雙斷點斷路器結構技術特點分析

季曉明

(徐州機電工程高等職業學校，江蘇徐州，221011)

1 引言

現代電網容量的不斷提高對低壓斷路器的開斷能力的要求也越來越高，分斷能力與體積成為各斷路器生產廠家的主題，在提高開斷能力的前提下，盡量縮小產品的體積，可以為開關柜等設備節約大量空間，還可以節約貴重金屬。

為了提高斷路器的分斷能力，可以通過提高其限流能力，讓短路電流限制在一定的范圍，以減小短路電流的能量和破壞力。提高限流能力，主要有2個途徑:①充分利用觸頭回路之間的電動力，使觸頭快速打開產生電弧，利用提高電弧電壓來限制電路電流，該結構特點是圍繞電弧能量理論和電磁理論而發展的;②通過研究新的導電材料，利用其正溫度系數下電阻值的顯著變化來高效吸收故障電流產生的能量，進行無弧分斷。方案②由于無電弧產生，其安全性能遠遠高于基于電弧理論的產品。但是，新材料的研制難度較大，相比較而言，方案①的應用比較實際。本文主要討論的是塑殼斷路器。

2 雙斷點技術的原理及型式

基于雙斷點技術為標志的斷路器基本原理是整個回路開斷后產生2個斷點，相應會產生2個電弧電壓。在短路電流過來時，電弧燃燒可以消耗吸收大量能量，從而達到限流的目的。雙斷點型結構較傳統的單斷點型結構消耗的電路能量的能力提高了一倍。采用雙斷點技術的產晶，最高分斷能力達到150kA。具體分斷能力數據如表l所示。

表1 國外各大公司塑殼式斷路器的相關技術數據

目前，雙斷點技術主要有二種結構，一種是平行式雙斷點，如圖1(a)所示;另一種是旋轉式雙斷點，如圖1(b)所示。兩種結構的動觸頭均為一體化結構聯動，2個斷口處的電動力作用于同一動觸頭上，因而受到的電動斥力為原來單斷點U形結構的2倍，這樣提高了電弧電壓上升速度，同時還可以滿足斷路器較小尺寸的要求。國內公司也相繼開發了雙斷點型的產品，大多以旋轉式結構為主。

3 雙斷點型斷路器結構優點分析

目前，市場上以雙斷點技術為代表的塑殼斷路器以其優秀的開斷能力而著稱。它主要綜合了以下幾個特點:

(1)形成雙斷點電弧區，以此大幅度提高電弧電壓，強力限流，分斷能力高。

(2)利用電動斥力，快速打開觸頭系統，快速吸弧，快速限流。

在觸頭系統設計上仍采用了傳統的U形回路，產生電動力推開觸頭系統，產生電弧，利用回路的自勵磁場，驅動電弧快速進入滅弧室;滅弧室采用金屬柵片將長電弧分割為短弧，金屬柵片還可以吸收能量，利用三聚氰胺等產氣材料產生氫氣，冷卻電弧。

(3)防跌落式觸頭系統的設計。動觸頭可以利用導電回路產生的電動力，優先斷路器的操作系統動作，提前打開觸頭系統，并可以使動觸頭打開后保持打開狀態，防止因限流而使動觸頭回落，以防止電弧重燃，在操作機構動作完成后，動觸頭可以重新返回原來狀態，這樣產品的開斷時問非常短，斷路器開斷時間可以達到3ms左右，動作時間快，使短路電流持續時間減小，實現大幅度的限流。

(4)消除軟聯結、結構簡單。由于動觸頭采用一體化結構，不需要像傳統的單斷點型產品那樣焊接軟聯結。

(5)機械壽命和電氣壽命比較高。

4 雙斷點型斷路器結構缺點分析

雙斷點技術存在一定的局限性，在設計和生產過程中應重視并盡可能減少這些不足之處，主要表現在以下幾個方面:

(1)操作力大。由于產品內部有2個斷點，觸頭壓力提高了1倍，相應的對操作機構的操作力也有了較大的提高。解決方法是在設計操作機構時，盡量增大力臂或改變傳動方式，以減小操作力。

(2)產品溫升較單斷點型高。由于每相增加了一個斷點，接觸電阻增加了1倍，相應的溫升也會有所提高，在要求所耗銅材變化不大的前提下，主要靠提高接觸壓力和增厚鍍銀來解決，為解決溫升問題，一方面要保證必須的接觸壓力，另一方面要增大一定的導電截面積。

(3)成本高。成本因素①是電觸頭數量增加了1倍，耗銀量增加;②是滅弧室數量亦增加了一倍;③是零件的加工工藝難度加大，三者均制約了成本。

(4)體積有所增大。由于考慮操作力不能過大，加上滅弧室的放置空間等影響，雙斷點型產品的體積一般較單斷點型大一些，如表1、表2所示。

表2 單斷點產品的機械壽/電壽命及外形體積

(5)短時耐受電流能力未明顯提高。限流型斷路器的通病是對短時耐受能力的制約。塑殼斷路器以A型產品為多，不利于發展為B型產品，即使是B型產品，短時耐受電流也不高。主要原因是:①產品體積小，導電截面積小;②電動回路限流的使用;兩者導致的后果是導電觸頭系統的電動力很強，電流線密集，電熱穩定性減弱，觸頭問震動大、發熱大，均不利于提高短時耐受電流能力，雙斷點型斷路器在此方面未能明顯改善。

(6)雙斷點燃弧能量的不平衡。斷路器的電磁場和電弧受影響的因素眾多，2個斷點很難做到開斷一致，故容易造成燃弧能量的不平衡問題，也就是2個斷點的電弧能量的差異性，使滅弧室的損耗和電觸頭的損耗均不一致，并且會形成惡性循環，制約著產品的可靠性。

對于平行式雙斷點，兩者損耗相差太大時，可能使另一只電觸頭上無電流或者電流很小，電弧電壓亦減小，重新變為單斷點結構，起不到應有的雙斷點作用，這是平行式雙斷點的最大弊病。

5 結語

提高斷路器分斷能力、減小體積以及智能化是未來的發展方向，新一代的斷路器都是在綜合傳統斷路器的特點的基礎上采用了新的限流技術，如上進線磁吹技術、雙斷點分斷技術等，雙斷點技術極大地提高了斷路器的開斷能力，為電網的增容打下了良好的基礎。可以預見，未來斷路器高端市場的生產將是以雙斷點技術為主要形式。

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