開關(guān)電弧的基本知識與各種滅弧方法的原理

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯開關(guān)電弧的基本知識與各種滅弧方法的原理 斷路器切斷通有電流的回路時，只要電源電壓大于1020V，電流大于80100mA，在動、靜觸頭分開瞬間，觸頭間隙就會消失電弧。此時，觸頭雖然已分開，但是電路中的電流還在連續(xù)流通，只有熄滅電弧，電路才真正斷開。本節(jié)介紹開關(guān)電弧的基本學(xué)問與各種滅弧方法的原理。 電弧的產(chǎn)生和維持是觸頭間隙的絕緣介質(zhì)的中性質(zhì)點(分子和原子)被游離的結(jié)果，游離是指中性質(zhì)點轉(zhuǎn)化為帶電質(zhì)點。電弧的形成過程就是氣態(tài)介質(zhì)或液態(tài)介質(zhì)高溫氣化后的氣態(tài)介質(zhì)向等離子體態(tài)的轉(zhuǎn)化過程。因此，電弧是一種游離氣體的放電現(xiàn)象。 強電場放射是觸頭間隙最初產(chǎn)生電子的主要緣由。

2、在觸頭剛分開的瞬間，間隙很小，間隙的電場強度很大，陰極表面的電子被電場力拉出而進(jìn)入觸頭間隙成為自由電子。 電弧的產(chǎn)生是碰撞游離所致。陰極表面放射的電子和觸頭間隙原有的少數(shù)電子在強電場作用下，加速向陽極移動，并積累動能，當(dāng)具有足夠大動能的電子與介質(zhì)的中性質(zhì)點相碰撞時，產(chǎn)生正離子與新的自由電子，這種現(xiàn)象不斷發(fā)生的結(jié)果，使觸頭間隙中的電子與正離子大量增加，它們定向移動形成電流，介質(zhì)強度急劇下降，間隙被擊穿，電流急劇增大，消失光效應(yīng)和熱效應(yīng)而形成電弧。 熱游離維持電弧的燃燒。電弧形成后，弧隙溫度劇增，可達(dá)6000 在中性質(zhì)點發(fā)生游離的同時，還存在著使帶電質(zhì)點不斷削減的去游離。去游離的主要形式是復(fù)合與集

3、中。 復(fù)合是異性帶電質(zhì)點彼此的中和。復(fù)合速率與下列因素有關(guān)： 1)帶電質(zhì)點濃度越大，復(fù)合機率越高。當(dāng)電弧電流肯定時，弧截面越小或介質(zhì)壓力越大，帶電質(zhì)點濃度也越大，復(fù)合就強。故斷路器采納小直徑的滅弧室，可以提高弧隙帶電質(zhì)點的濃度，增加滅弧性能； 2)電弧溫度越低，帶電質(zhì)點運動速度越慢，復(fù)合就簡單。故加強電弧冷卻，能促進(jìn)復(fù)合。在溝通電弧中，當(dāng)電流接近零時，弧隙溫度驟降，此時復(fù)合特殊劇烈； 3)弧隙電場強度小，帶電質(zhì)點運動速度慢，復(fù)合的可能性就增大。所以提高斷路器的開斷速度，對復(fù)合有利。 集中是指帶電質(zhì)點從弧隙逸出進(jìn)入四周介質(zhì)中的現(xiàn)象。集中去游離主要有兩種。 l)溫度集中。弧隙與其四周介質(zhì)的溫差越大

4、，集中越強。用冷卻介質(zhì)吹弧，或電弧在四周介質(zhì)中運動，都可增大電弧與四周介質(zhì)的溫差，加強集中作用。 2)濃度集中。電弧與四周介質(zhì)離子的濃度相差越大，集中就越劇烈。 當(dāng)游離大于去游離時，電子與離子濃度增加，電弧加強；當(dāng)游離與去游離相等時，電弧穩(wěn)定燃燒；當(dāng)游離小于去游離時，電弧削減以致熄滅。所以要促使電弧熄滅就必需減弱游離作用，加強去游離作用。斷路器綜合利用上述原理，制成各式滅弧裝置，能快速而有效地熄滅短路電流產(chǎn)生的強大電弧。 溝通電弧電流每周自然過零兩次。在電流過零時，電弧臨時熄滅。因此熄滅溝通電弧，就是讓溝通電弧過零后電弧不重燃。 溝通電弧過零時自然熄滅，過零后是否重燃，取決于電源加在弧隙上的恢

5、復(fù)電壓與弧隙介質(zhì)強度的耐壓力量的恢復(fù)狀況。 弧隙介質(zhì)強度恢復(fù)過程是指電弧電流過零時電弧熄滅，而弧隙的絕緣力量要經(jīng)過肯定時間才能恢復(fù)到絕緣的正常狀態(tài)的過程，此過程稱為弧隙介質(zhì)強度的恢復(fù)過程。主要由斷路器滅弧裝置的結(jié)構(gòu)和滅弧介質(zhì)的性質(zhì)打算。 弧隙電壓恢復(fù)過程是指電弧電流過零時電弧熄滅，電源電壓施加于弧隙上的電壓將從不大的熄弧電壓漸漸增大直到電源電壓的過程，稱為弧隙電壓恢復(fù)過程。主要取決于線路電路參數(shù)(電阻、電容、電感)和負(fù)荷性質(zhì)，一般電阻性電路的電弧最易熄滅。 溝通電弧的熄滅條件是，溝通電弧過后，弧隙介質(zhì)強度恢復(fù)過程永久大于弧隙電壓恢復(fù)過程。 滅弧的基本方法就是加強去游離提高弧隙介質(zhì)強度的恢復(fù)過程

6、，或轉(zhuǎn)變電路參數(shù)降低弧隙電壓的恢復(fù)過程，目前開關(guān)電器的主要滅弧方法有： 弧隙的去游離在很大程度上，取決于電弧四周滅弧介質(zhì)的特性。六氟化硫(SF6)氣體是很好的滅弧介質(zhì)，其電負(fù)性很強，能快速吸附電子而形成穩(wěn)定的負(fù)離子，有利于復(fù)合去游離，其滅弧力量比空氣約強100倍；真空(壓強在0.013Pa以下)也是很好的滅弧介質(zhì)，因真空中的中性質(zhì)點很少，不易于發(fā)生碰撞游離，且真空有利于集中去游離，其滅弧力量比空氣約強15倍。 采納不同介質(zhì)可以制成不同的斷路器，如油斷路器、六氟化硫斷路器和真空斷路器。 吹弧使弧隙帶電質(zhì)點集中和冷卻復(fù)合。在高壓斷路器中利用各種滅弧室結(jié)構(gòu)形式，使氣體或油產(chǎn)生巨大的壓力并有力地吹向弧

7、隙。吹弧方式主要有縱吹與橫吹兩種?？v吹是吹動方向與電弧平行，它促使電弧變細(xì)；橫吹是吹動方向與電弧垂直，它把電弧拉長并切斷。 采納熔點高、導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量大的耐高溫金屬作觸頭材料，可削減熱電子放射和電弧中的金屬蒸氣，得到抑制游離的作用；同時采納的觸頭材料還要求有較高的抗電弧、抗熔焊力量。常用觸頭材料有銅鎢合金、銀鎢合金等。 電弧在電磁力作用下產(chǎn)生運動的現(xiàn)象，叫電磁吹弧。由于電弧在四周介質(zhì)中運動，它起著與氣吹的同樣效果，從而達(dá)到熄弧的目的。這種滅弧的方法在低壓開關(guān)電器中應(yīng)用得更為廣泛。 此種滅弧的方式又叫狹縫滅弧。由于電弧在介質(zhì)的狹縫中運動，一方面受到冷卻，加強了去游離作用；另一方面電弧被拉長，弧徑被壓小，弧電阻增大，促使電弧熄滅。 當(dāng)電弧經(jīng)過與其垂直的一排金屬柵片時，長電弧被分割成若干段短弧；而短電弧的電壓降主要降落在陰、陽極區(qū)內(nèi)，假如柵片的數(shù)目足夠多，使各段維持電弧燃燒所需的最低電壓降的總和大于外加電壓時，電弧就自行熄滅。另外，在溝通電流過零后，由于近陰極效應(yīng)，每段弧隙介質(zhì)強度驟增到150250V，采納多段弧隙串聯(lián)，可獲得較高