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              开关电器中的灭弧原理

              一庄闲游戏网站庄闲游戏网站、电弧现象

              1.电弧是一种能量集中庄闲游戏网站、温度很高庄闲游戏网站庄闲游戏网站、亮度很强的放电现象庄闲游戏网站。如10kV少油断路器开断20kA的电流时庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站,电弧功率高达10000kW以上,造成电弧及其附近区域的介质及其强烈的物理化学变化庄闲游戏网站,可能烧坏触头及触头附近的其他部件庄闲游戏网站庄闲游戏网站。如果电弧长期不灭庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站,将会引起电器被烧毁甚至爆炸,?庄闲游戏网站;缌ο低车陌踩诵?庄闲游戏网站,造成重大损失庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站。所以庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站,切断电路时庄闲游戏网站,必须尽快熄灭电弧。

              2.电弧是导体庄闲游戏网站?庄闲游戏网站?氐缙鞯拇ネ匪淙灰丫挚?,但是触头间如有电弧存在庄闲游戏网站,电路就还没有断开庄闲游戏网站庄闲游戏网站,电流仍然存在。

              3.电弧是一种自持放电现象庄闲游戏网站,即电弧一旦形成庄闲游戏网站,维持电弧稳定燃烧所需的电压很低庄闲游戏网站。如,大气中1cm长的直流电弧的弧柱电压只有15-30V,在变压器油中也不过100-200V。

              4.电弧是一束游离气体,质量很轻庄闲游戏网站,容易变形庄闲游戏网站,在外力作用下(如气体庄闲游戏网站、液体的流动或电动力作用)会迅速移动庄闲游戏网站、伸长或弯曲庄闲游戏网站,对敞露在大气中的电弧尤为明显庄闲游戏网站。如庄闲游戏网站,在大气中开断交流110kV庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站、5A的电流时,电弧长度超过7m庄闲游戏网站。电弧移动速度可达每秒几十米至几百米庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站。

               

              二、电弧的产生与维持

              1.强电场发射开关电器的触头分离时,动静触头间的压力不断下降庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站,接触面积减小庄闲游戏网站,因而接触电阻增大庄闲游戏网站,温度剧升庄闲游戏网站。另一方面庄闲游戏网站,触头开始分离时庄闲游戏网站,触头间距很小,即使电压很低,只有几百伏甚至几十伏庄闲游戏网站,但是电场强度却很大。由于上述原因庄闲游戏网站庄闲游戏网站,阴极表面可能向外发射电子庄闲游戏网站,这种现象称为强电场发射庄闲游戏网站。

              2.热电子发射触头是由金属材料制成的,在常温下,金属内部就存在大量的自由电子庄闲游戏网站庄闲游戏网站,当开关开断电路时,在触头分离的瞬间,由于大电流被切断庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站,在阴极上出现强烈的炽热点庄闲游戏网站,从而有电子从阴极表面向四周发射庄闲游戏网站,这种现象称为热电子发射庄闲游戏网站。发射电子的多少与阴极材料及表面温度有关。

              3.碰撞游离从阴极表面发射出来的电子,在电场力的作用下向阳极作加速运动庄闲游戏网站。并不断与中性质点碰撞,如果电场足够强庄闲游戏网站,电子所受的力足够大庄闲游戏网站,且两次碰撞间的自由行程足够大庄闲游戏网站,电子积累的能量足够多,则发生碰撞时就可能使中性质点发生游离庄闲游戏网站,产生新的自由电子和正离子庄闲游戏网站,这种现象称为碰撞游离庄闲游戏网站庄闲游戏网站。新产生的自由电子在电场中作加速运动又可能与中性质点发生碰撞而产生碰撞游离庄闲游戏网站庄闲游戏网站。结果使触头间充满大量自由电子和正离子庄闲游戏网站。使触头间电阻很小庄闲游戏网站庄闲游戏网站,在外加电压作用下,带电粒子作定向运动形成电流庄闲游戏网站,使介质击穿而形成电弧庄闲游戏网站庄闲游戏网站。

              4.热游离处于高温下的中性质点由于高温而产生强烈的热运动庄闲游戏网站。相互碰撞的结果而发生的游离称为热游离庄闲游戏网站。作用:维持电弧的燃烧庄闲游戏网站。一般气体发生热游离的温度为9000~10000℃庄闲游戏网站庄闲游戏网站,而金属蒸汽约为4000~5000℃庄闲游戏网站庄闲游戏网站。因为电弧中总有一些金属蒸汽庄闲游戏网站,而弧柱温度在5000℃以上,所以庄闲游戏网站,热游离足以维持电弧的燃烧庄闲游戏网站。

               

              三庄闲游戏网站、电弧的去游离

              去游离:在电弧中庄闲游戏网站,介质因游离而产生大量带电粒子的同时庄闲游戏网站,还会发生带电粒子消失的相反过程庄闲游戏网站,称为去游离。

              1.复合:异号带电粒子相互吸引而中和成中性质点的现象。在电弧中庄闲游戏网站,电子的运动速度远大于正离子,所以电子与正离子直接复合的可能性很小庄闲游戏网站庄闲游戏网站,复合是借助于中性质点进行的,即电子在运动过程中,先附着在中性质点上庄闲游戏网站,形成负离子,然后质量和运动速度大致相等的正庄闲游戏网站、负离子复合成中性质点。既然复合过程只有在离子运动的相对速度不大时才有可能庄闲游戏网站,若利用液体或气体吹弧庄闲游戏网站,或将电弧挤入绝缘冷壁做成的狭缝中,都能迅速冷却电弧庄闲游戏网站庄闲游戏网站,减小离子的运动速度庄闲游戏网站庄闲游戏网站,加强复合过程,此外增加气体压力庄闲游戏网站庄闲游戏网站,使气体密度增加庄闲游戏网站,也是加强复合过程的措施。

              2.扩散:弧柱内带电粒子逸出弧柱以外进入周围介质的一种现象。扩散是由于带电粒子不规则的运行庄闲游戏网站,以及电弧内带电粒子的密度大于电弧外,电弧中的温度远高于周围介质的温度造成的。电弧和周围介质温差愈大,以及带电粒子密度差越大庄闲游戏网站庄闲游戏网站,扩散作用愈强庄闲游戏网站庄闲游戏网站。在高压断路器中庄闲游戏网站,常采用气体吹弧,带走大量带电粒子庄闲游戏网站,以加强扩散作用庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站,扩散出来的正负离子,因冷却而加强复合庄闲游戏网站,成为中性质点庄闲游戏网站庄闲游戏网站。若游离作用大于去游离作用,则电弧电流增大庄闲游戏网站,电弧愈加强烈燃烧庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站;若游离作用等于去游离作用庄闲游戏网站庄闲游戏网站,则电弧电流不变,电弧稳定燃烧;若游离作用小于去游离作用庄闲游戏网站,则电弧电流减小庄闲游戏网站,电弧最终熄灭。所以庄闲游戏网站,要熄灭电弧庄闲游戏网站,必须采取措施加强去游离作用而削弱游离作用。

               

              四、电弧特性

              1.电弧电压沿弧长的分布电弧形成后庄闲游戏网站,电弧电压沿弧长的分布可分为三个部分。如图4-1所示庄闲游戏网站,电弧电压降由阴极电压降U1庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站、弧柱电压降U2、阳极电压降U3三部分组成庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站,即电弧电压Uh=U1+U2+U3。

              2.电弧按照电压分布的分类
              (1)长?庄闲游戏网站。旱缂渚嗬氤?,阴极和阳极电压降可以忽略不计。
              (2)短?。旱缂渚嗬攵?,弧柱电压忽略不计庄闲游戏网站庄闲游戏网站。

              3.电弧的伏安特性
              (1)直流电弧的伏安特性

              曲线1是在电流变化很慢,曲线上每一点的游离与去游离都达到平衡,电弧处于稳定燃烧的状态庄闲游戏网站庄闲游戏网站,故称为静态特性庄闲游戏网站。

              曲线2为电流很快从a点增加的曲线。

              曲线3为电流很快从b点减小的曲线。

              (2)交流电弧的伏安特性

              在交流电路中庄闲游戏网站,电流的瞬时值不断地随时间变化庄闲游戏网站,因此电弧的特性应是动态特性,并且交流电流每半个周期经过一次零值。电流过零值时庄闲游戏网站,电弧自动熄灭庄闲游戏网站庄闲游戏网站。如果电弧是稳定燃烧的庄闲游戏网站,则电弧电流过零熄灭后庄闲游戏网站,在另半周又会重新燃烧。

               

              五庄闲游戏网站、直流电弧的熄灭方法

              1.增大回路电阻

              2. 将长电弧分割为多个短电弧

              3. 增大电弧长度

              4. 使电弧与耐弧度绝缘材料紧密接触

               

              六庄闲游戏网站、交流电弧的熄灭条件

              1.弧隙介质强度的恢复过程

              2.弧隙电压的恢复过程

              3.交流电弧的熄灭条件 ud(t)>ur(t)

              (一)弧隙介质强度的恢复

              1.弧隙介质强度的恢复过程在电弧电流过零之前庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站,弧隙中的空间充满了电子和正离子庄闲游戏网站庄闲游戏网站。当电弧电流流过零熄灭后,电极极性发生改变庄闲游戏网站,弧隙中的电子迅速奔向新阳极庄闲游戏网站,比电子质量大一千多倍的正离子,相对电子而言则基本未动,所以在新阴极附近形成正空间电荷庄闲游戏网站。

              2.电流过零后电荷和电压沿短弧隙的分布情况庄闲游戏网站庄闲游戏网站。如图所示庄闲游戏网站,电压主要降落在阴极附近的薄层空间庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站。此薄层空间的耐压约为150~250V的介质强度庄闲游戏网站。近阴极效应:阴极附近电介质强度出现突然升高的现象庄闲游戏网站。

              (二)庄闲游戏网站庄闲游戏网站、弧隙电压的恢复弧隙电压的恢复过程庄闲游戏网站庄闲游戏网站,即恢复电压的变化过程庄闲游戏网站,与电路参数庄闲游戏网站、负荷性质有关庄闲游戏网站庄闲游戏网站。熄灭交流电弧的基本方法

              1.采用灭弧能力强的灭弧介质

              2.利用气体或油吹弧

              3.采用特殊的金属材料作灭弧介质

              4.采用多断口熄弧

              5.提高断路器触头的分离速度

              6.低压开关的灭弧方法

              (1)利用金属灭弧栅灭弧

              (2)利用固体介质狭缝灭弧

              ① 变压器油:变压器油在电弧高温的作用下庄闲游戏网站,分解出大量氢气和油蒸汽庄闲游戏网站庄闲游戏网站,氢气的绝缘和灭弧能力是空气的7.5倍庄闲游戏网站。

              ② 压缩空气:压力:2MPa庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站,分子密度大,质点的自由行程小庄闲游戏网站,不易发生游离庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站。

              ③ SF6气体:良好的负电性气体,氟原子吸附电子能力很强庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站,能迅速捕捉自由电子形成负离子,对复合有利庄闲游戏网站庄闲游戏网站。 

              ④ 真空:真空气体压力低于133.3×10-4Pa,气体稀薄,弧隙中的自由电子和中性质点都很少庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站,碰撞游离的可能性大大减少庄闲游戏网站,而且弧柱内与弧柱外带电粒子的浓度差和温差都很大庄闲游戏网站,有利于扩散庄闲游戏网站。其绝缘能力比变压器油庄闲游戏网站庄闲游戏网站、1个大气压下的SF6 、空气都大。

              高压断路器中利用各种预先设计好的灭弧室,使气体或油在电弧高温下产生巨大压力,并利用喷口形成强烈吹弧庄闲游戏网站。即起到对流换热庄闲游戏网站庄闲游戏网站、强烈冷却弧隙的作用庄闲游戏网站,又起到部分取代原弧隙中游离气体或高温气体的作用庄闲游戏网站。电弧被拉长、冷却变细庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站,复合加强,同时吹弧也有利于扩散,最终使电弧熄灭庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站。

              常有的触头材料有铜庄闲游戏网站、钨合金和银庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站、钨合金等庄闲游戏网站庄闲游戏网站,在电弧高温作用下不易熔化和蒸发庄闲游戏网站,有较高的抗电弧庄闲游戏网站庄闲游戏网站、抗熔焊能力庄闲游戏网站,可以减少热电子发射和金属蒸汽,抑制游离的作用庄闲游戏网站。

              采用多断口串联庄闲游戏网站,可把电弧分割成多段,在相同的触头行程下电弧拉长速度和长度比单断口大,从而弧隙电阻增大庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站,同时加在每个断口上的电压降低庄闲游戏网站庄闲游戏网站,使弧隙恢复电压降低庄闲游戏网站,因而有利于灭弧庄闲游戏网站。

              加快断路器的触头分离速度可以迅速拉长电弧庄闲游戏网站庄闲游戏网站,使弧隙的电场强度骤降庄闲游戏网站,同时使电弧的表面积突然增大庄闲游戏网站,有利于电弧的冷却及带电质点的扩散和复合庄闲游戏网站,从而加速电弧的熄灭庄闲游戏网站。

              电弧是一种能量集中、温度很高庄闲游戏网站庄闲游戏网站、亮度很强的放电现象。如10kV少油断路器开断20kA的电流时庄闲游戏网站,电弧功率高达10000kW以上庄闲游戏网站,造成电弧及其附近区域的介质及其强烈的物理化学变化庄闲游戏网站庄闲游戏网站,可能烧坏触头及触头附近的其他部件庄闲游戏网站。如果电弧长期不灭,将会引起电器被烧毁甚至爆炸庄闲游戏网站,?庄闲游戏网站庄闲游戏网站;缌ο低车陌踩诵?庄闲游戏网站,造成重大损失庄闲游戏网站。所以庄闲游戏网站,切断电路时庄闲游戏网站庄闲游戏网站,必须尽快熄灭电弧庄闲游戏网站庄闲游戏网站。

              灭弧栅由耐高温的绝缘材料制成,有多种形式,图中为最简单的直缝式庄闲游戏网站,磁吹线圈与电路串联或并联。当触头断开而产生电弧后庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站庄闲游戏网站,在磁吹线圈磁场的作用下庄闲游戏网站,对电弧产生电动力庄闲游戏网站庄闲游戏网站,将电弧拉入灭弧片的狭缝中庄闲游戏网站。狭缝限制了电弧直径,增加了弧隙压力庄闲游戏网站,同时电弧被拉长,并与灭弧片冷壁紧密接触庄闲游戏网站,加强冷却作用庄闲游戏网站,加强电弧内的复合过程,最终使电弧熄灭庄闲游戏网站庄闲游戏网站。

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