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环保安全的灭弧方案及其在环网柜中的应用
时间:2026-08-09 22:39点击量:


  

环保安全的灭弧方案及其在环网柜中的应用(图1)

  说起灭弧,大家想必不会陌生。当高压电路断开时,电压会击穿空气产生高温高导电率的游离气体,表现为瞬间的高温火花,这就是电弧。

  于是,灭弧便成了高压电气设备中的一个重要研究课题。以环网柜为例,它需要完成高压电路的通断,且还要部署在机场、小区等人员较为密集的区域,必然要保证它的安全。

  说起降低电压,很多人第一反应时直接降低电路中的电压,但是,显然无法实现。毕竟,设备要做的就是在高压输电中完成电路的断开,总不能将高压输电改成低压输电。

  我们知道U=IR,当触点断开时,R会瞬间增大。而我们要向让U最小,就应该确保触点断开的这一时刻流经触点的电流最小。

  还要注意,在交流电路中,电流和电压过零点的时间往往不是同步的,这要取决于负载的类型。

  拍照的那晚还是很美好的,不久后的一晚,我做实验将整层实验楼的电闸保险烧掉了……

  这个思路很难,难就难在一个机械结构要在50Hz的电流上精准动作。相比于电流的快速变化(50Hz),机械触点的动作真是太慢了!

  更要命的是,两次动作的时间差值也不一样!这一次你触发它,它15ms之后断开了,下一次你触发它,22ms后断开了。就这抖动范围,在50Hz的电流下,怎么能行。

  电弧产生后,可以采用气吹灭弧的方式来熄灭电弧,也就是我们常说的吹弧。吹弧利用气流作用于电弧,可以很好地冷却电弧、提高电弧区的压力、带走残余游离气体,因此具有较好的灭弧性能。

  而且,可以在产生电弧的部位的周围增加一些栅格,这样,可以将电弧隔断。这样有助于快速地消灭电弧。

  当然,熄灭电弧不是找一个人在旁边吹。可以利用触点动作产生的气流来完成吹弧操作。

  一般情况下,吹弧方式我们都会用,毕竟这一条实现成本不高。例如各种灭弧室中都会有吹弧机制和栅格。

  如果我们更换绝缘性质更好的介质,并且在这种介质中断开电路,则可以减小电弧。

  现在最常用的介质是六氟化硫SF6。它是一种人工合成的气体,在100年前被法国两位化学家Moissan和Lebeau合成。

  之后,六氟化硫被应用于电力行业,广泛用作中高压电气设备的绝缘和开断介质。

  但是,六氟化硫是一种温室气体,并且其全球变暖潜能值(GWP)为23500,这表示1千克六氟化硫与23500千克二氧化碳具有相同的影响力。这是十分严重的。

  安全问题,无小事。电路开断中的电弧严重影响操作人员的人身安全和电网安全,必须要抑制电弧。

  环保问题,无小事。温室气体的排放导致了全球变暖,导致了频繁的极端天气和大规模物种灭绝,必须要减少温室气体排放。

  这是一种更为安全也更为环保的方案,由施耐德电气创新性地提出,并应用在环网柜中。

  并联真空开断方案由真空灭弧室和空气中的隔离开关组成,其实现了常见的三工位开关操作,而且零件数量小、成本低。

  当动触头移动时,电流会从静触头转移到真空灭弧室。而且要注意,在动触头和静触头分离的瞬间,因为触头处于同电位,因此不会产生电弧。

  然后,电流通过处于闭合位置的真空灭弧室。接下来,在动触头的推动下,枢轴杆旋转并驱使真空灭弧室开断。

  当电流开断结束后,动触头释放枢轴杆,并使其继续旋转至隔离位置。在缓冲弹簧的作用下,枢轴杆返回初始位置,进而闭合真空灭弧室。

  这种方案可以降低真空灭弧室的体积和成本。因为真空灭弧室仅仅在开断阶段工作,会承受开断时的瞬态恢复电压,但是不需要具有短路关合能力、短时电流耐受能力、持续电流耐受能力。在合闸阶段,电流不会经过真空灭弧室。并且,在开断阶段,电流流经真空灭弧室的时间也只有几毫米。

  并且,我们发现,整个过程中,操作方式与当前使用的六氟化硫三工位开关相同:一次操作实现开断/隔离,第二次操作实现接地。甚至,施耐德电器的环网柜解决方案中,其占地面积等均与六氟化硫开关完全相同,甚至母线铜排和电缆接头的高度都保持不变,能够很容易实现改装,将原有的六氟化硫方案改造为新方案。所以是一种更为环保、安全的解决方案。

  安全问题是个大问题;环保问题是个大问题。要在两者之间取得平衡,则是个难题。

  其实每个难题的解决靠的是无数科研工作者、工程师的不断尝试和努力,他们或有成果,或一无所获。但是,都值得我们赞扬。