■金暘新材料
前言
電弧是一種氣體游離的放電現象,是電流通過某些絕緣介質(如空氣)所產生的瞬間火花,其最顯著的外觀特徵是明亮的弧光柱和電極斑點。電弧產生過程:「當電壓或者電流足夠大時,兩個電極在靠近或遠離的過程中,中性質子被游離,電離出導電的電子和離子,維持導電並放出熱量。」
電弧由陰極區、弧柱和陽極區3部分組成,持續時間通常不到20 ms,弧柱核心溫度最高可達20000℃,能瞬間釋放出巨大的輻射能。電弧如果不能及時熄滅,輕則使開斷故障電路的時間延長,或者使塑膠變形影響下一次開斷,重則燒壞絕緣材料,更可能引發爆炸、造成火災,危及人員及設備安全。
電弧危害大,如何安全快速滅弧?
電弧多產生於開關分斷電路的瞬間。研究發現,當電路中的電流超過最小起弧電流、觸頭上的電壓大於最小起弧電壓時,觸頭分開必然產生電弧。此時,觸頭雖然分開了,但電路並沒有斷開,因此需要在電路中安裝滅弧裝置,使電弧能夠迅速地在很小的封閉容器內被熄滅,保證用電安全。
熄滅電弧的常用辦法有速拉滅弧法、冷卻滅弧法、吹弧滅弧法、真空滅弧法等等,其中吹弧滅弧法最為經濟和主流,而氣吹滅弧則是吹弧滅弧法中最常用的一種。氣吹滅弧是利用氣體縱向或橫向吹動電弧,使電弧受到強烈的冷卻和拉長,從而降低電弧中的電場強度,使電弧快速熄滅。
氣吹滅弧好,它所需的氣體從哪兒來?
答案是:「產氣材料」。產氣材料常以滅弧片、滅弧骨架、滅弧罩、滅弧側板等形式應用於直流微型斷路器、直流塑殼斷路器和直流框架斷路器。這是因為直流電路沒有自然的過零點,電弧更難熄滅,因此,在直流開斷過程中,斷路器的滅弧設計成為首要考量因素,而產氣材料的選擇則是滅弧設計的重點,直接決定了斷路器的直流開斷能力。
那麼,產氣材料是如何產生氣體形成氣吹的呢?原理如圖2所示,通過在滅弧室內放置產氣件,產氣件經電弧侵蝕後產生大量氣體,使滅弧室內的壓強升高,與外部形成壓力差,最後通過出氣口形成對電弧的氣吹。
值得注意的是,產氣材料如選擇不當,也可能使滅弧室因壓力過大而破裂,影響開斷性能的提高,因此,選擇產氣材料時,應考慮最小限度的壓力增大和最大限度的開斷性能提升。
材料影響大,產氣材料怎麼選?
市面上的產氣材料很多,目前應用最廣泛的是PA(尼龍),它具有產氣量大、擊穿電壓高、殘炭少、力學性能高和耐溫性能優良等優點。作為熱塑性材料,PA也是首選的燒蝕材料之一。它不僅能快速受電弧侵蝕產生大量氣體,且氣體中還含有導熱性較好的H2(氫氣),能夠快速冷卻電弧,當電流過零後,H2還能提高弧隙介質恢復強度。
基於此,金暘新材料全新研發了產氣滅弧尼龍材料(牌號H3G20K、BG20C等),擁有產氣量大、殘炭少/不出油、耐高低溫、高介電強度、高剛性、阻燃等優異性能,滅弧效果好,具有較高的直流開斷能力。
為了支援「雙碳」目標和向現代能源體系轉型,近年來中國風能、太陽能光伏等低碳能源得到快速發展,直流應用需求不斷增加,直流斷路器行業發展迅猛。而氣吹滅弧室作為其中的核心元件也得到廣闊的發展機會,這也使得應用產氣材料幫助滅弧勢在必行。