一种塑壳断路器灭弧室的优化设计研究_图文

1、13江苏电器 (2008 No.9一种塑壳断路器灭弧室的优化设计研究HONG Li-huan, TIAN Zhong-yiOptimized Design Study of a Kind of Moulded CaseCircuit Breaker Arc Extinguish Chamber作者简介:洪黎欢(1979- ,男,工程师,本科,主要从事塑壳断路器的研发工作。Abstract: The traditional arc extinguish chamber structure of moulded case circuit breaker was very difficult to

2、raise breaking off performance of the circuit breaker. Aiming at this problem, improvements were carried out for the shape of arc extinguish chamber grids, and added with measures not to allow arc to get into the leg part of arc extinguishing grids . Via tests, it is proved that adopting the arc ext

3、inguish chamber with crossingly placed certain shape arc extinguishing grids, and with red-steel paper board sticked on the arc extinguishing grid leg can effectively raise breaking off capacity of the circuit breaker. Key words: moulded case circuit breaker; breaking off performance; arc voltage; a

4、rc current(Hangzhou Zhijiang Switchgear Shares Co., Ltd, Hangzhou 311234, China 摘 要:塑壳断路器传统的灭弧室结构已很难提高断路器的开断性能,针对此问题,对灭弧室栅片的形状进行改进,并增加不让电弧进入灭弧栅片腿部的措施。通过试验证明,采用交错放置一定形状灭弧栅片的灭弧室,并在灭弧栅片腿部粘贴一红钢纸板,能有效提高断路器的分断能力。关键词:塑壳断路器;开断性能;电弧电压;电弧电流中图分类号:TM561 文献标识码:A 文章编号:1007-3175(200809-0013-03洪黎欢,田中义(杭州之江开关股份有限公司,

5、浙江 杭州 3112340 引言灭弧室作为塑壳断路器的一个重要组成部分,主要在断路器短路开断时起熄灭电弧的作用,其灭弧效果的好坏对断路器的短路开断性能有很大的影响1,文中主要对一种目前塑壳断路器普遍使用的灭弧室结构做了几种修改方案,通过试验证明采用交错放置一定形状灭弧栅片的灭弧室,并在灭弧栅片腿部粘贴一红钢纸板有助于提高断路器的分断能力。1 测试设备文中所做的实验主要在西安交通大学的振荡回路实验室完成,原理图如图1所示。其工作过程为:实验前主开关S2断开,充电开关S1闭合,交流电源经过调压器T升压后,通过整流桥B对电容器C充电至所需实验电压后断开S1,实验时接通主合闸开关S2,由电容器C、电抗

6、器L、试品SP、分流器F构成一个典型的单频振荡回路。实验中,利用一台数字式存储示波器记录电弧电流、电弧电压和机构角位移随时间的变化过程。2 实验方案针对4种采用不同结构灭弧室的同一塑壳断路器,制定了5种试验方案,均通以预期短路电流有效值为10kA的电流。图1 振荡回路原理图一种塑壳断路器灭弧室的优化设计研究 江苏电器 (2008 No.92.1 灭弧室结构1结构1的灭弧室结构为一种目前普遍采用的结构,如图2所示。图2中a是装配好的灭弧室,其灭弧栅片的形态如b。2结构2的灭弧室结构是在结构方案1的基础上对灭弧栅片形状更改为图3中b的形状,灭弧室中相邻的栅片如图3中a交错放置。3结构3的灭弧室结构

7、是在结构方案1的基础上对灭弧栅片形状更改为如图4中b的形状,灭弧室中相邻的栅片如图4中a交错放置。4结构4的灭弧室结构是在结构1或结构2或结构3的基础上在灭弧栅片的腿部用703硅胶粘贴一红钢纸板,如图5所示。2.2 根据4种结构制定了5种实验方案1方案1的灭弧室结构为结构1。2方案2的灭弧室结构为结构1+结构4(即在结构1的灭弧栅片上粘贴红钢纸板。3方案3的灭弧室结构为结构2。4方案4的灭弧室结构为结构2+结构4(即在结构2的灭弧栅片上粘贴红钢纸板。5方案5的灭弧室结构为结构3+结构4(即在结构3的灭弧栅片上粘贴红钢纸板。3 实验结果实验结果如表1和图7、图8、图9、图10、图11所示,其中图

8、7对应方案1,图8对应方案2,图9对应方案3,图10对应方案4,图11对应方案5。图6给出了一个典型的实验结果波形,其中I e 为预期短路电流有效值,I p 为实际的短路电流峰值(可通过图中的电压值计算得出,U p 为电弧电压峰值,t a 为燃弧时间,t s 为操作机构开始动作时间,t o 为操作机构运动时间,t u 为电弧电压上升时间2。图2 结构1的灭弧室结构及栅片形状图3 结构2的灭弧室结构及栅片形状图5 结构4的灭弧室结构及栅片形状表1 实验结果参数方案I e /kA I p /kA U p /V t s /ms t o /ms t u /ms t a /ms 实验方案11012.56

9、284 4.1813.504.439.43实验方案21010.304529.63实验方案31010.70220 4.629.49实验方案4109.70460 4.378.86实验方案51010.004604.128.35图4 结构3的灭弧室结构及栅片形状一种塑壳断路器灭弧室的优化设计研究15江苏电器 (2008 No.9在图6中,横坐标(时间:每格为5ms ;纵坐标(电压:(1电弧电流曲线每格为500mV,(2电弧电压曲线每格为200V,(3主轴转角曲线每格为2V。在图7中,横坐标(时间:每格为5ms ;纵坐标(电压:(1电弧电流曲线每格为500mV,(2电弧电压曲线每格为200V。在图8中,

10、横坐标(时间:每格为5ms ;纵坐标(电压:(1电弧电流曲线每格为500mV,(2图6 实验波形示例图7 方案1实验波形图电弧电压曲线每格为200V。在图9中,横坐标(时间:每格为5ms ;纵坐标(电压:(1电弧电流曲线每格为500mV,(2电弧电压曲线每格为200V。在图10中,横坐标(时间:每格为5ms ;纵坐标(电压:(1电弧电流曲线每格为500mV,(2电弧电压曲线每格为200V。在图11中,横坐标(时间:每格为5ms ;纵坐标(电压:(1电弧电流曲线每格为500mV,(2电弧电压曲线每格为200V。从实验结果可以看出:图8 方案2实验波形图图9 方案3实验波形图图10 方案4实验波形

11、图图11 方案5实验波形图一种塑壳断路器灭弧室的优化设计研究(下转第18页江苏电器 (2008 No.93.3 基于动稳定校验的计算依据变压器容量选择母线规格,依据母线的形状、排列、相间距,查截面形状系数曲线图2-3,得到各电流规格的相间母线截面形状系数K,及条间母线截面形状系数K12、K13。依据表2计算W值,依据表1的短路冲击电流值计算应力,得出母线跨距,其计算结果见表3。表3 计算结果变压器容量S/kV·A铜排(mmK K12K13a平/m a竖/m Lbm/m Lb/m Lm平/m Lm竖/m6308×600.87-0.090.11- 1.100.43 80010&

12、#215;600.94-0.090.11- 1.020.46 100010×800.89-0.110.11- 1.400.49 125010×1000.82-0.130.11- 1.600.50 16002×(10×800.890.30-0.110.110.670.35 1.150.85 20002×(10×1000.820.25-0.130.110.690.40 1.300.80 25003×(10×1000.820.250.550.130.150.750.40 1.100.98综上所述,当桥内母线为单层,平放时

13、相间距为0.090.13m,跨距可取0.90.95m;竖放时相间距为0.11m,跨距可取0.40.45m。当桥内母线为双层或三层,平放时相间距为0.110.13m,跨距可取0.8m,两跨距中间加条间衬垫;竖放时相间距为0.110.15m,跨距可取0.8m,两跨距中间加条间衬垫。4 结语在低压母线桥的设计中,铜母线的选择和布置必须根据具体情况,按照一定的技术条件对其进行短路动稳定校验,使其在运行中安全、稳定、可靠。参考文献1 赵天意.低压配电网主电源短路电流计算J.低压电器,2007(9.2 戈东方.电力工程电气设计手册G.北京:水利电力出版社,2007.3 郑纯.基于动稳定校验的低压开关柜母线

14、的设计J.机电工程技术,2006,35(7.收稿日期:2008-05-26(1比较实验1和2可以发现仅对栅片腿部粘贴红钢纸板电弧电压值就可以提升至452V,但随后电压回落比较明显,表明电弧在进入栅片后被分割情况较差,没有形成明显的近极效应,造成电弧电压没有很好的保持,如图7和图8所示。(2比较实验2、4、5和1、3可以发现,不管采用哪种形状栅片的交错方式,在电弧电压峰值保持基本不变的情况下,电弧电流的峰值减小了,更重要的是燃弧时间缩短了1ms左右。从实验3、4、5的实验波形也可以看出,采用交错栅片时,电弧电压峰值之后没有发生明显的回落,因此可以提高开断性能。(3比较实验4和5可以发现不同的栅片形状电弧电流和电弧电压的峰值基本相当,但从电弧电压的波形来看采用结构3的灭弧栅片形状时,电弧电压保持得更好一些,这有利于缩短燃弧时间。4 结语从