旋弧式SF6断路器：控制电弧弧柱旋转的新技术

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：自能吹旋式SF6断路器利用电弧自己的能量熄灭电弧。热膨胀式前面已作过介绍，这里介绍旋弧式SF6断路器。对于旋弧式SF6断路器，当动、静触头分开时，触头间产生电弧，利用电弧电流通过磁场线圈在其周围产生磁场，以此驱动和控制电弧弧柱在SF6气体中作旋转运动。纵向旋弧式的优点是电弧产生在最大磁通密度区内，而且使电弧呈螺线型进入线圈内。图8-73给出了一种旋弧+热膨胀式灭弧原理图。

自能吹旋式SF₆断路器利用电弧自己的能量熄灭电弧。由于开断能力受电流大小的影响，故开断电流较小，但由于不需操动机构提供压缩功，故机构的操作功较小。自能吹弧式又有两种形式：旋弧式和热膨胀式。热膨胀式前面已作过介绍，这里介绍旋弧式SF₆断路器。

对于旋弧式SF₆断路器，当动、静触头分开时，触头间产生电弧，利用电弧电流通过磁场线圈在其周围产生磁场，以此驱动和控制电弧弧柱在SF₆气体中作旋转运动。受到气流的吹拂作用，同时和周围SF₆气体之间进行能量交换，其方式有传导、对流和辐射三种。这种能量交换应尽可能地充分，以提高上、下游区域的压力差。这在熄灭临界电流时，显得尤为重要。所以，灭弧室内的能量交换过程决定着该类灭弧装置的熄弧性能。旋弧式又有纵向电弧和径向电弧旋转两种形式。

图8-71给出了电弧径向旋转的例子。电弧产生被转移到燃弧环，燃弧环周围的串联线圈产生磁力驱动电弧沿燃弧环高速旋转以至熄灭。

图8-71 一种径向旋弧式结构

a）断路器处于关合状态 b）断路器处于开断过程

1—动触头 2—静触头 3—铁圈 4—线圈 5—燃弧环 6—连至线圈的环 7—动触头连至线圈 8—电弧 9—铜环

图8-72给出了电弧纵向旋转的例子。断路器触头打开后，电弧被转移，从燃弧触头转移至燃弧管，同时由线圈建立纵磁场，驱动电弧纵向旋转以致熄灭。在这种结构中，电弧在导电杆和燃弧管之间纵向旋转。燃弧管同时作为电磁线圈的支撑。纵向旋弧式的优点是电弧产生在最大磁通密度区内，而且使电弧呈螺线型进入线圈内。

以上两种旋弧原理由于自能吹弧受到小的故障电流的限制，因为电磁驱动力随故障电流的减小而减小。增加线圈匝数可以增加电磁力，但线圈匝数的增加却受到机械强度的限制，因为在大的故障电流下，要承受大的电磁力。

通过对灭弧室磁场进行计算，可以确定最佳线圈匝数，根据对电弧旋转速度以及灭弧室SF₆气体参数的分析，可以确定灭弧室结构。

图8-72 一种纵向旋弧式结构

1—线圈 2—燃弧管 3—燃弧触头 4—导电杆 5—电弧

另外还有旋弧+热膨胀和旋弧+压气等灭弧方式，结合其各自的优点，使断路器具有更强的灭弧能力。

图8-73给出了一种旋弧+热膨胀式灭弧原理图。这种灭弧效力是旋弧和热膨胀效力的迭加。此时，灭弧室内压力呈上升状态。气体压力上升越高，则灭弧能力越强。当驱动线圈匝数为零时，单靠热膨胀吹弧压力。随着驱动线圈匝数的增加（N₁，N₂，N₃=1，2，3匝），灭弧室内气体压力上升越高，故可获得比单独用热膨胀吹弧时更强的灭弧能力，这可从图8-74中看出。