磁吹断路器

利用磁场使电弧熄灭的断路器

利用磁场的作用使电弧熄灭的一种断路器。磁场通常由分断电流本身产生，电弧被磁场吹入灭弧片狭缝内，并使之拉长、冷却，直至最终熄灭。磁吹断路器的触头在空气中闭合和断开。

产品分类

磁吹断路器按磁吹原理分为电磁式和电弧螺管式两类。按照栅片材质的不同，磁吹断路器一般分为金属栅片式和绝缘板栅片式两种。

电磁式磁吹断路器

电磁式磁吹断路器利用分断电流流过专门的磁吹线圈产生吹弧磁场将电弧熄灭。这种结构需要专门设置磁吹线圈和磁极板等元件，其结构比较复杂，笨重，分断性能也较差，在早期的磁吹断路器中曾广泛采用。串联磁吹线圈的熄弧原理在低压直流磁吹断路器中也被采用。

电弧螺管式磁吹断路器

电弧螺管式磁吹断路器出现于20世纪60年代。其原理是利用绝缘灭弧片和小弧角（装在灭弧片下端的U形钢片）将电弧分割，形成连续的螺管电弧，并产生强磁场，从而驱使电弧在灭弧片狭缝中迅速运动，直至熄灭。这种断路器三相装在一个手车式底架上，配用一个操动机构。合闸时，由动、静主触头快速接通导电回路；分闸时，电弧在动、静触头之间产生，在流经触头回路的电流磁场和压气皮囊产生的作用下，被转移到大弧角上。此时，在辅助系统的磁场驱动下，电弧继续迅速向上运动，当到达小弧角时，电弧被分割成相互串联的若干短弧，这些短弧在电流磁场和小弧角磁性的推拉作用下，很快进入狭缝，形成一个直径不断增大的螺管电弧。这种断路器结构较简单，体积较小，重量较轻，分断性能高。

金属栅片式磁吹断路器

金属栅片式磁吹断路器的结构原理如图1所示，其栅片是金属导体，电弧在电磁力作用下进入一组栅片后，被分割成若干短电弧，当电流过零后，每个短弧隙上的介电强度可高达数百伏（由于阴极效应，介电强度可恢复到200V）。在金属栅片中的炽热气体是金属蒸汽和空气的混合体。据一般的规律，高电离电位、低沸点材料栅片间隙的阴极效应，使得栅片间隙具有较高的介电强度。

绝缘栅片式磁吹断路器

绝缘栅片式磁吹断路器具有“之”字形迷宫式的窄缝，多用于15kV及以下的系统中。中国华通开关厂制成以云母玻璃栅片组成的灭弧室，用于40.5kV磁吹断路器上，其原理与金属栅片式相同。但因电压较高，为了加长电弧，并使动、静触头间的电弧能很快进入栅片组，采用了能形成强烈磁吹的几个线圈，它们在正常工作状态下并不接入线路，而是跨接在电弧路径中的几个区段上。当电弧向栅片内延伸时，这些磁吹线圈被依次接入主回路，电磁力迫使电弧进入栅片区，电弧被拉长，弧柱与绝缘栅片表面接触后，栅片受热释放出大量气体，电弧被冷却而熄灭（不是由于阴极效应）。

产品特点

磁吹断路器以大气为介质，用耐热陶瓷或云母玻璃作灭弧片，电气寿命长，能适应频繁操作的场合。在分断过程中，电弧电阻迅速增加，可以改善功率因数；产生的过电压最小，分断特性优良。其额定电流和分断电流较大，可适应电网发展的需要，分断电流现已达60千安。磁吹断路器运行安全，维护方便。但与其他断路器比，其结构复杂，体积大，成本高，一般只适用于20千伏以下的电压等级。

磁吹断路器通常难于开断电力电缆线路的短路故障。因为，电缆线路形成的恢复电压上升率较低，电弧在发展初期较易熄灭，此时电弧路径尚未发展到栅片区，只处在离触头不远的空间内。这一区域充满高温电离化蒸汽，在高的恢复电压峰值到来时形成热击穿。电缆线路电容中储存的能量释放出来，使这种短路难于顺利开断。

磁吹断路器以其无油、无火灾危险，能适应频繁操作的优点而得到广泛应用。但是，它的开断能力和电压等级都不高，且价格较贵。在更高电压等级的系统中，其地位被空气断路器、六氟化硫断路器或真空断路器所取代。

断路器

断路器是能承载、关合和开断运行线路的正常电流，也能在规定时间内承载、关合及开断规定的异常电流（如短路电流）的开关设备，是电力系统的保护和操作的重要电气装置。断路器的结构很多，型式各异，但基本上均由导电主回路、绝缘支撑件、灭弧室和操动机构几部分组成。

基本结构

基本结构包括：①导电主回路，通过动触头、静触头的接触与分离实现电路的接通与隔离；②灭弧室，使电路分断过程中产生的电弧在密闭小室的高压力下于数十毫秒内快速熄灭，切断电路；③操动机构，通过若干机械环节使动触头按指定的方式和速度运动，实现电路的开断与关合；④绝缘支撑件，通过绝缘支柱实现对地的电气隔离。

分类

按灭弧介质和绝缘介质的不同，断路器可分为多油式、少油式、压缩空气式、磁吹式、真空式和六氟化硫式等。此外，在断路器的发展过程中还出现过水断路器。按照其他性质的不同，断路器又可分为：户内式和户外式，能自动重合闸与不能自动重合闸，手动、电磁、永磁、气动以及由液压或弹簧操动，能频繁操作与不能频繁操作。按照用途不同，断路器又可分为线路断路器（这是基本类型），联络断路器，发电机断路器，矿用、船用和机车用的特制断路器等。按相数多少不同，断路器又可分为三相式和单相式。

水断路器：以蒸馏水作为灭弧介质和绝缘介质的断路器，其开断能力较小，介质容易变质，未能得到发展，适用电压限于12～40.5kV。

多油断路器：以变压器油或专用断路器油作为绝缘介质和灭弧介质的断路器。多油断路器的用油量随电压等级的升高而剧增，12kV级的用油量为数十千克，252kV级的用油量可达40余吨。多油断路器容易导致火灾，运输和检修不便，动作特性差。从20世纪50年代起就逐渐被淘汰。

少油断路器：仅用变压器油或专用断路器油作灭弧介质，对地绝缘采用支持瓷柱的断路器。少油断路器的用油量较多油断路器的大为减少，12kV级的用油量仅数千克，252kV级的用油量也只有数百千克。但少油断路器的电寿命较短，在额定短路开断电流下的连续开断能力仅为数次。

空气断路器：以压缩空气作为灭弧介质和绝缘介质的断路器。空气断路器开断能力强，动作迅速，能适应低温地区的户外条件。但它的噪声大，零件多，加工复杂，造价高，可靠性较差。因此，空气断路器已逐渐被淘汰。

磁吹断路器：以开断电流自身形成的磁场协助灭弧的断路器。磁吹断路器的开断能力较小，额定电压较低，价格较贵，但电寿命长，只适用于要求频繁操作而又能免除火灾危险的地区。

真空断路器：利用电弧弧区压力在真空环境中扩散灭弧的断路器。真空断路器的电寿命长，适用于频繁操作，在额定短路开断电流下可连续开断数十次甚至近百次不需检修，开断时产生截流过电压，生产技术要求较高，额定电压不高。

六氟化硫断路器：以SF6气体作为灭弧介质或兼作绝缘介质的断路器。六氟化硫断路器有取代其他各类断路器的趋势，是当今断路器的主要发展方向。

历史及发展趋势

在1950年以前，电力系统中使用的断路器以多油断路器为主，其开断能力达20kA，126kV级的多油断路器为双断口，后来多油断路器的电压等级发展至380kV。在1965年以前，以少油断路器和空气断路器为主，其开断能力达26.5kA，126kV级的为单断口，电压等级发展至550kV。在1980年以前，以少油、空气、六氟化硫断路器为主，其开断能力达40～50kA，252kV级的为单断口，电压等级达750～1200kV。六氟化硫断路器及其组合体——气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）正在飞速发展中，其开断能力达63～80kA，525～550kV级的为单断口。中国已达到的水平是：363kV级的为单断口，开断能力达50kA，电压等级达550kV。为了适应电力系统稳定性的要求，断路器的开断时间已达到20ms。

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