电弧与电气触头的基本知识
和运动速度相当的正离子互相吸引而接近,交换电荷后成为中
性质点。还有一种情况就是电子先被固体介质表面吸附后,再 被正离子捕获成为中性质点。
▉ 电弧的熄灭—
电弧的去游离形式…(2)
2. 扩散 扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外,进入周围介质的 现象。扩散有三种形式: (1)温度扩散,由于电弧和周围介质间存在很大温差, 使得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散,减少 了电弧中的带电质点; (2)浓度扩散,这是因为电弧和周围介质存在浓度差, 带电质点就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散,使电弧中的 带电质点减少; (3)利用吹弧扩散,在断路器中采用高速气体吹弧,带走 电弧中的大量带电质点,以加强扩散作用。
力分闸弹簧,其分闸速度已达16m/s以上。
▉ 采用多断口
每一相有两个或多个断口相串联。在熄弧时,多断口把电
弧分割成多个相串联的小电弧段。多断口使电弧的总长度加 长,导致弧隙的电阻增加;在触头行程、分闸速度相同的情况 下,电弧被拉长的速度成倍增加,使弧隙电阻加速增大,提高 了介质强度的恢复速度,缩短了灭弧时间。
▉ 利用固体介质的狭缝狭沟灭弧
▉ 用耐高温金属材料作触头、优质灭弧介质
触头材料对电弧中的去游离也有一定影响,用熔点高、
导热系数和热容量大的耐高温金属制作触头,可以减少热电 子发射和电弧中的金属蒸汽,从而减弱了游离过程,有利于 熄灭电弧。 灭弧介质的特性,如导热系数、电强度、热游离温度、 热容量等,对电弧的游离程度具有很大影响,这些参数值越 大,去游离作用就越强。在高压开关中,广泛采用压缩空气、
时将自动熄灭,但在下半周随着电压的增高,电弧又重燃。
如果电弧过零后,电弧不发生重燃,电弧就此熄灭。
▉ 交流电弧的特性…(2)
▉交流电弧的熄灭条件—弧隙介质介电强度的恢复
弧隙介质能够承受外加 电压作用而不致使弧隙击穿 的电压称为弧隙的介质强度。
当电弧电流过零时电弧熄灭,
而弧隙的介质强度要恢复到 正常状态值还需一定的时间, 此恢复过程称之为弧隙介质 强度的恢复过程,以耐受的
▉ 吹弧 — 吹弧方向法… (1)
2. 按吹弧的方向分为: (1)纵吹 吹弧的介质(气流或油流)沿电弧方向的吹拂称为纵吹, 纵吹能增强弧柱中的带电质点向外扩散,使新鲜介质更好地与 炽热电弧接触,加强电弧的冷却,有利于迅速灭弧。 (2)横吹 横吹时气流或油流的方向与触头运动方向是垂直的,或者 说与电弧轴线方向垂直。横吹不但能加强冷却和增强扩散,还 能将电弧迅速吹弯吹长。有介质灭弧栅的横吹灭弧室,栅片能 更充分地冷却和吸附电弧,加强去游离。在相同的工作条件下, 横吹比纵吹效果要好。
▉ 利用固体介质的狭缝狭沟灭弧
灭弧装置的灭弧片是由石棉水泥或陶土制成的。触头间
产生电弧后,在磁吹装置产生的磁场作用下,将电弧吹入又 灭弧片构成的狭缝中,把电弧迅速拉长的同时,使电弧与灭
弧片内壁紧密接触,对电弧的表面进行冷却和吸附,产生强
烈的去游离。原理图如2-16所示。 石英砂熔断器中的熔丝熔断时,在石英砂的狭沟中产生 电弧。由于受到石英砂的冷却和表面吸附作用,使电弧迅速 熄灭。同时,熔丝气化时产生的金属蒸汽渗入石英砂中遇冷 而迅速凝结,大大减少了弧隙中的金属蒸汽,使得电弧容易 熄灭。原理图如2-17所示。
温度骤然升高,产生热游离并且成为游离的的主要因素,此时,
在外加电压作用下,间隙被击穿,形成电弧。
▉ 电弧的熄灭— 电弧的去游离形式…(1)
电弧的去游离过程包括复合和扩散两种形式。
1. 复合
复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。 由于弧柱中电子的运动速度很快,约为正离子的1000倍,所 以电子直接与正离子复合的几率很小。一般情况下,先是电子 碰撞中性质点时,被中性质点捕获变成负离子,然后再与质量
大的中性质点互相碰撞时,将被游离而形成电子和正离子,
这种现象称为热游离。弧柱导电就是靠热游离来维持的。
▉ 电弧的形成—
电弧形成的过程
断路器断开过程中电弧是这样形成的。触头刚分离时突然
解除接触压力,阴极表面立即出现高温炽热点,产生热电子发 射;同时,由于触头的间隙很小,使得电压强度很高,产生强 电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下,加速向阳 极运动,发生碰撞游离,导致触头间隙中带电质点急剧增加,
▉ 吹弧 — 吹弧方向法…Байду номын сангаас2)
▉ 吹弧 — 吹弧方向法…(3)
(3)纵横吹
横吹灭弧室在开断小电流
时因室内压力太小,开断性能
较差。为了改善开断小电流时 的灭弧性能,可将纵吹和横吹 结合起来。在大电流时主要靠 横吹,小电流时主要靠纵吹, 这就是纵横吹灭弧室。
▉ 短弧原理灭弧
灭弧装置是一个金属栅灭弧罩,利用将电弧分为多个串联 的短弧的方法来灭弧。由于受到电磁力的作用,电弧从金属栅 片的缺口处被引入金属栅片内,一束长弧就被多个金属片分割 成多个串联的短弧。如果所有串联短弧阴极区的起始介质强度 或阴极区的电压降的 总和永远大于触头间 的外施电压,电弧就 不再重燃而熄灭。采 用缺口铁质栅片,是 为了减少电弧进入栅 片的阻力,缩短燃弧 时间。
能是非周期性的变化过程。
▉ 交流电弧的熄灭条件—交流电弧的熄灭条件
如果弧隙介质强度在任
何情况下都高于弧隙恢复电
压,则电弧熄灭;反之,如 果弧隙恢复电压高于弧隙介 质强度,弧隙就被击穿,电 弧重燃。因此,交流电弧的 熄灭条件为: Uj(t)> Uhf(t) Uj(t)—弧隙介质强度;
Uhf(t)—弧隙恢复电压。
▉ 电弧的熄灭—
影响去游离的因素…(2)
3. 气体介质的压力 气体介质的压力对电弧去游离的影响很大。因为,气体的 压力越大,电弧中质点的浓度就越大,质点间的距离就越小, 复合作用越强,电弧就越容易熄灭。在高度的真空中,由于发 生碰撞的几率减小,抑制了碰撞游离,而扩散作用却很强。因 此,真空是很好的灭弧介质。 4. 触头材料 触头材料也影响去游离的过程。当触头采用熔点高、导热 能力强和热容量大的耐高温金属时,减少了热电子发射和电弧 中的金属蒸汽,有利于电弧熄灭。 除了上述因素以外,去游离还受电场电压等因素的影响。
头间的电场强度就非常大 ,使触头内部的电子在强电场作用 下被拉出来 ,就形成强电场发射。
▉ 电弧的形成—
(3)碰撞游离
弧柱中自由电子的主要来源(2)
从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极 运动,在运动过程中不断地与中性质点(原子或分子)发生 碰撞。当高速运动的电子积聚足够大的动能时,就会从中性 质点中打出一个或多个电子,使中性质点游离,这一过程称 为碰撞游离。 (4)热游离 弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动,动能很
第二章
电弧与电器触头的基本知识
第一节
电弧的形成与熄灭 第二节 交流电弧的特征及熄灭 第三节 熄灭交流电弧的基本方法 第四节 电弧触头的基本知识 思考题与习题
第一节 电弧的形成与熄灭
一、电弧放电的特征和危害
二、电弧的形成
■ 弧柱中自由电子的主要来源
■ 电弧形成的过程
三、电弧的熄灭
▉吹弧 —吹弧气流产生法...(2)
(2)用压缩空气或六氟化硫气体吹弧
将20个左右大气压的压缩空气或5个大气压左右的六氟化
硫气体(SF6)先储存在专门的储气罐中,断路器分闸时产生 电弧,随后打开喷口,用具有一定压力的气体吹弧。 (3)产气管吹弧 产气管由纤维、塑料等有机固体材料制成,电弧燃烧时与 管的内壁紧密接触,在高温作用下,一部分管壁材料迅速分解 为氢气、二氧化碳等,这些气体在管内受热膨胀,增高压力, 向管的端部形成吹弧。
成飞弧短路和伤人,或引起事故的扩大。
▉ 电弧的形成—弧柱中自由电子的主要来源(1)
(1)热电子发射
当断路器的动、静触头分离时,触头间的接触压力及接 触面积逐渐缩小,接触电阻增大,使接触部位剧烈发热,导 致阴极表面温度急剧升高而发射电子 ,形成热电子发射。 (2)强电场发射
开关电器分闸的瞬间,由于动、静触头的距离很小,触
采用多断口时,加在每一断口上的电压成倍减少,降低了
弧隙的恢复电压,亦有利于熄灭电弧。在要求将电弧拉到同样 的长度时,采用多断口结构成倍减小了触头行程,也就减小了 开关电器的尺寸。如图2-10所示:
▉ 采用多断口—图2-10
▉ 吹弧 — 吹弧气流产生法...(1)
用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时,可以将带电质点吹到 弧隙以外,加强了扩散,由于电弧被拉长变细,使弧隙的电导 下降。吹弧还使电弧的温度下降,热游离减弱,复合加快。按 吹弧气流的产生方法和吹弧方向的不同,吹弧可分为以下几种。 1. 吹弧气流产生的方法有: (1)用油气吹弧 用油气作吹弧介质的断路器称为油断路器。在这种断路器 中,有用专用材料制成的灭弧室,其中充满了绝缘油。当断路 器触头分离产生电弧后,电弧的高温使一部分绝缘油迅速分解 为氢气、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等气体,其中氢的灭弧 能力是空气的7.5倍。这些油气体在灭弧室中积蓄能量,一旦 打开吹口,即形成高压气流吹弧。
第二节 交流电弧的特性及熄灭
一、交流电弧的特性 二、交流电弧的熄灭条件
■ 弧隙介质介电强度的恢复 ■ 弧隙电压的恢复过程 ■ 交流电弧熄灭的条件
▉ 交流电弧的特性…(1)
在交流电路中,电流瞬时值随时间变化,因而电弧的温 度、直径以及电弧电压也随时间变化,电弧的这种特性称为 动特性。由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程,跟 不上快速变化的电流,所以电弧温度的变化总滞后于电流的 变化,这种现象称为电弧的热惯性。 经过对图2-2的分析,可见交流电弧在交流电流自然过零
电压Uj(t)表示。
▉ 交流电弧的熄灭条件—弧隙电压的恢复过程
电流过流前,弧隙电压呈马鞍形变化,电压值很低,电源
电压的绝大部分降落在线路和负载阻抗上。电流过零时,弧隙 电压正处于马鞍形的后蜂值处。电流过零后,弧隙电压从后蜂 值逐渐增长,一直恢复到电源电压,这一过程中的弧隙电压称 为恢复电压,其电压恢复过程以Uhf(t)表示。 电压恢复过程与线路参数、负荷性质等有关。受线路参数 等因素的影响,电压恢复过程可能是周期性的变化过程,也可