在低压断路器限流技术里，有许多很有意思的物理现象，以及独特的结构设计和工作原理。

　　解析低压断路器的限流技术之前，我们不妨先来了解一下低压断路器的发展历史。以下文本摘自《低压电器的灭弧技术》：

　　20世纪20年代，Slipen提出了电流过零后出现鞘层和近极作用（即：近阴极效应），发明了栅片灭弧，使低压电器从简单灭弧的第一代刀开关，发展到配电线路用的断路器和控制管理系统用的接触器等专用的品种，前者使得低压配电系统具有较高的开断能力，后者则满足控制要求的频繁操作能力。

　　20世纪50年代，发现开关电器触头开断后电弧有个短暂的停滞过程（即：零休时间），这样的一个过程对控制电器的电气寿命和断路器的开断性能有很大的影响，包括触头材料、吹弧磁场、触头打开速度、灭弧室尺寸等，这些研究对低压开关的开断性能和电气寿命的提高起了很大的作用。

　　这一时期另一个对提高低压电器性能有重大意义的是磁场吹弧的新机理，即横向磁场能在弧柱中感应出流场，使冷气流从电弧前端进入而从后端流出，形成对称涡流的流场，这一冷气流可带走电弧的热量，有利于电弧的熄灭；另一方面在触头分断的初期，这一作用可使然弧初期的金属相电弧转变为气相电弧，有利于缩短电弧的停滞时间。这一发现使磁吹成为当时最有效的灭弧措施之一。

　　随着低阻抗大容量变压器的故障短路电流可达100kA以上，要求故障分断电器不但要有足够大的分断能力，还应带有显著的限流效应，这就促进了限流技术在低压电器中的应用。

　　限流型低压断路器的限流原理是依靠短路电流产生的电动斥力或通过冲击电磁铁产生的电磁力使触头系统在操作机构动作前就使提前斥开而呈现电弧，利用电弧电压来限制电流。

　　ABB公司在意大利的低压电器分公司根据这一原理早在20世纪80年代初期就提出触头单边斥开，触头双边斥开，电动机槽结构和双断点开断等多种限流断路器的结构方案，尽管近年来限流技术有很大的发展，但这些基本方案仍沿用至今。20世纪80年代初期，英国、德国和日本相继发现了限流开断过程中电弧背后击穿与转移现象，并研究出这种现象是由于背后区域热击穿所引起的。

　　上世纪80年代末，施耐德电气公司提出“固体绝缘屏幕”的限流技术，它用一绝缘材料制作的屏幕插入动、静触头之间，把电弧隔断，该公司并把这种技术应用于额定电流为25A的Optical 25小型断路器。对低压断路器来说，直到20世纪末才开始注意气吹对提高低压断路器开断性能的作用。当开断时，电弧高温使产气材料气化，通过冷却电弧和控制电极的金属蒸气喷流来达到提高电弧电压和开断性能的目的：把产气材料放在由静触头导电回路形成的槽中，逐步加强气吹作用，被称为槽形冲击加速器技术( ISTAC)，并开发出PSS系列塑壳断路器。

　　低压电器的气吹作用，可由两种方法来达到，一种是依靠灭弧室器壁放置的产气材料产气，另一种是利用半封闭独立的灭弧单元，让电弧高温在灭弧单元内引起压力上升，通过出气口而形成气吹。

　　施耐德电气公司的NS系列塑壳断路器就充分的利用了上述两种气吹作用，并使产品达到同期塑壳断路器中最高的开断能力，与之同时半封闭的灭弧室结构和气吹作用的应用也推广到框架断路器上，使框架断路器的开断性能也有大幅度的提高施耐德电气公司推出的NS系列塑壳断路器之所以能达到高的开断性能，除了依靠独立灭弧单元和气吹的作用外，另一原因是采用了旋转双断点的开断结杓，这种触头系统的结构，到了新世纪进一步得到了推广。

　　国际上著名电器公司纷纷推出新一代采用双断点触头系统和利用气吹作用的塑壳断路器，如美国CE公司的RecordPlus系列，ABB公司的TMAX系列等，结构上也更多样化，除旋转双断点外，又出现了平行双断点和桥式双断点等新结构，日本寺崎公司更是把双断点的结构用于框架断路器，推出了TemPower2断路器，改变了框架断路器传统的单断点结构。

　　传统的限流开关，电弧能量全部由断路器开断过程来承担，因而限制了断路器尺寸的进一步缩小，一种新的思路是用一个限流器和断路器串联，在开断时，电弧能量大部分由限流器来承担，这就可以大幅度地减轻断路器的负担。

　　这种限流器可以由多种原理来实现，近年来受人注目的是采用一种称为正温度系数的材料PTC来实现，它是一种导电塑料，由聚合物（如聚乙烯）加上填充的导电炭粒组成，当短路电路通过这一种限流器，使原有导电炭粒组成的桥路因热膨胀拉断，让限流器的电阻骤然增加而达到限流效果。

　　另一方面真空开断技术、固态断路器也在不断地发展，西门子公司3WSI低压真空断路器的开断能力已达50kA，尽管其开断能力尚不能与空气灭弧的传统断路器相比较，但无电弧或无喷弧使安全性远高于传统的结构。

　　我们知道，当电弧电流过零时，切确地说，是在过零前某时刻，由于电弧电压已经低于起弧电压，电弧熄灭。但是，电弧留下了炽热的气体，这些气体中仍就保持一定的正负离子。随着温度的迅速降低，正负离子慢慢的变少。弧隙中的这团炽热气体，它的特性可以用重燃电压来表示，即Ub。

　　电弧过零熄灭后，间隙中的气体也在恢复，我们用介质恢复能力Uhf来表示。如果过零后的线路电压Uhf大于Ub，则电弧一定重燃；反之，若Uhf小于Ub，则电弧一定熄灭。

　　图中的Ub1和Ub2为两条电压恢复曲线。同时我们得知，Uhf在A点与Ub2相交，于是电弧在A点重燃；对于Ub1，它与Uhf完全不相交，因此若低压断路器或者低压限流断路器的主触头弧隙中的介质（空气）满足Ub1曲线的重燃电压关系，则交流电弧一定熄灭。

　　在各类教科书和《低压电器手册》中，把介质恢复强度用符号Ujf代表，把电压恢复强度用符号Uhf代表，因此交流电弧不重燃的条件是：

　　电流过零前，左侧的电极为阳极，右侧为阴极。由于电弧的电离气体的原因，在阳极附近有大量的正离子存在。

　　当电流过零后，原先的阳极变为新的阴极，而原先的阴极变为新的阳极。我们在上图中看到，新阴极附近的电子迅速地向新阳极方向运动，而正离子由于体积大质量也大，在很短的一段时间内仍然留在原地，于是新阴极前面出现了一个由正电荷组成的墙，这堵墙的电压高达300V左右，使得电极在瞬间获得了300V左右的介质强度，它有效地阻止了电子发射。

　　近阴极效应产生的作用使得交流电弧在过零后有一个休止期，被称为交流电弧的零休现象。零休时间对电弧产生了抑制作用和限流作用。

　　由于近阴极效应的存在时间十分短暂，大约只有150微秒左右，因此近阴极效应仅对低压电器的灭弧有效，对高压电器无效。

　　首先，我们都知道塑壳断路器和微型断路器的体积很小，为了要限流，则首要的问题是体积必须精巧。当然，在原理上也要符合基本要求。

　　这里的限流，指的是当开关电器流过短路电流时，开关电器能在短路电流还未达到峰值时就给予开断。

　　也因此，限流型断路器在国家标准中被定义为A类断路器。A类断路器只有过载长延时保护L参数和短路瞬时保护I参数。

　　我们看到流过静触点和动触点的导电杆的电流方向正好相反。我们先用右手螺旋定则判断磁场方向，再用左手判断电动力方向，我们大家可以得出结论：动静触头导电杆的受力是斥力。对于动触头来说，受力方向向右，即FU。这里的“U”就是U形导体结构的意思。

　　同时，在触头上也有作用力，即电流线的收缩霍姆力Fh。这两个力的合力构成动触头快速打开的作用力。

　　这里有冲击电磁线圈。当发生过电流时，冲击电磁线圈产生的快速打击作用力直接顶开动触头。

　　一般地，限流型塑壳断路器采用左图所示的电动力开断法来限流，而限流型微型断路器则用右图所示的快速冲击力来限流。

　　这是ABB的透明微型断路器。图中由很粗导线绕制的部分就是用于限流作用的冲击电流线圈。

　　请注意：冲击电流线圈的铁芯的上端用于打击动触头，下端则用于拉动脱扣器脱扣。

　　限流技术不但涉及到电弧，也涉及到机构方案。是一个很综合的问题 。如果想把限流问题给搞清楚，的确需要仔细研究才行 。

　　（5）限流断路器的结构模式限流断路器的结构方案有五种，其中也包括施耐德公司的双断点结构。这五种限流开关的结构模式图如下：

　　上部右图，我们正真看到静触点也有旋转中心，也可斥开。此开关具有动、静触点的双斥开结构。

　　下图，即施耐德公司的双断点结构。两个触头串联同时斥开，增强了灭弧能力，也增大了电弧电压。因此，最后这个方案也是最优的结构。

　　注意：我在双断点结构中有一句话，是：“增大了电弧电压”，知道是啥意思吗？它和限流开关有何种关系？

　　后续内容请看“低压电气和低压电器技术之10——浅谈低压断路器的限流技术（2）”。