什么是空气断路器？

空气断路器（也称为空气喷射断路器或ACB）是一种自动操作的电气开关，它使用空气来保护电路免受过载或短路引起的过电流造成的损坏。它的主要功能是在检测到故障后中断电流。发生这种情况时，断开电路的触点之间会出现电弧。空气断路器使用压缩空气吹灭电弧，或者，触点迅速摆动到一个小的密封室中，排出的空气逸出，从而吹灭电弧。

这种类型的断路器在大气压力下工作。油式断路器发展后，中压空气式断路器在世界范围内已基本被油式断路器所取代。

尽管在法国和意大利等国家，ACB 仍然是电压高达 15 kV 的首选。在油断路器的情况下，ACB 也是避免油火风险的不错选择。在美国，ACB 专门用于高达 15 kV 的系统，直到开发出新的真空断路器和SF 6断路器。

与操作一次然后必须更换的保险丝不同，断路器可以复位（手动或自动）以恢复正常操作。您还可以使用可以远距离操作的远程控制断路器，而保险丝则不然。

空气断路器工作原理

该断路器的工作原理与任何其他类型的断路器都有很大不同。所有类型的断路器的主要目的是通过在触点间隙中产生能够承受系统恢复电压的情况来防止在电流为零后重新建立电弧。

空气断路器的作用相同，但方式不同。为了中断电弧，它会产生超过电源电压的电弧电压。电弧电压定义为维持电弧所需的最小电压。该断路器主要通过三种不同的方式增加电弧电压，

  1. 它可以通过冷却电弧等离子体来增加电弧电压。随着电弧等离子体温度的降低，粒子在电弧等离子体中的迁移率降低；因此需要更大的电压梯度来维持电弧。
  2. 它可以通过延长电弧路径来增加电弧电压。随着电弧路径长度的增加，路径的电阻增加，因此为了保持相同的电弧电流，需要在电弧路径上施加更多的电压。这意味着电弧电压增加。
  3. 将电弧分成多个串联电弧也会增加电弧电压。

ACB 的类型

主要有两种类型的 ACB 可用。

  1. 普通空气断路器。
  2. 空气冲击断路器。

ACB的运作

ACB 的操作可以分为三个步骤：

  1. 第一个目标通常是通过迫使电弧与尽可能大面积的绝缘材料接触来实现的。每个空气断路器都装有一个围绕触点的腔室。这个房间被称为“灭弧室”。电弧被驱入其中。如果灭弧室的内部形状合适，并且电弧可以与形状相符，那么灭弧室壁将有助于实现冷却。这种类型的灭弧室应该由某种耐火材料制成。用玻璃纤维和陶瓷增强的高温塑料是制造灭弧室的优选材料。
  2. 第二个目标是加长弧路径，与第一个目标同时实现。如果灭弧室的内壁以这样一种方式成形，即电弧不仅被迫靠近它，而且还被驱入投射在灭弧室壁上的蛇形通道中。电弧路径的加长增加了电弧电阻。
  3. 第三种技术是通过在灭弧室内部使用金属电弧切割机来实现的。主灭弧室用金属隔板分成若干个小隔间。这些金属隔板实际上是电弧分离器，每个小隔间都充当单独的迷你灭弧室。在这个系统中，初始电弧被分成许多串联电弧，每个电弧都有自己的迷你灭弧室。因此，由于其自
    身的迷你灭弧室，每个分裂电弧都有其自身的冷却和延长效果，因此单个分裂电弧电压变高。这些共同使整体电弧电压远高于系统电压。

这就是空气断路器的工作原理，现在我们将详细讨论ACB在实践中的操作。

空气断路器在 1 kV 电压范围内操作，不需要任何电弧控制装置。主要针对低压（1 kV 以上的低压）上的大故障电流，配备适当的电弧控制装置的 ABC 是不错的选择。这些断路器通常有两对触点。

主触点对在正常负载下承载电流，这些触点由铜制成。另一对是电弧触点，由碳制成。断路器分闸时，主触头先断开，在主触头断开时，灭弧触头仍相互接触。

随着电流的增加，在主触点断开期间通过电弧触点的并联低电阻路径，主触点中不会出现任何电弧。仅当最终分离起弧触点时才开始起弧。每个电弧触点都装有一个电弧流道，有助于电弧放电由于热效应和电磁效应而向上移动，如图所示。

当电弧被向上驱动时，它进入由分离器组成的灭弧室。槽内的电弧会变冷、拉长和分裂，因此在空气断路器操作时电弧电压远大于系统电压，因此在电流为零时电弧最终被熄灭。

鼓风式断路器

这些类型的空气断路器用于245 KV、420
KV 甚至更高的系统电压，特别是需要更快的断路器操作的地方。鼓风式断路器与油式断路器相比具有一些特定的优点，如下所示，

  1. 不会因油而引起火灾。
  2. 鼓风式断路器在运行过程中，断路器的分断速度要快得多。
  3. 鼓风断路器操作过程中的灭弧速度要快得多。
  4. 对于小电流和大电流中断的所有值，电弧的持续时间都是相同的。
  5. 由于电弧的持续时间更短，因此从电弧到载流触点的热量更少，因此触点的使用寿命变得更长。
  6. 系统的稳定性可以很好地保持，因为它取决于断路器的操作速度。
  7. 与油路断路器相比，需要更少的维护。

鼓风式断路器也有一些缺点：

  1. 为了频繁操作，需要有足够大容量的空压机。
  2. 还需要经常维护压缩机、相关的空气管道和自动控制设备。
  3. 由于高速电流中断，总是有可能出现重起电压和电流斩波的高速率上升。
  4. 空气管接头也有可能发生气压泄漏。

正如我们之前所说，ACB主要有两种类型，普通空气断路器和鼓风断路器。但后者可以进一步细分为三个不同的类别。

  1. 轴向冲击 ACB。
  2. 带有侧向移动触点的 Axial Blast ACB。
  3. 交叉爆炸 ACB。

轴流式空气断路器

空气压力将抵消弹簧压力并使弹簧变形，因此动触头从固定触头中抽出，喷嘴孔打开。同时，高压空气开始沿着电弧通过固定触点喷嘴孔流动。空气沿电弧通过喷嘴孔的轴向流动将使电弧变长和变冷，因此电弧电压变得远高于系统电压，这意味着系统电压不足以维持电弧，因此电弧被熄灭。

带侧动触头的轴向冲击式 ACB

在这种类型的轴向鼓风断路器中，动触头安装在活塞上，活塞支撑在弹簧上。为了打开断路器，当压力达到预定值时，空气进入灭弧室，将动触头向下压；在定触头和动触头之间画出弧线。空气喷射立即将电弧传递到电弧电极，因此被空气的轴向流动熄灭。

交叉爆炸空气断路器

排气室吐有电弧分离器。当动触头从静触头上拔出时，触头间产生电弧，同时来自风管的高压空气通过触头间隙将电弧强行带入排气室，电弧被分流。在分弧器的帮助下，最终电弧被熄灭。

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