低壓斷路器開(kāi)斷時(shí)常有背后擊穿現(xiàn)象發(fā)生影響開(kāi)斷性能。

    摘要：本文通過(guò)對(duì)背后擊穿的分析，依據(jù)熱擊穿的原理，建立了以磁流體動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的電弧動(dòng)態(tài)模型，對(duì)背后擊穿現(xiàn)象進(jìn)行了機(jī)理模擬研究。

    關(guān)鍵詞：擊穿現(xiàn)象斷路器配電系統(tǒng)

    1引言

    低壓斷路器是低壓配電系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍的電器產(chǎn)品之一。為了獲得較高的電弧電壓，斷路器滅弧室的柵片排列緊密。這樣，電弧在進(jìn)入滅弧室時(shí)所受的阻力較大，在柵片入口處停滯的時(shí)間也較長(zhǎng)。近年來(lái)對(duì)低壓斷路器的研究表明，電弧在柵片入口處多次出現(xiàn)在柵片內(nèi)與柵片外，導(dǎo)致電弧電壓的反復(fù)跌落，這就是背后擊穿現(xiàn)象。它降低斷路器的開(kāi)斷性能，使燃弧時(shí)間增長(zhǎng)。1988年日本名古屋大學(xué)YoshiyukiIkuma等人首次用快速攝像機(jī)觀察到這種電弧背后擊穿現(xiàn)象。他們還采用微波穿透技術(shù)發(fā)現(xiàn)在低壓斷路器開(kāi)斷過(guò)程中，電弧電壓發(fā)生突降前，觸頭間隙都出現(xiàn)溫度的上升，這是由于電弧的熱氣流經(jīng)過(guò)滅弧室的后壁的反射進(jìn)入相應(yīng)區(qū)域的結(jié)果。游離氣體的進(jìn)入和溫度的上升，使相應(yīng)區(qū)域的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度降低，這是造成背后擊穿的原因之一。法國(guó)的C.Fievet等人也發(fā)現(xiàn)，在電弧經(jīng)過(guò)的區(qū)域溫度還較高，存在有剩余電流，會(huì)以熱擊穿的形式導(dǎo)致背后擊穿［1］。德國(guó)的ManfredLindmayer教授初步提出了一種基于熱擊穿的背后擊穿模型［2］。圖1為背后擊穿的典型波形。

    通過(guò)對(duì)背后擊穿的分析，依據(jù)熱擊穿的原理，建立了以磁流體動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的電弧動(dòng)態(tài)模型，對(duì)背后擊穿現(xiàn)象進(jìn)行了機(jī)理模擬研究。采用先進(jìn)的高速光學(xué)測(cè)試設(shè)備及多通道示波器，對(duì)低壓斷路器模型作了大量的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電磁場(chǎng)對(duì)低壓斷路器中的背后擊穿現(xiàn)象有抑制作用。通過(guò)改變滅弧室前的跑弧區(qū)的結(jié)構(gòu)，形成不同氣體流動(dòng)狀況。實(shí)驗(yàn)證明，合理的氣體流動(dòng)狀況有助于電弧快速進(jìn)入滅弧室，使電弧電壓迅速上升，對(duì)背后擊穿有抑制甚至消除作用，改善了限流器的開(kāi)斷特性。據(jù)此提出了一種新型可消除背后擊穿現(xiàn)象的滅弧室結(jié)構(gòu)。

    2背后擊穿現(xiàn)象機(jī)理的研究分析

    近年來(lái)，人們通過(guò)現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)發(fā)現(xiàn)了低壓斷路器開(kāi)斷中電弧運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定性，在熄弧過(guò)程中電弧在滅弧室內(nèi)外多次轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致電弧電壓跌落，即背后擊穿現(xiàn)象。重燃后的電弧多次進(jìn)入滅弧室，直到熄弧。大量實(shí)驗(yàn)都發(fā)現(xiàn)低壓斷路器開(kāi)斷過(guò)程中，在背后擊穿現(xiàn)象發(fā)生前，在柵片滅弧室外都出現(xiàn)溫度的上升。這是由于電弧的熱氣流經(jīng)過(guò)滅弧室后壁的反射產(chǎn)生回流，相應(yīng)區(qū)域的電導(dǎo)增大，臨界場(chǎng)強(qiáng)減小，易于造成背后擊穿的發(fā)生。

    法國(guó)的C.Fievet等人發(fā)現(xiàn)［1］，當(dāng)電弧進(jìn)入滅弧室后，由于多個(gè)短弧的近極壓降，以及柵片外熱氣體電導(dǎo)較大，內(nèi)外電流在斷路器滅弧室內(nèi)外重新分配。通過(guò)用Rogowski線(xiàn)圈對(duì)電流的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電弧已經(jīng)離開(kāi)起弧處幾個(gè)毫秒之后，電弧初始區(qū)域仍然有幾安培的電流。

    由此，說(shuō)明背后擊穿現(xiàn)象與滅弧室外氣體溫度、臨界電場(chǎng)強(qiáng)度及導(dǎo)電情況等有關(guān)。德國(guó)的ManfredLindmayer教授初步提出了一種基于熱擊穿的背后擊穿模型［2］?。