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發(fā)布時(shí)間：2021-04-27 11:30:33
說(shuō)起滅弧，大家想必不會(huì)生疏。當(dāng)高壓電路斷開(kāi)時(shí)，電壓會(huì)擊穿空氣產(chǎn)生高溫高導(dǎo)電率的游離氣體，表現(xiàn)為瞬間的高溫火花，這便是電弧。
電弧的損害很大：
電弧會(huì)產(chǎn)生高溫，進(jìn)而燒蝕觸點(diǎn)外表、燒壞絕緣材料。
原本斷開(kāi)的兩個(gè)觸點(diǎn)因?yàn)殡娀〉拇嬖诔尸F(xiàn)了電流，這延長(zhǎng)了開(kāi)關(guān)電器斷開(kāi)電路的時(shí)刻，加劇了電力系統(tǒng)短路毛病的損害。
電弧可能引發(fā)火災(zāi)，甚至爆破。
所以，滅弧便成了高壓電氣設(shè)備中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。以環(huán)網(wǎng)柜為例，它需要完結(jié)高壓電路的通斷，且還要布置在機(jī)場(chǎng)、小區(qū)等人員較為密集的區(qū)域，必然要保證它的安全。
要想按捺電弧，傳統(tǒng)手法主要有下面幾種思路：
下降電壓：電壓低了，難以擊穿絕緣介質(zhì)，自然就不簡(jiǎn)單產(chǎn)生電弧。
氣吹滅弧：通過(guò)氣體吹弧以使得電弧盡快熄滅，減少電弧的存續(xù)時(shí)刻。
替換介質(zhì)：讓觸點(diǎn)在某種介質(zhì)中斷開(kāi)，且這種介質(zhì)具有極好的絕緣強(qiáng)度，難以電離產(chǎn)生電弧。
最后會(huì)介紹一種更先進(jìn)的解決方案。
1下降電壓
說(shuō)起下降電壓，很多人榜首反應(yīng)時(shí)直接下降電路中的電壓，但是，顯然無(wú)法實(shí)現(xiàn)。究竟，設(shè)備要做的便是在高壓輸電中完結(jié)電路的斷開(kāi)，總不能將高壓輸電改成低壓輸電。
這兒的下降電壓是下降觸點(diǎn)斷開(kāi)瞬間的電壓！
咱們知道U=IR，當(dāng)觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，R會(huì)瞬間增大。而咱們要向讓U最小，就應(yīng)該保證觸點(diǎn)斷開(kāi)的這一時(shí)刻流經(jīng)觸點(diǎn)的電流最小。
還要注意，在交流電路中，電流和電壓過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻往往不是同步的，這要取決于負(fù)載的類(lèi)型。
要向讓觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)觸點(diǎn)處的電壓最小，要確保在電流過(guò)零點(diǎn)式動(dòng)作。
于是理想情況下，I恰為0，U=IR=0，于是不會(huì)產(chǎn)生電弧。但是實(shí)際卻不是這樣的。
這個(gè)思路很難，難就難在一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)要在50Hz的電流上精準(zhǔn)動(dòng)作。相比于電流的快速變化（50Hz），機(jī)械觸點(diǎn)的動(dòng)作太慢了。
更主要的是，兩次動(dòng)作的時(shí)間差值也不一樣！這一次你觸發(fā)它，它15ms之后斷開(kāi)了，下一次你觸發(fā)它，22ms后斷開(kāi)了。就這抖動(dòng)范圍，在50Hz的電流下，十分重要。
2氣吹滅弧
電弧產(chǎn)生后，可以采用氣吹滅弧的方式來(lái)熄滅電弧，也就是我們常說(shuō)的吹弧。吹弧利用氣流作用于電弧，可以很好地冷卻電弧、提高電弧區(qū)的壓力、帶走殘余游離氣體，因此具有較好的滅弧性能。吹弧的方式可以橫吹，也可以縱吹。
而且，可以在產(chǎn)生電弧的部位的周?chē)黾右恍〇鸥瘢@樣，可以將電弧隔斷。這樣有助于快速地消滅電弧。
當(dāng)然，熄滅電弧不是找一個(gè)人在旁邊吹。可以利用觸點(diǎn)動(dòng)作產(chǎn)生的氣流來(lái)完成吹弧操作。
一般情況下，吹弧方式大部分都會(huì)用，畢竟這一條實(shí)現(xiàn)成本并不高。例如各種滅弧室中都會(huì)有吹弧機(jī)制和柵格。
3更換介質(zhì)
如果我們更換絕緣性質(zhì)更好的介質(zhì)，并且在這種介質(zhì)中斷開(kāi)電路，則可以減小電弧。最容易想到的便是真空。
用真空滅弧室滅弧效果是很好，但是真空的成本很高，而且壽命短。現(xiàn)在最常用的介質(zhì)是六氟化硫SF6。它是一種人工合成的氣體，在100年前被法國(guó)兩位化學(xué)家Moissan和Lebeau合成。
六氟化硫具有以下特點(diǎn)：
較高的導(dǎo)熱率，能夠?qū)㈦娀〉臏囟妊杆賹?dǎo)走，無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常溫下不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
因此六氟化硫被廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)，用作中高壓電氣設(shè)備的絕緣和開(kāi)斷介質(zhì)。
但是，六氟化硫是一種溫室氣體，并且其全球變暖潛能值(GWP)為23500，這表示1千克六氟化硫與23500千克二氧化碳具有相同的影響力。這是十分嚴(yán)重的。
安全問(wèn)題，無(wú)小事。電路開(kāi)斷中的電弧嚴(yán)重影響操作人員的人身安全和電網(wǎng)安全，必須要抑制電弧。
環(huán)保問(wèn)題，無(wú)小事。溫室氣體的排放導(dǎo)致了全球變暖，導(dǎo)致了頻繁的極端天氣和大規(guī)模物種滅絕，必須要減少溫室氣體排放。
而當(dāng)安全問(wèn)題和環(huán)保問(wèn)題相遇時(shí)，則必定是個(gè)難題。
有沒(méi)有安全、環(huán)保、壽命長(zhǎng)的方案呢？
4并聯(lián)真空開(kāi)斷（SVI）方案
這是一種更為安全也更為環(huán)保的方案，由施耐德電氣首先提出，并應(yīng)用在環(huán)網(wǎng)柜中。
并聯(lián)真空開(kāi)斷方案由真空滅弧室和空氣中的隔離開(kāi)關(guān)組成，其實(shí)現(xiàn)了常見(jiàn)的三工位開(kāi)關(guān)操作，而且零件數(shù)量小、成本低。
我們就以施耐德電氣的方案為例，介紹SVI的原理。
當(dāng)動(dòng)觸頭移動(dòng)時(shí)，電流會(huì)從靜觸頭轉(zhuǎn)移到真空滅弧室。而且要注意，在動(dòng)觸頭和靜觸頭分離的瞬間，因?yàn)橛|頭處于同電位，因此不會(huì)產(chǎn)生電弧。
然后，電流通過(guò)處于閉合位置的真空滅弧室。接下來(lái)，在動(dòng)觸頭的推動(dòng)下，樞軸桿旋轉(zhuǎn)并驅(qū)使真空滅弧室開(kāi)斷。
當(dāng)電流開(kāi)斷結(jié)束后，動(dòng)觸頭釋放樞軸桿，并使其繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至隔離位置。在緩沖彈簧的作用下，樞軸桿返回初始位置，進(jìn)而閉合真空滅弧室。
這種方案可以降低真空滅弧室的體積和成本。因?yàn)檎婵諟缁∈覂H僅在開(kāi)斷階段工作，會(huì)承受開(kāi)斷時(shí)的瞬態(tài)恢復(fù)電壓，但是不需要具有短路關(guān)合能力、短時(shí)電流耐受能力、持續(xù)電流耐受能力。在合閘階段，電流不會(huì)經(jīng)過(guò)真空滅弧室。并且，在開(kāi)斷階段，電流流經(jīng)真空滅弧室的時(shí)間也只有幾毫米。
在隔離狀態(tài)下，動(dòng)觸頭和靜觸頭在干燥空氣中隔離。
干燥空氣作為隔離狀態(tài)下的介質(zhì)，有以下優(yōu)點(diǎn)：
無(wú)毒，對(duì)操作人員是安全的。設(shè)備安裝在公共場(chǎng)所附近也放心，不用擔(dān)心有毒氣體泄露。
無(wú)污染，替代了六氟化硫，避免了溫室效應(yīng)。
使用方便，在設(shè)備報(bào)廢時(shí)氣體不需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的回收流程，可以直接釋放。
可見(jiàn)并聯(lián)真空開(kāi)斷比較有優(yōu)勢(shì)，很有可能會(huì)取代六氟化硫解決方案。
并且，我們發(fā)現(xiàn)，整個(gè)過(guò)程中，操作方式與當(dāng)前使用的六氟化硫三工位開(kāi)關(guān)相同：一次操作實(shí)現(xiàn)開(kāi)斷/隔離，第二次操作實(shí)現(xiàn)接地。甚至，施耐德電器的環(huán)網(wǎng)柜解決方案中，其占地面積等均與六氟化硫開(kāi)關(guān)完全相同，甚至母線(xiàn)銅排和電纜接頭的高度都保持不變，能夠很容易實(shí)現(xiàn)改裝，將原有的六氟化硫方案改造為新方案。所以是一種更為環(huán)保、安全的解決方案。
所以，我覺(jué)著并聯(lián)真空開(kāi)斷方案替換六氟化硫方案應(yīng)該是的整體趨勢(shì)。
安全問(wèn)題是個(gè)大問(wèn)題；環(huán)保問(wèn)題是個(gè)大問(wèn)題。要在兩者之間取得平衡，則是個(gè)難題。
