1,限流型斷路器的原理

大家都知道限流型斷路器的分?jǐn)嗄芰芨?可以達(dá)到 150-200KA,但這里給出的 數(shù)據(jù)往往是預(yù)期短路電流值,并不是實(shí)際通過(guò)限流型斷路器短路電流值,因此在采用限流型斷路器保護(hù)的 配電系統(tǒng)校驗(yàn)動(dòng)熱穩(wěn)定時(shí),要注意所選擇的短路電流參數(shù).

有些廠家聲稱他們的低壓斷路器全部是限流型 斷路器,大家在了解限流型斷路器的限流原理后,就可以分辨真?zhèn)?低壓斷路器的限流問(wèn)題是為了分?jǐn)嗟?阻抗大容量變壓器及不斷發(fā)展的配電網(wǎng)絡(luò)所引起的很大的故障短路電流而提出的,它要求斷路器的分?jǐn)鄷r(shí) 間短得足以使短路電流在達(dá)到其預(yù)期峰值前分?jǐn)?

50 年代末,法國(guó)首先研究限流分?jǐn)鄦?wèn)題,并研制出了限 流空氣斷路器,使空氣斷路器的短路分?jǐn)嗄芰_(dá)到 100kA.幾十年來(lái),有許多種成熟的,效果好的限流技 術(shù)在低壓斷路器中得到廣泛的使用,如去離子?xùn)艤缁?限流電阻,自復(fù)式限流元件,磁吹,電動(dòng)斥力,VJC 以及固體絕緣屏幕限流技術(shù)等.

目前,在的塑殼式斷路器的設(shè)計(jì)中,充分利用了空氣電磁原理和限流 原理,使其分?jǐn)嗄芰_(dá) 200kA.近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù),控制技術(shù),新料技術(shù)以及電力電子技術(shù)的引入, 使得限流技術(shù)有了更新的發(fā)展,如超導(dǎo)限流器,以 GTO 為基礎(chǔ)的限流器,可控阻抗變換器及故障檢測(cè)技術(shù) 等,這些限流分?jǐn)嘈录夹g(shù)的研究會(huì)大大提高斷路器的分?jǐn)嗄芰拖蘖髂芰?

傳統(tǒng)低壓斷路器限流分?jǐn)嗟脑?理是當(dāng)故障發(fā)生時(shí),觸頭快速打開(kāi)產(chǎn)生電弧,相當(dāng)于在線路中串人一個(gè)迅速增長(zhǎng)的電弧電阻,從而限制短 路電流.這個(gè)迅速增長(zhǎng)的電弧電阻,通常稱為"動(dòng)態(tài)電弧電阻".

與一般的斷路器的滅弧室不同,低壓限流斷路器的滅弧室采用多個(gè)滅弧柵片.在開(kāi)斷過(guò)程中,首先動(dòng)觸頭和靜觸頭分開(kāi)產(chǎn)生電弧,在電磁場(chǎng)和熱場(chǎng), 流場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng)至滅弧柵片.當(dāng)電弧進(jìn)入柵片后,由于被分成的多個(gè)短弧的近壓降,使電弧電壓迅速 上升,從而達(dá)到限流的目的.為了有較高的電弧電壓,限流斷路器滅孤室的柵片數(shù)比一般的斷路器要多, 并且排列得更緊密.電弧電壓上升得越快,限流效果就越好,終,電弧電壓超過(guò)電源電壓的值,使得電 源電壓無(wú)法維持電弧, 從而完成熄弧限流分?jǐn)?

要使電弧電壓迅速升高, 傳統(tǒng)的有兩種方法:

(1)磁吹線圈.

這種情況下,電弧將會(huì)被迅速拉長(zhǎng),它不僅增加了電弧的長(zhǎng)度,而且也增加電弧的熱傳導(dǎo)面積.

(2)使用引 弧道來(lái)迅速升高電弧電壓.

當(dāng)觸頭 打開(kāi)時(shí),沿著引弧道上的電磁力將拉長(zhǎng)電弧,當(dāng) 電弧被驅(qū)動(dòng)到滅弧室, 就會(huì)進(jìn)一步分割,冷卻,這種方法的前提要求;①電弧必須能被強(qiáng)迫脫離觸頭(在觸頭間的間隙大于約 1mm 時(shí),它才會(huì)發(fā)生);②電弧必須非常快地脫離觸頭區(qū),這樣就減少了觸頭材料的損耗,同時(shí),觸頭間隙恢復(fù); ③電弧必須以非?？斓乃俣妊刂〉肋\(yùn)動(dòng)(約 l00m/s),然后進(jìn)入去離子?xùn)牌蕴岣呓K的電弧電壓值.

在限流斷路器的設(shè)計(jì)中,有以下 4 個(gè)基本的原則:

a.觸頭迅速打開(kāi)

b.迅速提高電弧電壓

c.使終的 電弧電壓值高

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d.快速的介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)

常用的限流技術(shù)分三類:

1)人工零點(diǎn)法.

利用電弧去產(chǎn)生人工零 點(diǎn),使得弧隙中的電流為零,從而使電弧熄滅.

2)提高電弧靜態(tài)伏一安特性法.

通常采用去離子?xùn)欧?絕 緣柵法,窄縫法及 VJC 法等.去離子?xùn)欧ň褪抢媒饘贃牌央娀》指畛扇舾蓚€(gè)互相串聯(lián)的短弧,利用短 弧的壓降來(lái)提高電弧電壓而使電弧熄滅;絕緣柵法:即柵片是絕緣的,其作用是導(dǎo)出電弧的熱量,以提高 電弧的弧柱壓,同時(shí),柵片將電弧分割成若干段的短弧,每一柵片就是短弧的電,同時(shí)產(chǎn)生許多個(gè)陽(yáng) 壓降和陰壓降,對(duì)直流電弧而言,利用近處的電弧電壓降加弧柱的電壓降一起滅弧;窄縫法,通常采 用多重窄縫,這樣,可以減少電弧進(jìn)入上部窄縫的阻力,因而在驅(qū)動(dòng)電弧運(yùn)動(dòng)的電磁力給定時(shí),可以采用 比單窄縫滅弧室更小的縫隙,一方面可將電弧直徑壓縮,使電弧同縫隙壁緊密接觸:另一方面,也使電弧 面積增加,長(zhǎng)度增長(zhǎng),這些都進(jìn)一步加強(qiáng)了冷卻和去游離的作用,使電弧熄滅;VJC 法主要是在電的四 周覆蓋一定厚度的絕緣 物或高電阻金屬材料,從而對(duì)電弧弧柱進(jìn)行控制,以達(dá)到升高電弧電壓的目的.固 體絕緣屏幕法是利用一固體絕緣屏幕快速插入到分?jǐn)喙收想娏鞯挠|頭中,使觸頭間燃燒的電弧被屏幕隔開(kāi) 而迅速熄滅.以上這些方法通常綜合使用,如 VJC 及多窄縫法,以取得更好的限流分?jǐn)嗟男Ч?

3)提高觸 頭分?jǐn)嗨俣确?

通常利用巨大的斷開(kāi)彈簧或其他加速裝置將觸頭拉開(kāi),或利用儲(chǔ)能的電容器對(duì)斥力線圈放 電在鋁盤(pán)中感應(yīng)出渦流來(lái)產(chǎn)生巨大電動(dòng)斥力,將動(dòng)觸頭打開(kāi),與此同時(shí),盡量加快脫扣器的動(dòng)作及機(jī)構(gòu)的 動(dòng)作,以達(dá)到高速分?jǐn)嗟哪康?這樣,分離時(shí)所需時(shí)間越小,則限流作用就越大.

在六十年代,電力電子 器件就被引入到電器中.現(xiàn)在,已有無(wú)觸頭的晶閘管斷路器,觸頭-晶閘管并聯(lián)的混合式斷路器在某些國(guó)家 得到開(kāi)發(fā),并有一定程度的應(yīng)用,但由于電力電子器件存在導(dǎo)通壓降大造成的能耗高,分?jǐn)嚯娖鞑荒苄纬?/p>

間隙絕緣距離,過(guò)載能力差,工作參數(shù)缺乏相應(yīng)的各個(gè)電壓等級(jí)以及費(fèi)用高,這些使其構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)電器 不能大量應(yīng)用.當(dāng)然,無(wú)觸點(diǎn)電器本身具有操作率高,開(kāi)關(guān)速度快,控制功率小,噪低,壽命長(zhǎng)的特點(diǎn), 適合某些的工作場(chǎng)合使用.在限流中,主要采用帶觸頭的混合式,如觸頭一晶閘管并聯(lián)的混合式斷路 器,具有觸頭正常導(dǎo)通時(shí)壓降能耗小的特點(diǎn),再利用電力電子器件的開(kāi)斷時(shí)間短的特點(diǎn),進(jìn)一步縮短電流 的開(kāi)斷時(shí)間,隊(duì)而實(shí)現(xiàn)限流分?jǐn)?在斷路器設(shè)計(jì)中,使用電力電子器件,主要要考慮器件的電流和電壓的 參數(shù).早期使用晶閘管,但它不能自關(guān)斷,需要換流關(guān)斷,造成電器的體積增大.目前,通常考慮自關(guān)斷 的器件,如 IGBT(絕緣柵雙晶體管),GTO(可關(guān)斷晶體管)等.

2 高壓限流型熔斷器與低分?jǐn)嗄芰﹄娖髦g 的選擇性配合

在這種使用情況下,限流型熔斷器在大故障電流下動(dòng)作,低分?jǐn)嗄芰﹄娖髦g只能分?jǐn)嗨?允許分?jǐn)嗟男‰娏?因此需要根據(jù)兩者不同的時(shí)間-電流曲線配合實(shí)現(xiàn).

1)以曲線相交點(diǎn)為分界,限流型熔 斷器承擔(dān)大故障電流分?jǐn)?其他器承擔(dān)正常電流和小故障電流開(kāi)斷.

2)如果其他電器不隨熔斷器撞擊器聯(lián) 鎖脫扣,則相交點(diǎn)必須大于高壓限流型熔斷器的小動(dòng)作電流.

3)曲線相交點(diǎn)電流必須小于其他電器的開(kāi) 斷能力.

4)當(dāng)用高壓限流型熔斷器開(kāi)斷電路時(shí),其他電器必須具有足夠通過(guò)短路電流和關(guān)合短路電流的能 力(校驗(yàn)該電器的熱穩(wěn)定,動(dòng)穩(wěn)定對(duì)應(yīng)采用其開(kāi)斷電流,關(guān)合電流),這些能力應(yīng)與高壓限流型熔斷器截止 電流和 12t 值相適應(yīng).

5)如果其他電器隨熔斷器撞擊器聯(lián)鎖脫扣,例如負(fù)荷開(kāi)關(guān),則要求負(fù)荷開(kāi)關(guān)允許的 轉(zhuǎn)移電流值大于熔斷器的轉(zhuǎn)移電流值.