交、直流電弧的形成及熄弧原理與方法

1、2.2 交、直流電弧的形成及熄弧原理與方法交、直流電弧的形成及熄弧原理與方法 開關設備在高壓電器中占有重要的地位，機械式的開關設備在高壓電器中占有重要的地位，機械式的開關設備是用開關設備是用觸頭的位移觸頭的位移來開斷電路電流的。來開斷電路電流的。 發(fā)生在開關設備中的電弧稱為開關電弧。發(fā)生在開關設備中的電弧稱為開關電弧。 一、電弧的形成一、電弧的形成電弧是氣體放電的一種形式。電弧是氣體放電的一種形式。放電現(xiàn)象放電現(xiàn)象：帶電體周圍介質從絕緣狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，：帶電體周圍介質從絕緣狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，從而使電能通過的現(xiàn)象。從而使電能通過的現(xiàn)象。 開關設備進行切斷電路或關合電路時，若動、靜觸開關設備進行

2、切斷電路或關合電路時，若動、靜觸頭之間的電場強度大于介質強度，則觸頭之間的絕緣氣頭之間的電場強度大于介質強度，則觸頭之間的絕緣氣體被擊穿，成為游離狀態(tài)，在游離狀態(tài)下的氣體具有很體被擊穿，成為游離狀態(tài)，在游離狀態(tài)下的氣體具有很強的導電性能，這實質上是絕緣介質轉變成了導電體，強的導電性能，這實質上是絕緣介質轉變成了導電體，也就是形成了也就是形成了電弧電弧。 為什么在切斷有電流通過的電路時會形成導電的弧道？為什么在切斷有電流通過的電路時會形成導電的弧道？開關在斷開的狀態(tài)時，開關在斷開的狀態(tài)時，動、靜觸頭間一般是不導電的絕緣氣體。動、靜觸頭間一般是不導電的絕緣氣體。E電弧通?？梢苑譃槿糠郑宏帢O、弧柱

3、和陽極。電弧通?？梢苑譃槿糠郑宏帢O、弧柱和陽極。電弧的產(chǎn)生是中性質點不斷被游離的結果電弧的產(chǎn)生是中性質點不斷被游離的結果二、電弧的特點：二、電弧的特點：(1)電弧是強功率的放電現(xiàn)象電弧是強功率的放電現(xiàn)象 伴隨著電弧，大量的電能轉化為熱能的形式，使電伴隨著電弧，大量的電能轉化為熱能的形式，使電弧處的溫度極高，以焦耳熱形式發(fā)出的功率可達弧處的溫度極高，以焦耳熱形式發(fā)出的功率可達10000kW。(2)電弧是一種自持放電現(xiàn)象電弧是一種自持放電現(xiàn)象 不用很高的電壓和很大的電流就能維持相當長的電不用很高的電壓和很大的電流就能維持相當長的電弧穩(wěn)定燃燒而不熄滅?；》€(wěn)定燃燒而不熄滅。(3)電弧是等離子體，質量

4、極輕，極易改變形狀電弧是等離子體，質量極輕，極易改變形狀 電弧區(qū)內(nèi)氣體的流動包括自然對流及外界甚至電弧電弧區(qū)內(nèi)氣體的流動包括自然對流及外界甚至電弧電流本身產(chǎn)生的磁場都會使電弧受力，改變形狀。電流本身產(chǎn)生的磁場都會使電弧受力，改變形狀。三、電弧熄滅的物理過程三、電弧熄滅的物理過程 在游離的同時，還存在著一種與游離現(xiàn)象相反的過在游離的同時，還存在著一種與游離現(xiàn)象相反的過程，即帶電質點互相中和成為不導電的中性質點，使帶程，即帶電質點互相中和成為不導電的中性質點，使帶質點大大減少，這種現(xiàn)象稱為質點大大減少，這種現(xiàn)象稱為去游離去游離。1.電弧的去游離方式：電弧的去游離方式：(1)復合復合(2)擴散擴散(

5、3)氣體分離氣體分離2.熄滅電弧的基本條件：熄滅電弧的基本條件： 四、電弧電壓分布四、電弧電壓分布 電弧上的電壓降；電弧上的電壓降； 陰極電壓降；陰極電壓降； 弧柱上的電壓降；弧柱上的電壓降； 陽極電壓降陽極電壓降KuHZuauHu 觸頭間的電弧觸頭間的電弧可以分為三個區(qū)域：可以分為三個區(qū)域： 陰極區(qū)陰極區(qū) 弧柱區(qū)弧柱區(qū) 陽極區(qū)陽極區(qū)五、直流電弧的熄滅條件五、直流電弧的熄滅條件1.直流電弧的伏安特性直流電弧的伏安特性 從電路角度看，直流電弧是一非線性電阻，阻值隨從電路角度看，直流電弧是一非線性電阻，阻值隨電流及其它因素而改變。電流及其它因素而改變。 具有電弧的具有電弧的RL直流電路直流電路 起

6、弧后電壓平衡方程式為：起弧后電壓平衡方程式為：當游離與去游離處于動態(tài)平衡，電弧穩(wěn)定燃燒，當游離與去游離處于動態(tài)平衡，電弧穩(wěn)定燃燒， 則則hudtdiLiRE 0 dtdihuiRE )(ifiRE)(ifUh是電路伏安特性；是電路伏安特性；是電弧靜伏安特性。是電弧靜伏安特性。兩條曲線交于兩條曲線交于A、B兩點，兩點，此兩點既滿足了電路的要求此兩點既滿足了電路的要求(電弧外部條件電弧外部條件)，又滿足了電，又滿足了電弧靜伏安特性的要求弧靜伏安特性的要求(電弧內(nèi)電弧內(nèi)部條件部條件)。B點稱為穩(wěn)定燃燒點；點稱為穩(wěn)定燃燒點；A點稱為視在穩(wěn)定燃燒點。點稱為視在穩(wěn)定燃燒點。二、直流電弧的穩(wěn)定燃燒點及熄滅條

7、件二、直流電弧的穩(wěn)定燃燒點及熄滅條件(一一)直流電弧的穩(wěn)定燃燒點直流電弧的穩(wěn)定燃燒點 直流電弧的穩(wěn)定燃燒點也稱工作點。讓觸頭保持一定直流電弧的穩(wěn)定燃燒點也稱工作點。讓觸頭保持一定距離，電弧燃燒達到穩(wěn)定狀態(tài)后，電流不隨時間變化。距離，電弧燃燒達到穩(wěn)定狀態(tài)后，電流不隨時間變化。(二二)直流電弧的熄滅條件直流電弧的熄滅條件 提高電弧靜伏安特性，使它與提高電弧靜伏安特性，使它與 曲線無交點，曲線無交點，則電弧熄滅。則電弧熄滅?？芍绷麟娀∠鐥l件為可知直流電弧熄滅條件為:此式說明，此式說明，當電源電壓不足以當電源電壓不足以平衡穩(wěn)態(tài)電弧電壓及線路電阻平衡穩(wěn)態(tài)電弧電壓及線路電阻壓降時，電弧電流減小直至熄滅

8、。壓降時，電弧電流減小直至熄滅。當兩曲線相切時，為電弧燃燒當兩曲線相切時，為電弧燃燒與熄滅的臨界狀態(tài)。與熄滅的臨界狀態(tài)。 hUiRE)(ifiRE六、交流電弧的熄滅條件與熄滅過程六、交流電弧的熄滅條件與熄滅過程 在交流電路中，電流的大小隨時間按正弦規(guī)律變化，每周在交流電路中，電流的大小隨時間按正弦規(guī)律變化，每周期內(nèi)有兩次通過零點，同時交流電弧的溫度和直徑也隨時間期內(nèi)有兩次通過零點，同時交流電弧的溫度和直徑也隨時間變化，交流電弧的這種特性稱為變化，交流電弧的這種特性稱為動特性動特性。1.交流電弧的特性交流電弧的特性 由圖知，電弧溫度變化略滯后于電流的變化。由圖知，電弧溫度變化略滯后于電流的變化。

9、這種現(xiàn)象這種現(xiàn)象稱為電弧的稱為電弧的熱慣性。熱慣性。溫度最大值落后于電流最大值溫度最大值落后于電流最大值20電電角度，溫度最低值落后于電流零值角度，溫度最低值落后于電流零值27。 在交流電流過零時，交流電弧將在交流電流過零時，交流電弧將暫時暫時熄滅。熄滅。 對于交流電弧不存在電弧能否熄滅的問題，而是電對于交流電弧不存在電弧能否熄滅的問題，而是電流過零后如何有效的流過零后如何有效的阻止電弧重燃阻止電弧重燃的問題。的問題。交流電弧是否重燃與兩個物理過程有關：交流電弧是否重燃與兩個物理過程有關：(1)介質強度的恢復過程介質強度的恢復過程 弧隙中介質所能承受而不被擊穿的最大外加電壓，弧隙中介質所能承受

10、而不被擊穿的最大外加電壓，即介質的耐壓程度。即介質的耐壓程度。(2)弧隙電壓的恢復過程弧隙電壓的恢復過程 觸頭間電流為零后，加在弧隙上的電壓稱為恢復電觸頭間電流為零后，加在弧隙上的電壓稱為恢復電壓。壓。 恢復電壓達到最大值的變化過程稱為弧隙電壓的恢復電壓達到最大值的變化過程稱為弧隙電壓的恢復過程?；謴瓦^程。1真空真空2SF63空氣空氣4油油2.交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅 比較電流過零后弧隙介電強度值和恢復電壓值的大比較電流過零后弧隙介電強度值和恢復電壓值的大小，可以判斷交流電弧在電流過零后能否熄滅。小，可以判斷交流電弧在電流過零后能否熄滅。 只要電流過零后，弧隙介電強度值始終大于弧隙恢只要電

11、流過零后，弧隙介電強度值始終大于弧隙恢復電壓值，弧隙不被擊穿，交流電弧熄滅，否則，電弧復電壓值，弧隙不被擊穿，交流電弧熄滅，否則，電弧將重燃。將重燃。 hu無彈簧無彈簧有彈簧有彈簧六、熄滅電弧的基本方法六、熄滅電弧的基本方法1.加速觸頭的分離速度，迅速拉長電弧。加速觸頭的分離速度，迅速拉長電弧。2.采用未游離的流體采用未游離的流體(油或氣體油或氣體)吹動電弧。吹動電弧。分別有橫吹、縱吹、縱橫結合。分別有橫吹、縱吹、縱橫結合。 橫吹可使電弧冷卻并拉長變細，其氣流方向垂直于橫吹可使電弧冷卻并拉長變細，其氣流方向垂直于電弧燃燒中心，比縱吹對電弧冷卻作用好。電弧燃燒中心，比縱吹對電弧冷卻作用好。 結合縱、橫吹弧，滅弧效果更好。結合縱、橫吹弧，滅弧效果更好。3.用磁吹法滅弧用磁吹法滅弧 按左手定則，當電弧電流垂直于外磁場時，電弧將按左手定則，當電弧電流垂直于外磁場時，電弧將受到磁場力的作用而發(fā)生彎曲、變形，使冷卻作用加強，受到磁場力的作用而發(fā)生彎曲、變形，使冷卻作用加強，電弧易熄滅。電弧易熄滅。電弧在本身電流產(chǎn)生的電動力影響下的伸展電弧在外加線圈磁場力影響下的移動1-吹弧角 2-磁吹線圈4.把長電弧分成短電弧。把長電弧分成短電弧。 每相有四個斷口的油斷路器熄弧柵作用原理圖1-靜觸頭 2-動觸頭 3-柵片金屬柵片柵片結構5.采用介質絕緣強度大、熱容量大的氣體作為滅弧介質采用介