各类断路器的灭弧原理

引用各类断路器的灭弧原理电机设备2010-10-2715:24:38阅读30评论0字号：大中小订阅本文引用自缘分的天空《各类断路器的灭弧原理》引用缘分的天空的各类断路器的灭弧原理真空断路器灭弧原理？在真空断路器分断瞬间，由于两触头间的电容存在，使触头间绝缘击穿，产生真空电弧。由于触头形状和结构的原因，使得真空电弧柱迅速向弧柱体外的真空区域扩散。当被分断的电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，使电弧不能继续维持而熄灭。电弧熄灭后的几μs内，两触头间的真空间隙耐压水平迅速恢复。同时，触头间也达到了一定距离，能承受很高的恢复电压。所以，一般电流在过零后，不会发生电弧重燃而被分断。这就是其灭弧的原理。SF6开关的灭弧原理10kVSF6断路器灭派性能优良，不仅在于SF6气体本身，而且采用旋弧式灭弧室。目前，国内外在10kV电压级的SF6断路器研制上，广泛采用了具有良好灭弧性能的旋弧式灭抓室，它利用短路电流来建立磁场，使电弧在电磁力的作用下高速旋转，以达到自动灭弧的作用。其灭弧原理从图1可见：当短路开始，电信号反馈到脱扣器，使开关分闸。在分闸的瞬间，动触头和静触头之间就产生了电弧。动触头继续向下运动，电弧很快转移到引弧电极上。此时，绕在圆筒电极外而串联在静触头与圆筒电极之间的磁吹线圈通过短路电流，因而产生了磁场，于是电磁力驱使电弧高速旋转，在SF6气体中，电弧的高速旋转使得其离子体不断地与新鲜的SF6气体接触，以充分发挥六氟化硫的负电性，从而迅速地熄灭电弧。油断路器的灭弧原理当油断路器开断电路时，只要电路中的电流超过0.1A，电压超过几十伏，在断路器的动触头和静触头之间就会出现电弧，而且电流可以通过电弧继续流通，只有当触头之间分开足够的距离时，电弧熄灭后电路才断开。1OkV少油断路器开断20KA时的电弧功率，可达一万千瓦以上，断路器触头之间产生的电弧弧柱温度可达六七千度，甚至超过1万度。油断路器的电弧熄灭过程是，当断路器的动触头和静触头互相分离的时候产生电弧，电弧高温使其附近的绝缘油蒸发气化和发生热分解，形成灭弧能力很强的气体（主要是氢气）和压力较高的气泡，使电弧很快熄灭。灭弧的种类：灭弧有磁吹，纵缝灭弧，横吹的等等！磁吹当然是利用磁力来灭弧。因为电弧本身就是一个比较大的电流，用线圈通上电流，当然线圈必须是在电弧的两边，把电弧加在中间！当有电弧的时候，线圈用自己本身的磁力，把电弧拉长，让他自动熄灭！可以引申以下，原先的断路器是用油来灭弧（当然不是单纯的用油），也就是电弧形成时，会把油电离，电离出来的氢气会把电弧吹灭！现在的SF6断路器的灭弧能力是氢气的6-8倍，所以现在的断路器都是用FS6灭弧。纵缝是把电弧引到缝里面，从而灭弧。栅片是把电弧分成一段一段的，然后灭弧！高压跌落熔断器的灭弧原理大家都知道在高压大电流的场合，开关为了灭弧常常用较复杂的方法和结构，而高压跌落式熔断器却只需要一个很简单的胶管就可以顺利且很好的实现灭弧，主要原因是：第一、高压跌落熔断器电流不是很大。产生的电弧不是很大。第二，是用空气来熄灭电弧的。有点和空开的灭弧原理一样。只是结构不同而已。灭弧目录基本释义应用与装置灭弧的主要措施编辑本段基本释义灭弧：消除电火花电弧:电火花编辑本段应用与装置应用:灭弧脂，良好的灭弧性和导电性,防止积炭和产生电火花。灭弧装置:围绕着机械式开关的弧触头，用以限制电弧并帮助电弧熄灭的装置。产生电弧的根本原因在于开关电器触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子，当分断的触头间存在足够大的外施电压，而且电路电流也达到最小生弧电流时，就会强烈游离而形成电弧。编辑本段灭弧的主要措施(1)增大近极电压降。主要方法是把电弧分隔为许多串联短弧。若利用金属片将长弧切成若干短弧，则电弧上的电压降将近似增大若干倍，电弧就不能维持燃烧而迅速熄灭。(2)增大弧柱电压的顺轴梯度。主要方法是加强对电弧的冷却。具体方法有：迅速拉长电弧；让电弧在固体介质所形成的狭沟中燃烧；利用外力吹动电弧；将粗大的电弧分成若干平行的细小电弧。上述具体方法除能达到增大电弧冷却面积，加强热交换，加速电弧的冷却，实现增大弧柱电压的顺轴梯度的目的外，还因电弧冷却了能使触头温度下降，从而又可达到增大近极电压降的目的。(3)增大电弧长度。主要方法是增大触头的开距；利用外力吹动(拉长)电弧。(4)改善灭弧介质，增大弧隙间的电绝缘强度工厂供电开关电器的灭弧电弧是电气设备运行中经常发生的物理现象，其特点是光亮很强和温度很高。它不仅对触头有很大的破坏作用，电弧的产生对供电系统的安全运行有很大影响。首先，电弧延长了电路开断短路电流的时间。在开关分断短路电流时，开关触头上的电弧就延长了短路电流通过电路的时间，使短路电流危害的时间延长，这可能对电路设备造成更大的损坏。同时，电弧的高温可能烧坏开关的触头，烧毁电气设备和导线电缆，甚至可能引起火灾和爆炸事故。此外，强烈的电弧可能损伤人的视力，严重的可导致人失明。因此，开关设备在结构设计上就要保证其操作时电弧能迅速地熄灭。我们知道电弧的产生会对供电系统的安全运行产生非常不利的影响，因此有必要了解下电弧产生的原因：在实际中，开关触头在分断电流时之所以会有电弧，原因在于触头本身及触头周围的介质中含有大量的可被游离的电子。当分断的触头之间存在足够大的外施电压的条件下，这些电子就有可能被强烈电离而产生电弧。那么要使电弧熄灭，就必须使触头间电弧中的去游离率大于游离率，即其中离子消失的速率大大于离子产生的速率。所以在电气设备的运行中，常常会采用下列几种方法灭弧：速拉灭弧法、冷却灭弧法、吹弧灭弧法、长弧切短灭弧法、狭沟或狭缝灭弧法、真空灭弧法和六氟化硫灭弧法。1.速拉灭弧法速拉灭弧法：速拉灭弧法这是开关电器中普遍采用的最基本的一中灭弧法。迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降，离子的复合迅速增强，从而加速断乎的熄灭。这种方法是利用开关中装设的强有力的断路弹簧，快速分断触头，迅速拉长电弧，最终达到灭弧的目的。2.冷却灭弧法：冷却灭弧法：冷却灭弧法通过降低电弧的温度，使电弧中的高温游离减弱，正负离子的复合增强，使电弧加速熄灭。这种方法在开关电器中也应用普遍，也是一种基本的灭弧方法。以上两种灭弧法都是利用空气的流动降温灭弧的，低压小功率电器开关基本上都是空气自然冷却灭弧。如一般接触器、转换开关等。3.吹弧灭弧法：吹弧灭弧法：吹弧灭弧法利用外力（如气流、油流或电磁力）来吹动电弧，使电弧加速冷却，同时拉长电弧，降低电弧中的电场强度，使离子的复合和扩散增强，从而加速电弧的熄灭。这种灭弧方法的灭弧能力不是很强，灭弧速度也不快，一般是用于中低电压的电路开关中。4.长弧切短灭弧法：长弧切短灭弧法：长弧切短灭弧法由于电弧的电压降主要降落在阴极和阳极上，其中阴极电压降又比阳极电压降大得多，而电弧的中间部分（弧柱）的电压降是很小的。因此如果利用金属片将长弧切割成若干倍。当外施电压小于电弧上的电压降时，则电弧不能维持而迅速熄灭。利用铁磁将触头间电弧快速吸入钢灭弧栅。同时钢片对电弧还有一定的冷却降温作用。5.粗弧分细灭弧法：粗弧分细灭弧法：粗弧分细灭弧法将粗大的电弧分成若干平行的细小电弧，使电弧与周围介质的接触面增大，改善电弧的散热条件，降低电弧的温度，从而加速电弧中离子的复合和扩散都得到加强，使电弧加速熄灭。6.狭沟灭弧法：狭沟灭弧法：狭沟灭弧法利用电动力吹弧使电弧进入绝缘栅片内，使电弧在固体介质所形成的狭沟中燃烧，改善了电弧的冷却条件，同时由于电弧与介质表面接触使带电质点复合大大增强，从而加速电弧工厂供电的熄灭。比如有的熔断器熔管内充填石英砂，在熔断器中充填石英砂，其目的是为了增强熔断器的灭弧能力。石英砂具有较高的导热性和绝缘性能，并且与电弧有很大的接触面积，便于吸收电弧能量，因此能使电弧迅速冷却。使熔丝在石英砂中熔断。7.真空灭弧法：真空灭弧法：真空灭弧法因为真空具有较高的绝缘强度。如果将开关触头装在真空容器内，则在触头分断时其间产生的电弧一般较小，且在电流第一次过零时就能熄灭电弧。比如在真空断路器分断瞬间，由于两触头间的电容存在，使触头间绝缘击穿，产生真空电弧。由于触头形状和结构的原因，使得真空电弧柱迅速向弧柱体外的真空区域扩散。当被分断的电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，使电弧不能继续维持而熄灭。电弧熄灭后的几s内，两触头间的真空间隙耐压水平迅速恢复。同时，触头间也达到了一定距离，能承受很高的恢复电压。所以，一般电流在过零后，不会发生电弧重燃而被分断。这就是其灭弧的原理。8.六氟化硫灭弧法：六氟化硫灭弧法：六氟化硫灭弧法由于六氟化硫（SF6）具有优良的绝缘性能和灭弧性能，其绝缘强度约为空气的三倍，其绝缘强度恢复的速度约比空气快一百倍，因此采用六氟化硫来灭弧可以大大提高开关的断流容量和缩短灭弧时间。原理是：当短路开始，电信号反馈到脱扣器，使开关分闸。在分闸的瞬间，动触头和静触头之间就产生了电弧。动触头继续向下运动，电弧很快转移到引弧电极上。此时，绕在圆筒电极外而串联在静触头与圆筒电极之间的磁吹线圈通过短路电流，因而产生了磁场，于是电磁力驱使电弧高速旋转，在SF6气体中，电弧的高速旋转使得其离子体不断地与新鲜的SF6气体接触，以充分发挥六氟化硫的负电性，从而迅速地熄灭电弧。以上介绍的灭弧方法各有优缺点，在不同的场合常常根据具体情况选用不同的开关电器来灭弧，或者同时利用几种不同的灭弧方法来达到迅速灭弧的目的。在低压输配电网络中，塑壳断路器是重要的基础元件之一，对于那些经常会发生用电设备过载、短路的场合，能安全、可靠地切断故障电流，防止事故扩大危及到整个输配电系统。国外ABB、西门子、施耐德等公司已经推出新一代产品，国内正泰集团、德力西电器、百利电气等企业也在低压电器领域形成第四代塑料外壳式断路器，新一代电器的主要技术特征为：高性能的触头灭弧系统，采用模块化结构，电子式脱扣器，性能优越，安装方式简便多样，与现场总线进行通讯等。高性能触头灭弧系统ABB公司、施耐德、GE等欧美大部分公司新一代产品采用双断点旋转式触头系统，加强了短弧度近阴极效应，具有较高的电弧电压，以提高分断能力，并省去软连接。以日本三菱、富士公司为代表的产品仍采用单断点触头系统。国内部分企业申请了相关双断点旋转式触头的专利，如浙江正泰电器股份有限公司申请的发明专利01132088.5（申请日：2001.10.30、公开日：2003.05.07）公开了一种多极低压双断点塑壳断路器，它的特点是每极的两个灭弧室由相对独立的密封单元组装构成，各极的动触头通过触头支持设置在同一转轴上，触头支持通过一连杆与设置在其中一个小壳体上的操作机构相连；大壳体上设有极间隔墙，所述隔墙上设有支承所述转轴的轴承。该发明采用相对简单的结构，达到各单极单元之间可靠的机械连接和传动；同时，并使安装更为灵活和方便，可简化装配工艺，降低制造成本。采用电子式脱扣器电子脱扣器是微电子、计算机和通信技术的结合，具有传统热磁脱扣器不可比拟的优势。如：脱扣特性稳定，不受环境温度及气候的影响；脱扣电流和时间的精度较高；整定电流可调，并可设置不同的特性曲线以适应各种负载保护的要求；电子脱扣器可以派生通信功能，实现网络化控制，还可派生区域联锁、电量监控及电能分析等辅助功能。各公司的新一代塑壳断路器均可安装电子脱扣器，并逐渐向160A及以下的小容量额定电流壳架发展。如ABB公司推出的SACEIsomaxS低压塑壳断路器采用微处理器电子式脱扣器，分断方式和形状特殊的开断元件使断路器能在极短时间内断开高达200kA的短路电流。常熟开关制造有限公司推出的CM1E系列电子可调式塑料外壳式断路器采用电子可调脱扣器和单片机控制，通过对信息的采集、分析和处理，指挥和控制断路器的运行状态。高性能：分断能力达50KA～100KA目前国内外新一代塑壳断路器产品综合技术和性能指标都有了很大的提高，可满足整个配电系统的要求，同时也考虑到系统的安全性、可靠性和经济性，下面就列举部分国内外相关企业各种壳架等级的塑壳断路器产品技术指标。低压电器中触头灭弧系统的设计低压电器中触头灭弧系统