1、限流型斷路器的原理
大家都知道限流型斷路器的分?jǐn)嗄芰芨撸梢赃_(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)，要注重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)巍５蛪簲嗦菲鞯南蘖鲉?wèn)題是為了分?jǐn)嗟妥杩勾笕萘孔儔浩骷安粩喟l(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)唷?0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�?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,在先進(jìn)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)、新材料技術(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Α?BR>
傳統(tǒng)低壓斷路器限流分?jǐn)嗟脑硎钱?dāng)故障發(fā)生時(shí),觸頭快速打開產(chǎn)生電弧,相當(dāng)于在線路中串入一個(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。在開斷過(guò)程中,首先動(dòng)觸頭和靜觸頭分開產(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)短弧的近極壓降,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,限流斷路器滅弧室的柵片數(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,最終,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�?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�？斓孛撾x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100ｍ/ｓ),然后進(jìn)入去離子?xùn)牌蕴岣咦罱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
b迅速提高電弧電壓
c 使最終的電弧電壓值高
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—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極,同時(shí)產(chǎn)生許多個(gè)陽(yáng)極壓降和陰極壓降,對(duì)直流電弧而言,利用近極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法主要是在電極的四面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?BR>3)提高觸頭分?jǐn)嗨俣确āＭǔ＠镁薮蟮臄嚅_彈簧或其他加速裝置將觸頭拉開,或利用儲(chǔ)能的電容器對(duì)斥力線圈放電在鋁盤中感應(yīng)出渦流來(lái)產(chǎn)生巨大電動(dòng)斥力,將動(dòng)觸頭打開,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�，F(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)嚯娖鞑荒苄纬砷g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、開關(guān)速度快、控制功率小、噪音低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn),適合某些非凡的工作場(chǎng)合使用。在限流中,主要采用帶觸頭的混合式,如觸頭—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斷時(shí)間短的特點(diǎn),進(jìn)一步縮短電流的開斷時(shí)間,從而實(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�？紤]自關(guān)斷的器件,如IGBT（絕緣柵雙極晶體管）,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)嗨饝?yīng)分?jǐn)嗟男‰娏�，因此需要根�?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)啵渌娖鞒袚?dān)正常電流和小故障電流開斷。2/假如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最小動(dòng)作電流。3/曲線相交點(diǎn)電流必須小于其他電器的開斷能力。4/當(dāng)用高壓限流型熔斷器開斷電路時(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I2t值相適應(yīng)。5/假如其他電器隨熔斷器撞擊器聯(lián)鎖脫扣，例如負(fù)荷開關(guān)，則要求負(fù)荷開關(guān)答應(yīng)的轉(zhuǎn)移電流值大于熔斷器的最大轉(zhuǎn)移電流值。
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