第三节交流电弧熄灭的基本方法
交流电弧电流在每一个半周内都通过零值，此时电弧的自然暂时熄灭，与电弧间 隙的去游离程度无关。此后，由于电流反向，电弧又重新点燃。电弧能否熄灭，决定 于电弧电流过零时，弧隙的介质强度恢复速度和恢复电压上升速度的竞争。 加强弧隙的去游离或减小弧隙电压的恢复速度，都可以促使电弧熄灭。
在几千伏或几万伏的高压断路器中灭弧，近阴极效应是无足轻重的。 有决定意 义的是电弧间隙即弧柱中的去游离过程，同时降低恢复电压上升的速度、幅度，抑制 恢复电压可能产生的高频振荡。
广泛采用的灭弧方法：
1.利用灭弧介质 电弧中的去游离程度，在很大程度上取决于电弧周围介质的特性，如介质的传热
能力、介电强度、热游温度和热容量。这些参数的数值越大，则去游离作用越强，电 弧就越容易熄灭。
空气的灭弧性能是各类气体中最差的，氢的灭弧能力是空气的7.5倍。用变压器 油作灭弧介质，使绝缘油在电弧的高温作用下分解出氢气和其他气体来灭弧。六氟化 硫（SF6）气体的灭弧能力比空气约强100倍。真空的介质强度比空气约大15倍。
采用不同灭弧介质可以制成不同类型的断路器，如空气断路器、油断路器、SF6 断路器、真空断路器等。由于空气灭弧性能差，而变压器油灭弧性能是依赖电弧电流 产生的高温分解出氢气灭弧，有易燃易爆危险。因此，当前高压断路器主要采用真空 介质及SF6气体介质，尤其是SF6气体具有无毒、不可燃、绝缘性能高和灭弧能力远 超过一般介质的特点，因而SF6断路器几乎独占了110kV及以上电压等级的断路器份 额。 2.采用特殊金属材料作灭弧触头
采用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料，可以减少热电子发 射和电弧中的金属蒸气，抑制弧隙介质的游离作用。同时，触头材料还要求有较高的 抗电弧、抗熔焊能力。常用的触头材料有铜、钨合金和银、钨合金等。
3.采用灭弧介质或电流磁场吹动拉长与冷却电弧 在高压断路器中利用各种结构形式的灭弧室，使气体或油产生巨大的压力并有力
多个灭弧装置串联的积木式结构的断路器在开断位置及开断过程中，由于灭弧装 置的导电部分与断路器底座和大地间分布电容的存在，每一个断口在开断位置的电压 分配和开断过程中的恢复电压分配将出现不均匀现象，影响到整个断路器的灭弧能力。 通常在断路器的多断口上加装并联电容，只要电容量足够大断口上的电压分布就接近 相等，从而保证了断路器的灭弧能力。
图3-11 分、合闸并联电阻滞后分断和提前关合的动作原理
分闸时，主触头先打开，由于有并联电阻接入，不仅使主触头间产生的电弧容易 熄灭，而且使恢复电压的数值及上升速度都降低，并联电阻对电路的振荡过程起阻尼 作用，可能使振荡过程变成非周期振荡过程，从而抑制了过电压，当主触头间电弧熄 灭后，辅助触点打开，完全开断电路。合闸时，顺序相反，辅助触点先合，让其预合 在电阻性负荷上，然后合上主触头，避免合闸过电压。
图3-10 断路器加装并联电容 (a)断路器中电容分布 (b)断口电压分布计算图
5.提高断路器触头的分离速度 迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降，同时使电弧的表面突然增大，有利于
电弧的冷却和带电质点向周围介质中扩散和离子复合。为此，在高压断路器中都装有 强有力的分闸操动机构，以加快触头的分断速度。 6.断路器加装并联电阻 上述几种方法，着重于提高断路器介质强度的恢复上升速度。而系统恢复电压上 升的速度及幅值，对交流电弧的熄灭具有决定性影响。为了降低恢复电压上升速度及 熄弧时的过电压，通常在大容量发电机出口断路器及110kV以上的高压断路器，特别 是特高压断路器上的断口处加装并联电阻，如图3-11所示。
吹动方向与弧柱轴线平行的称为纵吹，它使电弧冷却变细；吹动方向与弧柱轴线 垂直的称为横吹，它使电弧拉长，表面积增大并加强冷却。在断路器更多地采用纵、 横混合吹弧或环吹方式，其熄弧效果更好。
4.采用多断口熄弧 每相采用两个或更多的断口串联，在断路器分闸时，由操动机构将断路器各个串
联断口同时拉开，断口把电弧分割成多个小电弧段，把长弧变成短弧。在相等的触头 行程下，多断口比单断口的电弧拉得长，而且电弧被拉长的速度也增加，加速了弧隙 电阻的增大。同时，由于加在每个断口的电压降低，使弧隙恢复电压降低，亦有利于 熄灭电弧。
如图3-10所示，断路触头之间形成的电容，C0为断路器整个带电灭弧室部分通过绝 缘支架之间形成的电容，通常C0远大于CQ。可见，靠近接地端的断口电压U2由于 CQ与C0并联作用，必远远小于电源端的断口电压U1。为此，在两个断口并入比C0与 CQ大得多的电容，这个电容称为均压电容，可使两断口上的电压分布近于相等，以 确保断路器的灭弧性能。
弧隙介质强度恢复过程Ud(t)主要由断路器灭弧装置的结构和灭弧介质性质决定， 而恢复电压Ur(t)的上升过程主要取决于系统电路的参数。
如图3-9所示，当恢复电压按Ur1变化 时，在t1时间之后，由于恢复电压大于介 质强度，电弧即重燃；如按Ur2 变化，则 电弧就不会重燃。
图3-9 介质强度与恢复电压曲线 这两种过程是相互有关系的，即恢复电压速度与弧隙的介质强度有关，而弧隙的 介质强度又受电压恢复速度的影响。因此，应将它们看成一个复杂现象的两方面，虽 然如此，有条件地将恢复电压看成独立的现象，有助于更深刻地理解在开断不同形式 的电路时，断路器中电弧的熄灭条件。长弧和短弧的熄灭有较显著的差异。
（1）短弧的熄灭 在电流经过零值后，阴极附近空间的介质强度立刻恢复的现象，即近阴极效应呈
现的起始介质强度150～250V， 就是220V以下低压开关电器中交流电弧容易熄灭的 原因。
由于这种低电压开关电器的功率不大，在断路时，开关电器触头往往不大发热， 因此电弧在电流第一次经过零值时即熄灭。只有当切断很大电流，触头炽热时，才发 生延时电弧。这种近阴极效应呈现的起始介质强度，也可用在380V以上的低电压开 关电器的电弧熄灭。 （2）长弧的熄灭
地吹向弧隙，将使带电离子扩散和强烈地冷却而复合。空气断路器利用充入压力约为 2.3MPa的干燥压缩空气作为吹动电弧的灭弧介质。SF6断路器利用压力为0.3～ 0.7MPa的纯净SF6气体作为灭弧介质在灭弧室吹动电弧，油断路器利用油和油在电弧 作用下分解出的气体吹动电弧，真空断路器利用电弧电流产生的横向或纵向磁场吹动 电弧使之冷却。