试论电器开关的灭弧系统及电器开关

试论电器开关的灭弧系统及电器开关

岳海波1，黄泽南1，谌智明2

1.浙江今立电器有限公司，浙江温州，325600

2.温州市实川电气有限公司，浙江温州，325000

摘要：本次研究中尝试提出一种全新的针对电器开关装置的灭弧系统，第一灭弧室沿第一方向设置于触头系统的至少一侧；第二灭弧室沿第二方向设置于触头系统的一侧，第一方向与第二方向相交。隔弧组件沿第一方向设置于触头系统的至少一侧，隔弧组件包括与第一灭弧室对应设置的第一部分，以及由第一部分沿第一方向凹陷形成的第一缺口，触头系统产生的至少部分电弧通过第一缺口移动至第一灭弧室内。整套方案可确保该系统能够满足不同电流状态下的电弧熄灭需求。当电流偏小的情况下，大部分电弧会沿第一方向偏转并离开第一平面，向灭弧系统对应第一灭弧室转移。而在电流偏大的情况下，多数电弧会沿第二方向进入第二灭弧室内，对不同环境展现出良好的适应性，具备应用通用性优势。

关键词：电器开关；灭弧系统；电弧；设计

    既往经验数据显示：在开关装置动作切换过程中，触电之间所产生电压会导致空气介质放电现象的产生，导致电弧产生。因此对于一系列电器开关装置，如断路器以及接触器等来说，通常需要配置灭弧室进行熄灭电弧处理，以确保电器装置运行的安全性与可靠性。作为电器开关装置的核心部件之一，灭弧室需要对电弧空间位置进行限制，并加速电弧熄灭。多数灭弧室的组成部件包括灭弧栅片、侧板等。栅片的数量以及截面面积会直接对灭弧容量产生影响。如何在有限空间内合理布置灭弧室内结构，确保不同电弧大小需求得到满足，成为电器开关装置设计研究的关键课题之一。

1 研究背景

    直流电与交流电存在本质上的差异，在实际运行中，交流电在一个周期范围内会出现两次过零，意味着此时为最佳的熄弧条件。而对于直流电而言，其自身不存在自然过零瞬间，换句话来说，对于直流电器开关装置而言，仅能够通过获取充足电弧电压的方式以达到熄弧状态。对于一般电器开关装置而言，采用回路电流自身励磁所产生磁吹效果，为电弧运动 提供驱动作用力。同时，受开断电流水平较高的因素影响，导致电弧产生高温并形成专门的高压区，导致为电弧向低压区的延展提供驱动作用力。但实际上，小电流条件下的磁吹以及气体流动效果非常微弱，在电弧以较慢运动状态作用下难以运动至灭弧室内，这会导致电器开关装置的开断时间延长并出现不稳定性的问题。不但如此，受电弧长时间保持高温状态因素的影响，导致绝缘材料被严重破坏，甚至导致触头出现熔焊或者烧蚀问题，严重影响电器开关装置的运行状态。在这一背景下，就需要一种全新的针对电器开关装置的灭弧系统，以满足不同电流状态下对电弧熄灭的实际需求。本次研究中尝试提出一种全新的针对电器开关装置的灭弧系统，确保该系统能够满足不同电流状态下的电弧熄灭需求。当电流偏小的情况下，大部分电弧会沿第一方向偏转并离开第一平面，向灭弧系统对应第一灭弧室转移。而在电流偏大的情况下，多数电弧会沿第二方向进入第二灭弧室内，对不同环境展现出良好的适应性，具备应用通用性优势。

2 设计方案

    为解决电器开关装置灭弧系统面临的问题，尝试提出一种解决方案，形成全新的电器开关灭弧系统以及电器开关装置设计方案，以满足不同电流条件下的分断需求。整套灭弧系统包括第一灭弧室以及第二灭弧室两个部分。其中，第一灭弧室沿着第一方向设置于触头系统一侧，第二灭弧室沿着第二方向设置于触头系统另一侧，且两侧方向保持相交状态。电器开关装置在联通状态下，第一以及第二动触点均切换至抵接状态，此情形下对于电器开关装置而言，内部电流切换至导通状态下。受人工操作或故障状态因素影响，导致电器开关装置取自动触发断开指令，此情形下对于第一动触点而言，会在平面内产生相对移动，逐步远离第一静触点装置，导致动触点与静触点间形成电弧问题。但同时，考虑到电器开关装置内部电流大小存在差异因素的影响，导致触头系统所产生电弧会转移至灭弧室内。在此基础之上，由第一灭弧室负责对小电流情况下所产生电弧进行分断处理。在电器开关装置内部电流水平处于较小水平的状态下，触头系统对应电弧水平偏低，因此受到电流磁场洛仑磁力因素的影响，导致电弧自第一平面转移至第一灭弧室内，以达到电弧熄灭的效果。同时，在电器开关装置灭弧系统设计方案中，大电流状态下所产生电弧主要经第二灭弧室进行分断处理。受电器开关装置内部电流偏大因素的影响，导致触头系统所产生电弧水平偏高，受高温气体以及电弧因素影响，导致沿第二方向垂直上移动，以达到熄灭大电流电弧的效果。尤其需要注意的一点是，在大电流情况下，并非全部电弧均可以沿第二方向进入灭弧室内，可能部分高温气体以及电弧沿第一方向出现偏转而导致进入灭弧室内。从这一角度上来说，在大电流情况下，除第二灭弧室发挥灭弧效果以外，第一灭弧室也有熄灭电弧的辅助作用。

3 结束语

    本次研究中提出了一种全新的电器开关装置灭弧系统以及电器开关装置设计方案，将触头系统、灭弧系统以及隔弧组件引入设计方案中，受到电流磁场洛仑磁力因素的影响，导致电弧自第一平面转移至第一灭弧室内，以达到电弧熄灭的效果。同时，在大电流情况下，除第二灭弧室发挥灭弧效果以外，第一灭弧室也有熄灭电弧的辅助作用。整套设计方案具有良好可行性，灭弧系统可满足不同电流情况下的电弧熄灭需要，通用性强，值得引起关注。

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