特殊用途断路器

电弧炉开关

电弧炉开关应用非常专业。电弧炉应用的特殊问题是：

1. 机械操作次数多

2.谐振电压现象。

大量机械操作

在电弧炉的正常操作下，当对热量的需求减少时，通常将电极从电弧炉中取出。因此，断路器的开关操作是空载或轻载操作，因此触点腐蚀通常不是问题。即使工厂选择在电极撤出之前切换断路器，触点腐蚀仍然是最小的。

但是，每天的操作次数非常多。电弧炉开关断路器每天要进行 30 到 50 次操作并不少见，特殊情况下每天要进行 150 次操作。因此西门子有机械寿命12万次的40.5kV电弧炉用断路器。

谐振电压现象

瞬态电压现象是必须考虑的第二个主要问题。电弧炉变压器应安装在靠近电弧炉的拱顶内。变压器库中一次设备之间的连接是常开母线，并安装在大尺寸的隔离绝缘子上。 变压器代表一个巨大的电感和极小的相地电容。如果发生开关瞬变，将在断路器和变压器端子之间引起电压瞬变。瞬态幅度是变压器铁芯中俘获的磁能、变压器的电感以及断路器和变压器之间的电容的函数。 困在变压器铁芯中的磁能会非常大。断路器和变压器之间的电容量非常小。当变压器铁心（电感）中捕获的磁能转移到断路器和变压器之间的电容时，电容上产生的电压必然非常非常高，以匹配捕获的能量。由于电感量级很高而电容量级极低，因此电感和电容之间能量交换的固有频率会很高。

电弧炉开关电压至40.5kV，电流达4000A。

限流用极速断路器

极速开关型无损耗限流装置 ，采用超快速真空断路器（极速开关）与电抗器并联，工作原理是正常时极速开关将电抗器短接，处于零损耗状态；短路时极速开关快速分闸，使电抗器投入限流，解决了电抗器长期运行带来巨大的运行损耗问题。

 

极速开关是采用快速涡流驱动技术操作机构的真空断路器，快速涡流驱动靠电磁斥力为动力，航空母舰上电磁弹射器的工作原理就是通过弹射导轨的载流导线在磁场中运动，利用磁通量瞬间巨大变化产生的感应电磁斥力将飞机弹射升空，因此速度快；基于电磁感应涡流原理的电磁斥力机构和传统操动机构相比，其结构简单，分闸速度快，具有机械延迟时间短，初始反应速度快等优点，特别适合于驱动灭弧室动触头高速分闸，而触头的保持力则通过永磁保持机构实现，寿命高达 10 万次，具有保持力大且稳定的优点，电磁斥力击鼓和永磁保持机构结合使得大容量快速机械开关性能更加优越。

极速开关主要组成包括：真空灭弧室、分合闸励磁线圈、涡流盘、储能电容器、永磁铁等，开关动作时通过电平信号触发可控硅导通，电容器向线圈放电，线圈产生的磁通，在涡流盘中感应涡流并与磁场产生互斥作用，驱动涡流盘带动灭弧室动触头上下运动，与传统断路器相比，快速涡流驱动开关速动性提高 10 倍。合闸时间 8ms 以内，分闸时间可以控制在 5ms 以内， 平均合闸速度 0.5 m/s ，平均分闸速度 2.5 m/s。 而传统 10kV 真空断路器分合闸时间为 60ms 左右。

短路故障快速识别技术是利用电流瞬时值和电流变化率同时越线作为判据， 0.3 ～ 0.4ms 实现短路电流有效值的快速预测，在短路故障发生后的 2 ～ 3ms 完成短路电流有效值的识别和过零点的预测，基于快速涡流驱动技术的智能高速开关是分相控制的，分闸分散度做到 0.1ms 以内，合闸分散度可以做到 0.2ms 以内，普通真空断路器为 2-3ms 。利用智能高速开关作为执行部件，可实现真正意义上的“过零开断”。