直流接触器灭弧时间试验分析

直流接触器灭弧时间试验分析

时间：2014-05-28 14:36 来源：低压电器杂志编辑：魏志娟

摘要：直流接触器分断直流电流时，不像交流电流那样存在过零点，直流电弧熄灭比交流电弧熄灭困难。直流电弧可以利用永磁体磁吹灭弧方式进行有效灭弧。分别对两台直流接触器进行灭弧时间检测试验，测试不同电流下灭弧时间，不同时间常数下灭弧时间，分析灭弧时间与电流及时间常数的关系，得出灭弧时间与电流及时间常数的变化规律;为直流接触器有效灭弧提供相应的实验依据和参照。

关键词：直流接触器;电弧;灭弧时间;时间常数

The test analysis of the DC contactor quenching time CHEN Weigang

(Beijing People’s Electric Plant Co. , Ltd. , Beijing 102600, China)

Abstract: The DC contactor generates electric arc when breaking the DC circuit. The DC circuit doesn’t have the z ero-crossing point, so it is more difficult to quench the electric arc than the AC contactor. The magnetic quenching of the permanent magnet is an effective way to the DC electric arc quenching. Two different DC contactors were tested to check the quenching time. The quenching time was tested within different circuit and time constant. The tested result was analyzed to find the relations between the quenching time and the circuit, and the relations between the quenching time and time constant. The regulation of the quenching time with the circuit and time constant was obtained. The tested results provide some experiment basis and consult to the effective quenching of the DC contactor.

Keyword: DC contactor; electric arc; quenching time; time constant

0 引言

近年来，随着科技的进步，作为解决高电压、大容量、长距离送电和异步联网重要手段的直流输电技术正越来越受到广泛的应用[1]。相比交流输电，直流输电有较好的经济效益和优越的运行特性[2]。为了增加直流输电的灵活性、多样性，人们希望采用多端直流输电系统[3]。直流电流的开断不像交流电流那样可以利用交流电流的过零点，直流接触器的主要问题就是没有可直接熄灭电弧的电流零点。因此，直流开断最重要的问题，是要采取有效措施让开断直流电流必须创造过零点[4-5]。

直流接触器的种类很多，具体结构也有所差异，但动作原理基本相同[6]，直流接触器是一种适用于远距离频繁地接通和分断额定工作电压为1 200V 及以下的直流主电路及大容量控制电路的电器。直流接触器触点在直流大电流下切换时，会产生电弧，电弧引起的触点腐蚀降低了接触器的工作寿命，使直流接触器的电寿命远远低于其机械寿命[7]。所以使电弧尽快熄灭，可以有效的保护触头不被烧毁，提高直流接触器电气寿命。

1 直流接触器灭弧方式

直流接触器常见的灭弧方式有拉长电弧、强冷电弧等方式，强冷电弧有串励线圈磁吹灭弧、并励线圈磁吹灭弧、永磁体磁吹灭弧、窄缝灭弧、栅片灭弧等形式[8-9]。灭弧室结构也是基于上述灭弧方式的一种

或者两种及以上的结合设计的[10]。

直流电弧之所以能采用永磁体磁吹灭弧，是因为直流电弧运动方向是一定的，所以在恒定磁场中，电弧受到力的方向恒定，可以利用电磁力把电弧吹向外侧，实现快速灭弧。直流接触器灭弧方式见图1。

图1 永磁体磁吹灭弧

由图1可以看出，电弧方向I与磁场强度B方向垂直，根据左手定则，电弧受到电磁力F作用，触头两侧电弧分别受到向外的作用力F，电磁力使电弧迅速向外吹出，达到快速熄灭电弧的效果。

2 直流接触器试品

采用两台约定发热电流不同和触头开距不同的直流接触器进行试验研究，试品参数见表1。

表1 试品参数

产品型号线圈电压

V

触头结

构

主触头约定

发热电流

Ith A

开距

mm

超程

mm

灭弧方

式

A DC220 2NO 120 5.9 2.8

永磁体

磁吹

B DC220 2NO 160 6.9 3.2

两台直流接触器从触头闭合状态到触头打开状态测试用时时间分别为，试品A用时17ms，试品B用时20ms。所以试品A的触头分断平均速度为，VA=(开距+超程)/分断时间=(5.9+2.8)/17=0.512mm/ms;试品B的平均分断速度，VB=(6.9+3.2)/20=0.505mm/ms;所以触头分断速度按v=0.5mm/ms计算。

3 不同时间常数下灭弧时间

3.1 试品A灭弧时间

通以600A相同电流，不同时间常数下，直流接触器试品A的灭弧时间示波图见下图，时间常数

L/R=0.5ms时灭弧时间示波图见图2，时间常数L/R=2.5ms时灭弧时间示波图见图3。

图2 试品A灭弧时间(时间常数L/R=0.5ms)示波图

由图2可以看出，当时间常数L/R=0.5ms时，在电流5Ie(600A)时，试品A的灭弧时间是2.6ms。由电弧电流下降曲线可以看出，时间常数L/R=0.5ms时，电流下降分3个阶段，即：骤降、缓降、均匀下降三阶段。骤降使电弧能量迅速降低，有利于电弧快速熄灭。