磁吹斷路器

磁吹斷路器按磁吹原理分為電磁式和電弧螺管式兩類。按照柵片材質的不同，磁吹斷路器一般分為金屬柵片式和絕緣板柵片式兩種 ^[1]  。

電磁式磁吹斷路器利用分斷電流流過專門的磁吹線圈產生吹弧磁場將電弧熄滅。這種結構需要專門設置磁吹線圈和磁極板等元件，其結構比較複雜，笨重，分斷性能也較差，在早期的磁吹斷路器中曾廣泛採用。串聯磁吹線圈的熄弧原理在低壓直流磁吹斷路器中也被採用。

電弧螺管式磁吹斷路器出現於20世紀60年代。其原理是利用絕緣滅弧片和小弧角（裝在滅弧片下端的U形鋼片）將電弧分割，形成連續的螺管電弧，併產生強磁場，從而驅使電弧在滅弧片狹縫中迅速運動，直至熄滅。這種斷路器三相裝在一個手車式底架上，配用一個操動機構。合閘時，由動、靜主觸頭快速接通導電迴路；分閘時，電弧在動、靜觸頭之間產生，在流經觸頭回路的電流磁場和壓氣皮囊產生的作用下，被轉移到大弧角上。此時，在輔助系統的磁場驅動下，電弧繼續迅速向上運動，當到達小弧角時，電弧被分割成相互串聯的若干短弧，這些短弧在電流磁場和小弧角磁性的推拉作用下，很快進入狹縫，形成一個直徑不斷增大的螺管電弧。這種斷路器結構較簡單，體積較小，重量較輕，分斷性能高。

金屬柵片式磁吹斷路器的結構原理如圖1所示，其柵片是金屬導體，電弧在電磁力作用下進入一組柵片後，被分割成若干短電弧，當電流過零後，每個短弧隙上的介電強度可高達數百伏（由於陰極效應，介電強度可恢復到200V）。在金屬柵片中的熾熱氣體是金屬蒸汽和空氣的混合體。據一般的規律，高電離電位、低沸點材料柵片間隙的陰極效應，使得柵片間隙具有較高的介電強度 ^[1]  。

絕緣柵片式磁吹斷路器具有“之”字形迷宮式的窄縫，多用於15kV及以下的系統中。中國華通開關廠製成以雲母玻璃柵片組成的滅弧室，用於40.5kV磁吹斷路器上，其原理與金屬柵片式相同。但因電壓較高，為了加長電弧，並使動、靜觸頭間的電弧能很快進入柵片組，採用了能形成強烈磁吹的幾個線圈，它們在正常工作狀態下並不接入線路，而是跨接在電弧路徑中的幾個區段上。當電弧向柵片內延伸時，這些磁吹線圈被依次接入主迴路，電磁力迫使電弧進入柵片區，電弧被拉長，弧柱與絕緣柵片表面接觸後，柵片受熱釋放出大量氣體，電弧被冷卻而熄滅（不是由於陰極效應） ^[1]  。

磁吹斷路器以大氣為介質，用耐熱陶瓷或雲母玻璃作滅弧片，電氣壽命長，能適應頻繁操作的場合。在分斷過程中，電弧電阻迅速增加，可以改善功率因數；產生的過電壓最小，分斷特性優良。其額定電流和分斷電流較大，可適應電網發展的需要，分斷電流現已達60千安。磁吹斷路器運行安全，維護方便。但與其他斷路器比，其結構複雜，體積大，成本高，一般只適用於20千伏以下的電壓等級。

磁吹斷路器通常難於開斷電力電纜線路的短路故障。因為，電纜線路形成的恢復電壓上升率較低，電弧在發展初期較易熄滅，此時電弧路徑尚未發展到柵片區，只處在離觸頭不遠的空間內。這一區域充滿高温電離化蒸汽，在高的恢復電壓峯值到來時形成熱擊穿。電纜線路電容中儲存的能量釋放出來，使這種短路難於順利開斷。

磁吹斷路器以其無油、無火災危險，能適應頻繁操作的優點而得到廣泛應用。但是，它的開斷能力和電壓等級都不高，且價格較貴。在更高電壓等級的系統中，其地位被空氣斷路器、六氟化硫斷路器或真空斷路器所取代 ^[1]  。

斷路器是能承載、關合和開斷運行線路的正常電流，也能在規定時間內承載、關合及開斷規定的異常電流（如短路電流）的開關設備，是電力系統的保護和操作的重要電氣裝置。斷路器的結構很多，型式各異，但基本上均由導電主迴路、絕緣支撐件、滅弧室和操動機構幾部分組成。

基本結構包括：①導電主迴路，通過動觸頭、靜觸頭的接觸與分離實現電路的接通與隔離；②滅弧室，使電路分斷過程中產生的電弧在密閉小室的高壓力下於數十毫秒內快速熄滅，切斷電路；③操動機構，通過若干機械環節使動觸頭按指定的方式和速度運動，實現電路的開斷與關合；④絕緣支撐件，通過絕緣支柱實現對地的電氣隔離 ^[2]  。

按滅弧介質和絕緣介質的不同，斷路器可分為多油式、少油式、壓縮空氣式、磁吹式、真空式和六氟化硫式等。此外，在斷路器的發展過程中還出現過水斷路器。按照其他性質的不同，斷路器又可分為：户內式和户外式，能自動重合閘與不能自動重合閘，手動、電磁、永磁、氣動以及由液壓或彈簧操動，能頻繁操作與不能頻繁操作。按照用途不同，斷路器又可分為線路斷路器（這是基本類型），聯絡斷路器，發電機斷路器，礦用、船用和機車用的特製斷路器等。按相數多少不同，斷路器又可分為三相式和單相式。

水斷路器：以蒸餾水作為滅弧介質和絕緣介質的斷路器，其開斷能力較小，介質容易變質，未能得到發展，適用電壓限於12～40.5kV。

多油斷路器：以變壓器油或專用斷路器油作為絕緣介質和滅弧介質的斷路器。多油斷路器的用油量隨電壓等級的升高而劇增，12kV級的用油量為數十千克，252kV級的用油量可達40餘噸。多油斷路器容易導致火災，運輸和檢修不便，動作特性差。從20世紀50年代起就逐漸被淘汰。

少油斷路器：僅用變壓器油或專用斷路器油作滅弧介質，對地絕緣採用支持瓷柱的斷路器。少油斷路器的用油量較多油斷路器的大為減少，12kV級的用油量僅數千克，252kV級的用油量也只有數百千克。但少油斷路器的電壽命較短，在額定短路開斷電流下的連續開斷能力僅為數次。

空氣斷路器：以壓縮空氣作為滅弧介質和絕緣介質的斷路器。空氣斷路器開斷能力強，動作迅速，能適應低温地區的户外條件。但它的噪聲大，零件多，加工複雜，造價高，可靠性較差。因此，空氣斷路器已逐漸被淘汰。

磁吹斷路器：以開斷電流自身形成的磁場協助滅弧的斷路器。磁吹斷路器的開斷能力較小，額定電壓較低，價格較貴，但電壽命長，只適用於要求頻繁操作而又能免除火災危險的地區。

真空斷路器：利用電弧弧區壓力在真空環境中擴散滅弧的斷路器。真空斷路器的電壽命長，適用於頻繁操作，在額定短路開斷電流下可連續開斷數十次甚至近百次不需檢修，開斷時產生截流過電壓，生產技術要求較高，額定電壓不高。

六氟化硫斷路器：以SF₆氣體作為滅弧介質或兼作絕緣介質的斷路器。六氟化硫斷路器有取代其他各類斷路器的趨勢，是當今斷路器的主要發展方向 ^[2]  。

在1950年以前，電力系統中使用的斷路器以多油斷路器為主，其開斷能力達20kA，126kV級的多油斷路器為雙斷口，後來多油斷路器的電壓等級發展至380kV。在1965年以前，以少油斷路器和空氣斷路器為主，其開斷能力達26.5kA，126kV級的為單斷口，電壓等級發展至550kV。在1980年以前，以少油、空氣、六氟化硫斷路器為主，其開斷能力達40～50kA，252kV級的為單斷口，電壓等級達750～1200kV。六氟化硫斷路器及其組合體——氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）正在飛速發展中，其開斷能力達63～80kA，525～550kV級的為單斷口。中國已達到的水平是：363kV級的為單斷口，開斷能力達50kA，電壓等級達550kV。為了適應電力系統穩定性的要求，斷路器的開斷時間已達到20ms ^[2]  。