低压限流断路器是低压配电系统中应用最为普遍的电器产品之一，它在开断故障电流的同时也能对故障电流进行限制，因此具有较高的开断能力。
与一般的断路器的灭弧室不同，低压限流断路器的灭弧室采用多个灭弧栅片。在开断过程中，首先动触头和静触头分开产生电弧，在电磁场和热场，流场的作用下运动至灭弧栅片。当电弧进入栅片后，由于被分成的多个短弧的近极压降，使电弧电压迅速上升，从而达到限流的目的。
为了有较高的电弧电压，限流断路器灭弧室的栅片数比一般的断路器要多，并且排列得更紧密。这样，电弧在进入灭弧室时所受的阻力要较大，在栅片入口处停滞的时间也较长。因此在栅片入口处所产生的金属蒸气也较多。近年来对低压限流断路器的研究表明：电弧在栅片入口处多次出现在栅片内与栅片外，导致电弧电压的反复跌落，如图1所示（1.25ms/格），降低了限流断路器的限流特性，使燃弧时间增长。
1988年日本名古屋大学YoshiyukiIkuma等人首次用快速摄象机观察到电弧的背后击穿现象。他们还采用微波穿透技术发现在低压断路器开断过程中，电弧电压发生突降前，将要发生背后击穿的间隙都出现温度的上升，这是由于电弧的热气流经过灭弧室的后壁的反射进入相应区域的结果。游离气体的进入和温度的上升，使相应区域的临界电场强度降低，可以导致背后击穿。
目前低压限流断路器开断过程中所产生的短间隙大电流电弧，是一种金属蒸气占主导地位的电弧。因而要提高这类电弧的电弧电压，就必须控制金属蒸气。针对这种情况，近年发展了用于低压断路器限流开断的金属喷流控制技术。
本文在灭弧室栅片间插入绝缘材料，形成一个缝隙，更直接的对栅片灭弧室中的电弧进行冷却，它的作用相当于窄缝灭弧室的固体器壁的冷却作用，但不同的是它主要依靠器壁材料的产气作用，这样我们将这种新型灭弧室称为混合式灭弧室。通过实验证明，在限流断路器的灭弧室中采用这种技术，可以有效减小金属蒸气的喷流。配合以隔弧板，不仅消除了背后击穿现象，而且进入灭弧室后的电弧电压能够始终保持较高的值，明显缩短了燃弧时间，减小了允通能量，大大提高了限流断路器的开断性能。
2 混合式灭弧系统的实验研究
为观察电弧运动，采用了西安交通大学电器教研室研制的二维光纤测试系统。系统的探测部分由32根光纤组成，排列在整个燃弧区域。由于电弧光很强，为了便于判断，采用门槛值，凡高于此值的光信号作为电弧的反映。系统将光纤传送的光信号转化为电信号，最终成为数据存储在计算机。拍摄速度可达0.83μs。可使我们细致的观测到电弧运动。
实验采用LC单频振荡回路电路供给，提供50Hz的电流，整个实验回路及模型限流断路器如图2所示。
在实验中，将二维光纤电弧测试系统的光纤阵列置于限流断路器的壁上，用它观察得到的限流断路器开断过程中电弧运动如图3。
从限流断路器开断过程中电弧运动的观察结果可以看出，用二维光纤阵列电弧测试系统可以对开断过程中电弧的运动进行观察。上图中，每一个圆代表一根光纤，如果光纤观测到了电弧，则相应的小圆被填充。上面的结果可看出，在1.5ms时，电弧产生，2.0ms时电弧向前运动，3.2ms时电弧开始进入灭弧栅片，3.5ms时电弧已经完全进入灭弧栅片，4.2ms时电弧退出了灭弧栅片。这说明一般的限流断路器在开断过程中存在背后击穿，降低了开断性能。
本文直接在灭弧室栅片间插入产气绝缘材料如图4中所示，在电弧的高温作用下，发出大量的绝缘物蒸气，这样由于限制了电弧弧根，并借助绝缘物产生的蒸气，使电弧弧根周围压力进一步提高，控制了电极发射出的金属蒸气的喷流运动方向。此外，绝缘物产生的气体冷却电弧弧柱，使电弧电阻上升，电弧电压提高。
通过运用二维电弧光纤测试系统对开断时电弧运动的观察，本文发现，一般结构的限流断路器在开断时，电弧多次反复出现背后击穿，这与开断过程中电弧电压的跌落是相应的。在灭弧室栅片间插入产气绝缘材料后，由于灭弧室内栅片间的绝缘板对热气流扩散的限制，并且产生大量的气体，对电弧进行更直接的冷却，因此电弧电压较平稳，在整个开断过程中，电弧反复在栅片灭弧室之外出现的次数也大为减少。
采用隔弧板，由于具有最好通气情况，可以在开断中抑制热气流的回流，控制金属蒸气的向后扩散，也可以使大量的能量排出。具有好的开断特性，可以非常有效的抑制背后击穿现象的产生。从二维光纤电弧测试系统的观察结果，以及开断时的限流断路器开断电弧电压电流波形图，可以看出几乎没有背后击穿的发生。但在开断中，由于大量金属蒸气的扩散，使电弧电阻变小，电弧电压持续下降，最高值与最低值有时相差150V，不利于开断特性的提高。
考虑到上面的结构的优点与缺点，而采用窄缝灭弧室，栅片灭弧室与隔弧板相配合的混合式灭弧室，多次实验获得的限流断路器开断电弧电压电流波形图，以及用二维光纤阵列电弧测试系统所观察的电弧运动图象，都明显看出，这种结构完全抑制了背后击穿的发生，并且一旦电弧进入栅片灭弧室，则电弧电压始终保持一个较高的值，燃弧时间以及充能能量都是最小的。通过实验中对多种结构进行对比。在上图4中，结构（1）与（2）采用了窄缝与栅片配合，结构（1）中的灭弧室后部用开孔面积50%的绝缘板以防止飞弧。但这样开断时有时也会有背后击穿的发生。结构（2）中除了采用窄缝与栅片配合，还在灭弧室栅片之后续接上绝缘隔离板，这样即保证了灭弧室内气体的流通，消弱了热气流的回流，又保证了电弧不会在灭弧室的后部跑出栅片而导致电压的突降。结构（3）也采用了这种能消弱热气流的回流的方法，但没有采用窄缝与栅片配合。图4中的（4），（5）分别是（2）与（3）的侧视图。这些结构的开断电弧电压电流波形有所不同。如图5所示。
图5中（1），（2）是1.25ms/格，（3）是0.625ms/格。综合图5实验结果，可得出表1所示对比：
a:一般情况的开断特性
b:采用窄缝与栅片配合时的开断特性
c:单独采用隔弧板的开断特性
d:新型的混合式灭弧系统的开断特性
从表1可以看出，在一般结构的限流断路器中，平均燃弧时间较长，平均背后击穿的次数也是较多的，采用窄缝与栅片配合的限流断路器模型在开断中背后击穿次数一般不多于1次，但也影响到开断特性的提高。最好的开断情况是采用窄缝灭弧室，栅片灭弧室与隔弧板相配合的混合式灭弧室的限流断路器，它不仅完全没有背后击穿，而且在开断时，一旦电弧进入了栅片灭弧室，电弧由于近极压降而迅速上升，以后一直保持这个较高的值，因此对平均燃弧时间大大减少，比一般结构减少了20%，明显提高了开断特性。
3 结 论
对目前低压限流断路器开断过程中所产生的短间隙大电流电弧，经实验证明，不同于传统的空气电弧，这类电弧是一种金属蒸气占主导地位的电弧。因而要提高这类电弧的电弧电压，就必须控制金属蒸气。本文研究了一种将窄缝灭弧室，栅片灭弧室与隔弧板相配合应用于限流断路器的新型混合式灭弧系统。控制了栅片间金属短弧的金属蒸气喷流，同时削弱灭弧室中热气体的回流。实验证明，新型的混合式灭弧系统不仅有效的抑制了背后击穿现象的发生，而且进入灭弧室的电弧始终具有平稳的较高电弧电压，有效的提高了限流断路器的开断性能。
