這個問題,解析時可以分解為兩個相互關聯的子問題。我們來看下圖:
圖中我用青色框標明的區域就是斷路器,當然,這臺斷路器是低壓配電室里面用的,而用粉色框框起來的部分與問題有關。
注意看這臺斷路器,我們發現它是四極的,而且在三條相線中,半圓的標識和半個正方形的標識標識這臺斷路器具有過載保護和短路保護功能。
特別注意的是:N線所在的極里,沒有任何保護,斷路器在這里充其量只不過具有隔離開關功能而已。
因此,這臺斷路器的接線屬于3P+N的型式??紤]到N極在斷路器內部,為了說明問題,故意將N極觸頭繪制成斷路器的型式,但在實際繪圖時,N極觸頭應當繪制成隔離器的型式。
請注意兩件事:
第一:進線方向必須是從上往下。
第二:除非N線也有與相線一樣的保護功能,而且整定值也一致,否則不得把斷路器相線接入極與N線接入極對調互換使用。
下面我們來一一解釋:
我們先來看第一個問題的解答。這個問題涉及到斷路器動靜觸頭的介電能力和電弧移動方式。
(1)斷路器動靜觸頭的介電能力
我們來看下圖:
這是一只微型斷路器。它的上側是進線端,下側是出線端。我們從圖中可以看出,出線端的機械復雜程度超過進線端。
其實進線側是斷路器的靜觸頭,而出線側是斷路器的動觸頭。靜觸頭的結構相對簡單,散熱條件好一些,因此靜觸頭側的介電性能也即絕緣性能優于動觸頭側。也因此,如果斷路器制造廠的技術和設計水準相對較低時,如果反向進線,也即將斷路器的出線側改為進線側,則需要降容。降容后的運行電流僅為額定電流的75%。例如斷路器的額定電流是100A,反向送電后其運行電流為75A。
對于設計比較好的斷路器,則無需降容。
這在斷路器的說明書或者樣本材料中都會說明。
如果需要從下部進線,除了需要用具有下部進線無需降容功能的斷路器外,有時還需要采取其它一些措施。例如電纜和母線槽搭接問題等等。
需要指出的是:把進線方向弄錯是開關柜制造廠的新入職工程師們常見錯誤。
(2)斷路器內部電弧移動方式
我們來看下圖:
當斷路器因為線路短路而跳閘瞬間,這時的電路是有極性的。圖中上部是靜觸頭,下部是動觸頭。圖中左側(綠色部分)表示靜觸頭為負極或者陰極,右側(紅色部分)表示靜觸頭為正極或者陽極。我們來看其中的電弧運動。
圖1:左右兩側的上圖中因為動觸頭做開斷運動,觸頭間出現電??;
圖2:隨著觸頭間隙加大,電弧也被拉長,其中部在電場力的作用下向滅弧室方向彎曲。
圖3:左圖中電弧已經離開觸頭,向滅弧室方向運動;右圖中我們看到,電弧的陽極區已經離開觸頭,而陰極區卻滯留在動觸頭上;
圖4:經過一段時間后,滯留在動觸頭(陰極)上的電弧陰極區才離開觸頭,并向滅弧室方向運動。
什么原因呢?
當斷路器的觸頭打開,電弧開始出現,同時極間的電阻不斷增大。電弧在兩極上形成電弧斑點,以及熔融金屬和它的蒸汽,這時的電弧被稱為金屬性電弧。金屬性電弧是靠金屬蒸汽的離子來支撐的,我們把它稱為金屬相電弧。
金屬相電弧的直徑較大,電弧基本上不運動。當電弧隨著觸頭開距加大而拉長后,在外磁場的作用下,周圍氣體進入電弧,使得電弧中心的溫度升高,電流向中心集中,電弧變細,電弧變為氣相電弧。這時,電弧才具有運動的可能性。
我們知道,低壓電器是有滅弧罩的,電弧要進入滅弧罩,必定會遇見各種拐角和臺階。這些拐角和臺階對于電弧的運動會產生什么影響呢?
一位很出名的學者,叫做R.Michal,他研究了電弧弧根運動的機理,得出的結論是:
(1)陽極電弧弧根具有跳躍通過阻擋物的能力。也就是說,陽極電弧遇見臺階和間隙能一躍而過。
(2)陰極電弧弧根的運動必須是連續的,它只能沿著阻擋物的表面運動。
這個現象有點像男孩子和女孩子。男孩子遇見障礙可以跳過,女孩子則只能老老實實地沿著地面走過去。當電弧在遇見臺階時,陰極電弧弧根要從臺階下方沿著立面攀升到臺階上方再繼續前進,而陽極電弧弧根則直接越過,于是電弧必然會出現傾斜和停滯。
我們再來看上方的電弧運動圖,圖中綠色部分的下方動觸點是電弧陽極。
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