提高低压断路器分断能力的灭弧系统设计
林观锏
2018年7月13日
（厦门宏发电气有限公司,厦门361027）
摘要：为有效提高塑壳断路器的灭弧能，防止断路器在短路发生后的电弧重燃，采用创
新技术通过对灭弧系统的结构优化设计，使断路器在短路发生下利用灭弧系统自身结构，快速
有效的熄灭电弧，减少对触头的烧损，提高通断能力并延长其电寿命。
关键词：断路器触头电磁电弧灭弧分断
0引言
塑壳断路器的主要功能是切断过载电流及短路电流，达到保护系统回路安全的作用。由于
断路器工作电压比较高、开断的工作电流，特别是开断的短路电流比较大，如果不能迅速灭弧，
对断路器本身及电网系统的危害就很大。短路时，分断的电流较大一般在几千安及以上，常规
断路器在短路下动触头在电磁力作用下快速打开，切断短路电流，但电流过零后因动触头与静
触头的再次接触，导致弧隙的初始介质恢复强度较低（约150V）、而弧隙的恢复电压Ur较高，
电弧就重燃，同时因触头弹跳的产生，电弧可能发生多次重燃，对触头的烧蚀磨损大，严重缩
短产品寿命，不能满足使用要求。
基于断路器电弧熄灭的原理，创新优化触头灭弧系统设计（如图1），提高产品灭弧及分
断能力。
灭弧系统
图1断路器灭弧系统结构
1触头设计
1.1动触头设计
在断路器中触头系统因电磁的存在，如何将触头系统和灭弧系统结合设计，对产品的分
断性能有重要影响。为了使产品有优异的的限流性能,在分断短路电流时往往利用电磁斥力来
帮助动静触头快速分开（ms级），达到迅速有效的熄灭电弧。传统的动触头结构没有自锁装
置，所以在短路下电弧可能发生多次重燃，触头的烧蚀磨损大。在创新设计中，将断路器动触
头设置有动触头斥开后自锁结构，在短路大电流产生的电动力下斥开较大开距，且该动触头被
保持在该较大开距位置，以防止动静触头二次接触，同时，增大触头开距，加快电弧熄灭。
图2动静触头接触状态图3动触头斥开自锁状态
1.静触头设计
传统静触头多采用如图4的平板式结构，该结构简单易于加工且耗铜材少，但在分断
性能上效果不理想，对电弧的磁吹性差，难以快速熄灭电弧。新型静触头采用U型结构如
图6，电弧及动触头及各部电流产生磁场方向由标记⊙及表示，在电弧后端，三部电磁相
加，迫使电弧按箭头向外运动，进入灭弧室，弧根也迅速离开触头，使电弧快速熄灭，两种静
触头灭弧试验效果如图7。
图5传统静触头结构图6新型静触头结构
图7传统触头（左）、新型触头（右）的分断过程对比波形图
1.3触头引弧片设计
断路器的动、静触头在分断短路电流时会产生高温电弧，这种高温电弧对断路
器的危害极大，传统断路器产品由于引弧装置的结构设计不够合理，造成了断路器
的动、静触头在分断短路电流时产生的高温电弧四射，如若不能快速地将其集中，
并将其快速的引入灭弧装置里熄灭，将会烧毁触头系统，轻者严重降低断路器的分
断性能，重者烧毁断路器，所以必须在触头系统中设计引弧片结构零件。考虑电弧
必须进入灭弧室，所以设计引弧片必须靠近静触点，同时也靠近灭弧室。为了将电
弧可靠引入灭弧室，避免对动静触点产生严重的烧损，结构上根据动触头转动方向
需有倾斜角设计。引弧片设计时应考虑其是灭弧栅片的一部分，所以其与栅片间距
尽量与灭弧栅片间距一致。引弧片的高度应与静触点的高度一致，这样有利于电弧
快速传导到引弧片上。引弧片的倾斜角，一般设计成125度左右。如图8。
1—导弧板；2—静触点；3—静触头
图8引弧片的设计
灭弧室设计
对于塑壳断路器，常采用金属栅片灭弧室来灭弧，其原理利用金属栅片造成许多串联
的短弧，形成与回路电压相反方向的电弧电压，降低电流；同时金属栅片因高温大电流被
磁化，产生将电弧拉入灭弧室的吸，再利用栅片将电弧冷却，同时增大电弧电阻，来限制电
流，达