低压断路器背后击穿现象分析

　　低压断路器开断时常有背后击穿现象发生影响开断性能。

摘要：本文通过对背后击穿的分析，依据热击穿的原理，建立了以磁流体动力学为基础的电弧动态模型，对背后击穿现象进行了机理模拟研究。

关键词：击穿现象断路器配电系统

1引言

低压断路器是低压配电系统中应用最为普遍的电器产品之一。为了获得较高的电弧电压，断路器灭弧室的栅片排列紧密。这样，电弧在进入灭弧室时所受的阻力较大，在栅片入口处停滞的时间也较长。近年来对低压断路器的研究表明，电弧在栅片入口处多次出现在栅片内与栅片外，导致电弧电压的反复跌落，这就是背后击穿现象。它降低断路器的开断性能，使燃弧时间增长。1988年日本名古屋大学YoshiyukiIkuma等人首次用快速摄像机观察到这种电弧背后击穿现象。他们还采用微波穿透技术发现在低压断路器开断过程中，电弧电压发生突降前，触头间隙都出现温度的上升，这是由于电弧的热气流经过灭弧室的后壁的反射进入相应区域的结果。游离气体的进入和温度的上升，使相应区域的临界电场强度降低，这是造成背后击穿的原因之一。法国的C.Fievet等人也发现，在电弧经过的区域温度还较高，存在有剩余电流，会以热击穿的形式导致背后击穿［1］。德国的ManfredLindmayer教授初步提出了一种基于热击穿的背后击穿模型［2］。图1为背后击穿的典型波形。

通过对背后击穿的分析，依据热击穿的原理，建立了以磁流体动力学为基础的电弧动态模型，对背后击穿现象进行了机理模拟研究。采用先进的高速光学测试设备及多通道示波器，对低压断路器模型作了大量的实验，发现电磁场对低压断路器中的背后击穿现象有抑制作用。通过改变灭弧室前的跑弧区的结构，形成不同气体流动状况。实验证明，合理的气体流动状况有助于电弧快速进入灭弧室，使电弧电压迅速上升，对背后击穿有抑制甚至消除作用，改善了限流器的开断特性。据此提出了一种新型可消除背后击穿现象的灭弧室结构。

2背后击穿现象机理的研究分析

近年来，人们通过现代测试技术发现了低压断路器开断中电弧运动的不稳定性，在熄弧过程中电弧在灭弧室内外多次转移，导致电弧电压跌落，即背后击穿现象。重燃后的电弧多次进入灭弧室，直到熄弧。大量实验都发现低压断路器开断过程中，在背后击穿现象发生前，在栅片灭弧室外都出现温度的上升。这是由于电弧的热气流经过灭弧室后壁的反射产生回流，相应区域的电导增大，临界场强减小，易于造成背后击穿的发生。

法国的C.Fievet等人发现［1］，当电弧进入灭弧室后，由于多个短弧的近极压降，以及栅片外热气体电导较大，内外电流在断路器灭弧室内外重新分配。通过用Rogowski线圈对电流的测量，发现当电弧已经离开起弧处几个毫秒之后，电弧初始区域仍然有几安培的电流。

由此，说明背后击穿现象与灭弧室外气体温度、临界电场强度及导电情况等有关。德国的ManfredLindmayer教授初步提出了一种基于热击穿的背后击穿模型［2］?。