双断点断路器结构技术特点分析

季晓明

(徐州机电工程高等职业学校，江苏徐州，221011)

1 引言

现代电网容量的不断提高对低压断路器的开断能力的要求也越来越高，分断能力与体积成为各断路器生产厂家的主题，在提高开断能力的前提下，尽量缩小产品的体积，可以为开关柜等设备节约大量空间，还可以节约贵重金属。

为了提高断路器的分断能力，可以通过提高其限流能力，让短路电流限制在一定的范围，以减小短路电流的能量和破坏力。提高限流能力，主要有2个途径:①充分利用触头回路之间的电动力，使触头快速打开产生电弧，利用提高电弧电压来限制电路电流，该结构特点是围绕电弧能量理论和电磁理论而发展的;②通过研究新的导电材料，利用其正温度系数下电阻值的显著变化来高效吸收故障电流产生的能量，进行无弧分断。方案②由于无电弧产生，其安全性能远远高于基于电弧理论的产品。但是，新材料的研制难度较大，相比较而言，方案①的应用比较实际。本文主要讨论的是塑壳断路器。

2 双断点技术的原理及型式

基于双断点技术为标志的断路器基本原理是整个回路开断后产生2个断点，相应会产生2个电弧电压。在短路电流过来时，电弧燃烧可以消耗吸收大量能量，从而达到限流的目的。双断点型结构较传统的单断点型结构消耗的电路能量的能力提高了一倍。采用双断点技术的产晶，最高分断能力达到150kA。具体分断能力数据如表l所示。

表1 国外各大公司塑壳式断路器的相关技术数据

目前，双断点技术主要有二种结构，一种是平行式双断点，如图1(a)所示;另一种是旋转式双断点，如图1(b)所示。两种结构的动触头均为一体化结构联动，2个断口处的电动力作用于同一动触头上，因而受到的电动斥力为原来单断点U形结构的2倍，这样提高了电弧电压上升速度，同时还可以满足断路器较小尺寸的要求。国内公司也相继开发了双断点型的产品，大多以旋转式结构为主。

3 双断点型断路器结构优点分析

目前，市场上以双断点技术为代表的塑壳断路器以其优秀的开断能力而著称。它主要综合了以下几个特点:

(1)形成双断点电弧区，以此大幅度提高电弧电压，强力限流，分断能力高。

(2)利用电动斥力，快速打开触头系统，快速吸弧，快速限流。

在触头系统设计上仍采用了传统的U形回路，产生电动力推开触头系统，产生电弧，利用回路的自励磁场，驱动电弧快速进入灭弧室;灭弧室采用金属栅片将长电弧分割为短弧，金属栅片还可以吸收能量，利用三聚氰胺等产气材料产生氢气，冷却电弧。

(3)防跌落式触头系统的设计。动触头可以利用导电回路产生的电动力，优先断路器的操作系统动作，提前打开触头系统，并可以使动触头打开后保持打开状态，防止因限流而使动触头回落，以防止电弧重燃，在操作机构动作完成后，动触头可以重新返回原来状态，这样产品的开断时问非常短，断路器开断时间可以达到3ms左右，动作时间快，使短路电流持续时间减小，实现大幅度的限流。

(4)消除软联结、结构简单。由于动触头采用一体化结构，不需要像传统的单断点型产品那样焊接软联结。

(5)机械寿命和电气寿命比较高。

4 双断点型断路器结构缺点分析

双断点技术存在一定的局限性，在设计和生产过程中应重视并尽可能减少这些不足之处，主要表现在以下几个方面:

(1)操作力大。由于产品内部有2个断点，触头压力提高了1倍，相应的对操作机构的操作力也有了较大的提高。解决方法是在设计操作机构时，尽量增大力臂或改变传动方式，以减小操作力。

(2)产品温升较单断点型高。由于每相增加了一个断点，接触电阻增加了1倍，相应的温升也会有所提高，在要求所耗铜材变化不大的前提下，主要靠提高接触压力和增厚镀银来解决，为解决温升问题，一方面要保证必须的接触压力，另一方面要增大一定的导电截面积。

(3)成本高。成本因素①是电触头数量增加了1倍，耗银量增加;②是灭弧室数量亦增加了一倍;③是零件的加工工艺难度加大，三者均制约了成本。

(4)体积有所增大。由于考虑操作力不能过大，加上灭弧室的放置空间等影响，双断点型产品的体积一般较单断点型大一些，如表1、表2所示。

表2 单断点产品的机械寿/电寿命及外形体积

(5)短时耐受电流能力未明显提高。限流型断路器的通病是对短时耐受能力的制约。塑壳断路器以A型产品为多，不利于发展为B型产品，即使是B型产品，短时耐受电流也不高。主要原因是:①产品体积小，导电截面积小;②电动回路限流的使用;两者导致的后果是导电触头系统的电动力很强，电流线密集，电热稳定性减弱，触头问震动大、发热大，均不利于提高短时耐受电流能力，双断点型断路器在此方面未能明显改善。

(6)双断点燃弧能量的不平衡。断路器的电磁场和电弧受影响的因素众多，2个断点很难做到开断一致，故容易造成燃弧能量的不平衡问题，也就是2个断点的电弧能量的差异性，使灭弧室的损耗和电触头的损耗均不一致，并且会形成恶性循环，制约着产品的可靠性。

对于平行式双断点，两者损耗相差太大时，可能使另一只电触头上无电流或者电流很小，电弧电压亦减小，重新变为单断点结构，起不到应有的双断点作用，这是平行式双断点的最大弊病。

5 结语

提高断路器分断能力、减小体积以及智能化是未来的发展方向，新一代的断路器都是在综合传统断路器的特点的基础上采用了新的限流技术，如上进线磁吹技术、双断点分断技术等，双断点技术极大地提高了断路器的开断能力，为电网的增容打下了良好的基础。可以预见，未来断路器高端市场的生产将是以双断点技术为主要形式。

［1］ 陈德桂.应用PTC限流元件的低压断路器［J］.低压电器，2001(3):3－5.

［2］ 陈德桂.低压断路器的器壁侵蚀与自动气吹灭弧技术［J］.低压电器，2002(4):3 －6.

［3］ 陈德桂.新一代塑壳断路器限流技术及其结构特点分析［J］.低压电器，2001(6):3 －6.

［4］ 刘洪武，谢心意，何艳峰，等.双断点断路器开断过程燃弧能量的不平衡问题［J］.电工技术学报，2010，25(3):61－65.

［5］ 楼梅燕，郑跃胜.桥式双断点塑料外壳式断路器磁场分析［J］.低压电器，2009(1):14－16.

［6］ 陈德桂.低压断路器的开关电弧与限流技术［M］.北京:机械工业出版社，2006.

［7］ 吴金辉.塑壳断路器双断点技术的结构特点分析［J］.低压电器，2011(5):11 －13.