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低压电气和低压电器技术之7——浅谈低压断路器的限流技术

2016-01-21 09:15来源:知乎作者:PatrickZhang关键词:断路器配电系统低压电器收藏点赞

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导读:限流措施是一种简单有效的限流保护电路,论述了该保护电路应用于宽范围输入正激变换器和宽范围输入反激变换器时工作状况的区别,并给出了一个适用于宽范围输入反激变换器的补偿电路。最后的实验结果验证了限流保护电路及补偿电路的工作原理及其有效性。

任何开关电器应用特例其实是在工程设计中出现的,而不会出现在研发过程中。解决这些工程应用特例,研发出开关电器的新产品,会极大地提升产品的工作特性和它的市场价值。

但在新品未面市前,设计工程师们要用现有的产品来解决问题。由此可见,设计工程师们的实际工作经验远高于研发工程师,而且理论分析能力未必会低于研发工程师。

限流,是低压限流型断路器的一项功能。有点象公路上限高杆的作用:

在低压断路器限流技术里,有许多很有意思的物理现象,以及独特的结构设计和工作原理。

解析低压断路器的限流技术之前,我们不妨先来了解一下低压断路器的发展历程。以下文本摘自《低压电器的灭弧技术》:

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20世纪20年代,Slipen提出了电流过零后出现鞘层和近极作用(即:近阴极效应),发明了栅片灭弧,使低压电器从简单灭弧的第一代刀开关,发展到配电线路用的断路器和控制系统用的接触器等专用的品种,前者使得低压配电系统具有较高的开断能力,后者则满足控制要求的频繁操作能力。

20世纪50年代,发现开关电器触头开断后电弧有个短暂的停滞过程(即:零休时间),这个过程对控制电器的电气寿命和断路器的开断性能有很大的影响,包括触头材料、吹弧磁场、触头打开速度、灭弧室尺寸等,这些研究对低压开关的开断性能和电气寿命的提高起了很大的作用。

这一时期另一个对提高低压电器性能有重大意义的是磁场吹弧的新机理,即横向磁场能在弧柱中感应出流场,使冷气流从电弧前端进入而从后端流出,形成对称涡流的流场,这一冷气流可带走电弧的热量,有利于电弧的熄灭;另一方面在触头分断的初期,这一作用可使然弧初期的金属相电弧转变为气相电弧,有利于缩短电弧的停滞时间。这一发现使磁吹成为当时最有效的灭弧措施之一。

随着低阻抗大容量变压器的故障短路电流可达100kA以上,要求故障分断电器不但要有足够大的分断能力,还应带有显著的限流效应,这就促进了限流技术在低压电器中的应用。

限流型低压断路器的限流原理是依靠短路电流产生的电动斥力或通过冲击电磁铁产生的电磁力使触头系统在操作机构动作前就使提前斥开而呈现电弧,利用电弧电压来限制电流。

ABB公司在意大利的低压电器分公司根据这一原理早在20世纪80年代初期就提出触头单边斥开,触头双边斥开,电动机槽结构和双断点开断等多种限流断路器的结构方案,尽管近年来限流技术有很大的发展,但这些基本方案仍沿用至今。

20世纪80年代初期,英国、德国和日本相继发现了限流开断过程中电弧背后击穿与转移现象,并研究出这种现象是由于背后区域热击穿所引起的。

延伸阅读:

低压电气和低压电器技术之6——讨论电动机保护器的原理图

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