气吹灭弧,这个概念及设计最早是三菱电机提出的(虽然最早采用产气材料的并不是三菱电机),早在近20年前的年,三菱便将其商业化应用在WS系列断路器上。
在年的时候,三菱在IEEJ(日本电气工程师学会)上发表论文对该技术予以说明,原文标题为《利用自动缓冲法开发新型断路器》。
该产品和文章出来后,国内开始对气吹灭弧进行研究,比较有代表性的是陈教授的一系列论文,比如《低压断路器的器壁侵蚀与自动气吹灭弧新技术》、《气吹灭弧与压力脱扣技术促进了低压断路器分断性能提高》等等,众多专利也层出不穷,我们此前也对国内气吹灭弧专利表达过质疑,那么三菱的气吹灭弧的核心是什么?简单的在灭弧室引弧栅片处设置绝缘材料?
由于是日文,论文很长,我们就摘抄关键几个点分享给大家:
1.实验使用两个灭弧室,如下图所示,灭弧室A全封闭仅留顶部一个排气口,灭弧室B顶部与底部均敞开,观察窗(如图a指示位置)采用绝缘材料,透明有机材料(PMMA:聚甲基丙烯酸甲酯树脂)
观察到的形态如下图所示:灭弧室B的电弧几乎是线性的,而在灭弧室A中,电弧以“H”形挤出,并且限制了沿打开方向(图中右上)的气流
2.灭弧室体积大小对灭弧的影响:
下图给出了灭弧室中的峰值压力Ppeak。然后将分断概率Pbreaking(执行五个分断实验时成功分断的概率)相对于灭弧室的体积(原始体积设为%)作图。可以看出,即使改变了灭弧室的容积,灭弧室中的峰值压力也没有太大变化,但分断概率降为了0
如果灭弧室的容积较小,则压力P从较早开始上升。但是,压力很快下降。这可以解释为,即压力快速升高并且气体在开口处的流出速度迅速增加(气体存储能力低)。结果,尽管峰值压力没有变化,但分断性能降低了!换句话来说,如果为了通过灭弧室中的气流切断电弧,则需要足够的容积来存储气体
3.灭弧绝缘材料对灭弧的影响
通过将构成灭弧室的材料从有机材料(PMMA)更改为石英玻璃(SiO2),进行了相同的实验,并检查了分断的成功与否。通常,有机材料(例如PMMA)在暴露于电弧时会分解产生大量有机气体,而石英玻璃不会产生大量气体。导致如下结果:
电弧电压大约降低了20%,并且没有熄灭电弧的峰值
石英玻璃灭弧室的压力低至有机灭弧室的压力的40%左右
即使有意减小开口面积以增加灭弧室压力,也无法将其分断
4.尽管以上只是基础研究的一部分,但基于从基础研究中获得的知识,我们开发了一种新型断路器(AF),如下图所示:
在用于配电的普通断路器中,灭弧室,各极的机构和继电器被容纳在一个壳体中。然而,这次开发的新断路器具有一种新结构(双壳体结构),其中壳体中的每个灭弧室都进一步单独容纳。因此,通过将每个灭弧室储存在高度气密的壳体中,在每个灭弧室中产生的气流可以集中在电弧上。另外,由于消弧室中的有机材料对切断性能有很大的影响,因此布置有机物以使其可以被最大程度地使用。针对断路器优化的自动吹气法被称为PAauto-puffer。
灭弧室中的气体流动不仅对于灭弧是有效的,而且作为电弧驱动力也是有效的,并且对于改善电流限制性能也是有效的。如下所示:
这篇论文发表在年3月(平成14年3月)的IEEJ,在年6月,陈教授也在《低压电器》杂志发表了《低压断路器的器壁侵蚀与自动气吹灭弧新技术》,文中提到松下公司采用的是三聚氰胺和酚醛树脂为绝缘材料开展实验,施耐德采用的是陶瓷材料和POM材料展开实验,西屋公司采用陶瓷材料、尼龙PA6/66,POM等材料展开实验,效果各不相同,文章里也提到了三菱的技术,不过没有提到三菱所采用的材料。
在年3月的时候,陈教授在《低压电器》杂志上发表论文《气吹灭弧与压力脱扣技术促进了低压断路器分断性能提高》,文中又分析了三菱的气吹灭弧,没有探讨上述所说的要点,也没有提及何种绝缘材料,但提到三菱采用了压力脱扣技术,简单说就是灭弧室后端开个小孔,利用灭弧室压力气流去冲击脱扣机构快速脱扣,我们翻阅了三菱的这篇论文,并没有提及这个技术。
另外,在三菱官方总结的独有分断技术汇总里,也没有提及这个技术,三菱总共汇总了如下几项他们独有的牛X技术:
VJC(蒸气喷射控制)
超限流技术
高限流技术ISTAC
PA-AutoPuffer
高压直流截止技术ARCSWEEPER后续,我们会将这些技术发布出来那么我们国内申请的气吹灭弧专利,实际运用的气吹灭弧技术真能达到这个效果?双层壳体?单独密封灭弧单元?绝缘材料布置在触头附近?采用的经过验证的绝缘材料?有电流、电压、压力、温度试验对比?
不得而知......
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