泛的使用,如去离子栅灭弧,限流电阻,自复式限流元件,磁吹,电动斥力,VJC 以及固体绝缘屏幕限流技术等.

目前,在先进的塑壳式断路器的设计中,充分利用了空气电磁原理和限流 原理,使其分断能力达 200kA.近年来,随着计算机技术,控制技术,新料技术以及电力电子技术的引入, 使得限流技术有了更新的发展,如超导限流器,以 GTO 为基础的限流器,可控阻抗变换器及故障检测技术 等,这些限流分断新技术的研究会大大提高断路器的分断能力和限流能力.

传统低压断路器限流分断的原 理是当故障发生时,触头快速打开产生电弧,相当于在线路中串人一个迅速增长的电弧电阻,从而限制短 路电流.这个迅速增长的电弧电阻,通常称为"动态电弧电阻".

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,限流断路器灭孤室的栅片数比一般的断路器要多, 并且排列得更紧密.电弧电压上升得越快,限流效果就越好,最终,电弧电压超过电源电压的值,使得电 源电压无法维持电弧, 从而完成熄弧限流分断.

要使电弧电压迅速升高, 传统的有两种方法:

(1)磁吹线圈.

这种情况下,电弧将会被迅速拉长,它不仅增加了电弧的长度,而且也增加电弧的热传导面积.

(2)使用引 弧道来迅速升高电弧电压.

当触头 打开时,沿着引弧道上的电磁力将拉长电弧,当 电弧被驱动到灭弧室, 就会进一步分割,冷却,这种方法的前提要求;①电弧必须能被强迫脱离触头(在触头间的间隙大于约 1mm 时,它才会发生);②电弧必须非常快地脱离触头区,这样就减少了触头材料的损耗,同时,触头间隙恢复; ③电弧必须以非常快的速度沿着引弧道运动(约 l00m/s),然后进入去离子栅片以提高最终的电弧电压值.

在限流断路器的设计中,有以下 4 个基本的原则:

a.触头迅速打开

b.迅速提高电弧电压

c.使最终的 电弧电压值高

d.快速的介质强度恢复

常用的限流技术分三类:

1)人工零点法.

利用电弧去产生人工零 点,使得弧隙中的电流为零,从而使电弧熄灭.

2)提高电弧静态伏一安特性法.

通常采用去离子栅法,绝 缘栅法,窄缝法及 VJC 法等.去离子栅法就是利用金属栅片把电弧分割成若干个互相串联的短弧,利用短 弧的压降来提高电弧电压而使电弧熄灭;绝缘栅法:即栅片是绝缘的,其作用是导出电弧的热量,以提高 电弧的弧柱压,同时,栅片将电弧分割成若干段的短弧,每一栅片就是短弧的电极,同时产生许多个阳极 压降和阴极压降,对直流电弧而言,利用近极处的电弧电压降加弧柱的电压降一起灭弧;窄缝法,通常采 用多重窄缝,这样,可以减少电弧进入上部窄缝的阻力,因而在驱动电弧运动的电磁力给定时,可以采用 比单窄缝灭弧室更小的缝隙,一方面可将电弧直径压缩,使电弧同缝隙壁紧密接触:另一方面,也使电弧 面积增加,长度增长,这些都进一步加强了冷却和去游离的作用,使电弧熄灭;VJC 法主要是在电极的四 周覆盖一定厚度的绝缘 物或高电阻金属材料,从而对电弧弧柱进行控制,以达到升高电弧电压的目的.固 体绝缘屏幕法是利用一固体绝缘屏幕快速插入到分断故障电流的触头中,使触头间燃烧的电弧被屏幕隔开 而迅速熄灭.以上这些方法通常综合使用,如 VJC 及多窄缝法,以取得更好的限流分断的效果.

3)提高触 头分断速度法.

通常利用巨大的断开弹簧或其他加速装置将触头拉开,或利用储能的电容器对斥力线圈放 电在铝盘中感应出涡流来产生巨大电动斥力,将动触头打开,与此同时,尽量加快脱扣器的动作及机构的 动作,以达到高速分断的目的,这样,分离时所需时间越小,则限流作用就越大.