低压断路器开断经过中背后击穿现象的研究.docx

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1、低压断路器开断经过中背后击穿现象的研究fenghy导语：根据热击穿原理建立了电弧动态模型，对背后击穿现象进展模拟研究，分析了各种因素对背后击穿现象的影响，提出了一种可消除背后击穿现象的新型混合式灭弧系统。摘要：根据热击穿原理建立了电弧动态模型，对背后击穿现象进展模拟研究，分析了各种因素对背后击穿现象的影响，提出了一种可消除背后击穿现象的新型混合式灭弧系统。关键词：低压断路器背后击穿电弧1引言低压断路器是低压配电系统中应用最为普遍的电器产品之一。为了获得较高的电弧电压，断路器灭弧室的栅片排列严密。这样，电弧在进入灭弧室时所受的阻力较大，在栅片入口处停滞的时间也较长。近年来对低压断路器的研究说明，

2、电弧在栅片入口处屡次出如今栅片内与栅片外，导致电弧电压的反复跌落，这就是背后击穿现象。它降低断路器的开断性能，使燃弧时间增长。1988年日本名古屋大学YoshiyukiIkuma等人首次用快速摄像机观察到这种电弧背后击穿现象。他们还采用微波穿透技术发如今低压断路器开断经过中，电弧电压发生突降前，触头间隙都出现温度的上升，这是由于电弧的热气流经过灭弧室的后壁的反射进入相应区域的结果。游离气体的进入和温度的上升，使相应区域的临界电场强度降低，这是造成背后击穿的原因之一。法国的C.Fievet等人也发现，在电弧经过的区域温度还较高，存在有剩余电流，会以热击穿的形式导致背后击穿1。德国的Manfred

3、Lindmayer教授初步提出了一种基于热击穿的背后击穿模型2。图1为背后击穿的典型波形。图1背后击穿的典型波形通过对背后击穿的分析，根据热击穿的原理，建立了以磁流体动力学为根底的电弧动态模型，对背后击穿现象进展了机理模拟研究。采用先进的高速光学测试设备及多通道示波器，对低压断路器模型作了大量的实验，发现电磁场对低压断路器中的背后击穿现象有抑制作用。通过改变灭弧室前的跑弧区的构造，形成不同气体流动状况。实验证实，公道的气体流动状况有助于电弧快速进入灭弧室，使电弧电压迅速上升，对背后击穿有抑制甚至消除作用，改善了限流器的开断特性。据此提出了一种新型可消除背后击穿现象的灭弧室构造。2背后击穿现象机

4、理的研究分析近年来，人们通过当代测试技术发现了低压断路器开断中电弧运动的不稳定性，在熄弧经过中电弧在灭弧室内外屡次转移，导致电弧电压跌落，即背后击穿现象。重燃后的电弧屡次进入灭弧室，直到熄弧。大量实验都发现低压断路器开断经过中，在背后击穿现象发生前，在栅片灭弧室外都出现温度的上升。这是由于电弧的热气流经过灭弧室后壁的反射产生回流，相应区域的电导增大，临界场强减小，易于造成背后击穿的发生。法国的C.Fievet等人发现1，当电弧进入灭弧室后，由于多个短弧的近极压降，以及栅片外热气体电导较大，内外电流在断路器灭弧室内外重新分配。通过用Rogowski线圈对电流的测量，发现当电弧已经分开起弧处几个毫

5、秒之后，电弧初始区域仍然有几安培的电流。由此，讲明背后击穿现象与灭弧室外气体温度、临界电场强度及导电情况等有关。德国的ManfredLindmayer教授初步提出了一种基于热击穿的背后击穿模型2。我们在这个模型的根底上进展深化研究，根据热击穿的原理，建立了以磁流体动力学为根底的电弧动态模型。计算结果说明，根据这种电流重新分配原理建立的模型是与实际情况相符合的。尤其当灭弧室外的温度较高，剩余电流较大时，轻易产生背后击穿。这是与C.Fievet的实验结果相符合的。在图2中，1.92ms时电弧已经进入灭弧栅片，电弧电压迅速上升，电弧的等效电阻那么由于近极压降相对保持一个较高的值，而背后击穿区域电阻那

6、么不断下降。随着背后击穿区域的电阻逐渐减少，电流渐渐被此导电通道所分流，使这一区域的温度迅速升高，电阻迅速减小，引起电弧电压突降，产生背后击穿。在2.16ms时电弧已经退出了灭弧栅片。这讲明，用热击穿是导致背后击穿产生的一个原因。图2模拟的电弧背后击穿现象3消除背后击穿现象的措施我们对可能消除背后击穿现象多种因素进展了研究。3.1外加磁场的影响磁场可以加快电弧的运动速度，使它快速进入灭弧室，减少在灭弧栅片前的停滞时间。实验中在灭弧室两侧夹两块导磁片，利用流过断路器的电流产生外加吹弧磁场。外加2匝线圈，实验预期电流为2000A时，电弧电压跌落比拟严重。当预期电流分别进步为3000A和4000A时

7、，电弧电压跌落次数减少，跌落幅度也降低。外加多匝线圈时，电弧电压上升很快，电压跌落现象仍然存在，但次数减少了。从实验结果看，加大吹弧磁场后，电弧电压跌落次数减少，但背后击穿现象仍然存在。实验中得到的结果以3000A为例如表1所示。表1不同吹弧磁场下的开断特性3.2气流场的影响气流场对断路器背后击穿现象有非常直接的影响。由于不良的气体流通会使热气流回流，同时由于使电弧在灭弧栅片前停滞更长的时间，在灭弧室前部易于形成背后击穿的热区域。根据研究，在栅片的后面加上绝缘隔弧板，这样使灭弧室内的热气流可以顺利的排出，又不会飞弧。通过实验发现，在这种情况下，背后击穿现象得到极大的限制，根本上消除了电压的跌落。但电弧电压会逐渐降到一个比拟低的值，降低了开断性能。因此，还需要采取其他的措施。灭弧室后部完全开放的开断特性如图3所示。图3灭弧室后部完全开放的开断特性为此，我们直接在灭弧室栅片间插入产气绝缘材料，同时在灭弧室后部加上隔弧板，如图4中所示。在电弧的高温作用下，发出大量的绝缘物蒸气，这样由于限制了电弧弧根的扩张，并借助绝缘物产生的蒸气，使电弧弧根四周压力进一步进步，控制了电极发射出的金属蒸气的喷流运动方向。此外，绝缘物产生的气体冷却电弧弧柱，使电弧电阻上升，电弧电压进步。;:tede图4新型的混合式灭弧系统