第三章電弧和電氣觸頭基本理論

1、第三章電弧和電氣觸頭基本理論電氣一次2教學(xué)要求：掌握電弧的特征 了解電弧形成的原因及電弧熄滅的基本方法 影響觸頭電阻的因素。重 點(diǎn)：電弧熄滅的基本方法。影響觸頭電阻的因素。難 點(diǎn)：電弧形成的原因?yàn)o州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次33-1 3-1 電弧的形成和熄滅電弧的形成和熄滅. .電弧產(chǎn)生的條件：電弧產(chǎn)生的條件： 斷開(kāi)電路時(shí)，觸頭間電壓大于1020V；電流大于80100mA 2.2.帶電質(zhì)點(diǎn)的來(lái)源：帶電質(zhì)點(diǎn)的來(lái)源：電極發(fā)射大量自由電子 強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射強(qiáng)電場(chǎng)力 熱電子發(fā)射高溫電極間弧柱氣體游，產(chǎn)生大量的電子和離子 碰撞游離電場(chǎng)力的作用，由高速運(yùn)動(dòng)的電子作用產(chǎn)生 熱游離高溫（起弧），由中性質(zhì)點(diǎn)熱運(yùn)動(dòng)碰撞產(chǎn)生3

2、.1.電弧的形成：大量帶電質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)力的作用定向運(yùn)動(dòng)瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次43.3.電弧的形成電弧的形成強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射熱電子發(fā)射電弧熱游離溫度磁撞游離加速 弧柱陽(yáng)極區(qū)陰極區(qū)陰極發(fā)射（起因）碰撞游離（重要因素）擊穿（量變到質(zhì)變）熱游離（主要因素）維持發(fā)展瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次5 電弧的放電現(xiàn)象是一種氣體自持放電。 電弧是一種離子通道（載流通道）：只有觸頭間的電弧熄滅后，電流才真正切斷。 電弧的溫度很高、能量大：容易燒壞觸頭，或使觸頭周圍的絕緣材料遭受破壞。 電弧燃燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，壓力過(guò)高，有可能使電器發(fā)生爆炸事故。 質(zhì)量輕，在外力的作用下易變形4.4.電弧的特點(diǎn)電弧的特點(diǎn)瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次6關(guān)

3、鍵是加強(qiáng)去游離作用 介質(zhì)的游離作用電弧產(chǎn)生 介質(zhì)的去游離作用電弧熄滅1去游離：正、負(fù)質(zhì)點(diǎn)相互吸引中和為中性質(zhì)點(diǎn)。2熄弧條件 游離與去游離誰(shuí)主導(dǎo)？當(dāng)游離去游離電弧電流（劇烈燃燒）當(dāng)游離=去游離電弧電流不變（穩(wěn)定燃燒）當(dāng)游離去游離電弧電流（熄滅）帶電質(zhì)點(diǎn)不斷消失帶電質(zhì)點(diǎn)不斷消失 3.1.2 3.1.2 電弧的熄滅電弧的熄滅 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次7復(fù)合 異性質(zhì)點(diǎn)靠近而相互中和的現(xiàn)象。 冷卻 擴(kuò)散 帶電質(zhì)點(diǎn)逸出弧柱外的現(xiàn)象。 吹弧影響游離和去游離的因素電弧溫度電弧溫度：熱游離Q速度復(fù)合加強(qiáng)Q使溫度降低的方法有：吹弧、拉長(zhǎng)電弧、或與冷卻介質(zhì)表面接觸。電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度：E運(yùn)動(dòng)速度復(fù)合Q熱游離氣體介質(zhì)的

4、壓力氣體介質(zhì)的壓力：F自由行程縮短離子濃度復(fù)合 真空數(shù)目少磁撞游離擴(kuò)散介質(zhì)特性介質(zhì)特性：包括氣體的介電強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)、熱量量、電負(fù)荷電極材料電極材料：銅、銀、銅鎢、銀鎢合金具有熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱能力強(qiáng)、熱容量大的特點(diǎn)，可減少熱電子發(fā)射和弧柱中的金屬蒸氣。3.去游離方式瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次8 提高觸頭的開(kāi)斷速度（分閘彈簧） 冷卻電?。ㄓ?、SF6、真空、壓縮空氣） 拉長(zhǎng)電弧 吹弧 增大絕緣介質(zhì)氣體壓力 將觸頭置于真空滅弧室中 將長(zhǎng)弧分割成多段短弧。4.4.熄滅電弧的基本方法熄滅電弧的基本方法瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次93.2 直流電弧的特性及熄滅弧柱陰極區(qū)區(qū)極陰Un瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次103.2.

5、1 3.2.1 特特 性性1.靜態(tài)伏安特性曲線 為發(fā)弧電壓、即產(chǎn)生電弧的最小電壓值)(hhifU UfUhabih)0(hhiU瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次11=陰極區(qū)電壓+弧柱區(qū)電壓+陽(yáng)極區(qū)電壓 弧柱陰極區(qū)區(qū)極陰UnhU2.2.電弧電壓分布圖電弧電壓分布圖瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次12Uh=陰極區(qū)電壓U陰極區(qū)+弧柱區(qū)UH+陽(yáng)極區(qū)U陽(yáng)極區(qū)或： U陰極區(qū)，大小與ih無(wú)關(guān)，在空氣中U=811V UH與ih呈線性關(guān)系 U陽(yáng)極區(qū) BA燃弧電壓 B熄弧電壓BAtU hAB3.3.1 3.3.1 特特 性性1.動(dòng)態(tài)伏安特性曲線： 電弧電壓和電流隨時(shí)間不斷變化，每一周期，電流過(guò)零2次瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次19電

6、弧在自然過(guò)零時(shí)將自動(dòng)熄滅，但下半周期隨著電壓的升高，電弧會(huì)重燃。若電流過(guò)零時(shí)，電弧不再重燃，電弧就此熄滅。2.熱慣性：電弧溫度的變化滯后于電流的變化3.3.1 3.3.1 特特 性性瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次203.3.2 3.3.2 交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅 1.弧隙介質(zhì)電強(qiáng)度的恢復(fù)過(guò)程UjUj弧隙介質(zhì)能夠承受而致使弧隙擊穿的最小電壓 過(guò)程：過(guò)程：電流過(guò)零前電弧的溫度高，熱游離強(qiáng)烈，弧隙的導(dǎo)電性能好電流過(guò)零時(shí)弧隙溫度劇降，熱游離減弱，弧隙失去導(dǎo)電性能而恢復(fù)為絕緣介質(zhì)。電流過(guò)零后溫度繼續(xù)下降，弧隙介質(zhì)電強(qiáng)度逐漸回升。這種現(xiàn)象稱為交流電路的這種現(xiàn)象稱為交流電路的近陰極效應(yīng)近陰極效應(yīng)。（電流極性

7、改變后的0.11.0秒瞬間, 有Uj=150250V）瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次21 2. 2.弧隙電壓的恢復(fù)過(guò)程弧隙電壓的恢復(fù)過(guò)程U UhfhfU Uhfhf電壓由熄弧電壓恢復(fù)到電源電壓的過(guò)程。 過(guò)程1、電流過(guò)零前，電弧電阻很小，電源電壓大部分降落在線路或負(fù)載的阻抗上。2、電流過(guò)零時(shí)，電弧熄滅，最后變?yōu)榻^緣介質(zhì)，電源電壓全部加在弧隙上。瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次223.3.交流電弧的熄滅條件交流電弧的熄滅條件0aUnfuUjta)熄 滅b)重 燃0tuUjjhfUU瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次234.4.交流電弧的滅弧方法交流電弧的滅弧方法(1)(1)提高觸頭的分閘進(jìn)度提高觸頭的分閘進(jìn)度 迅速拉長(zhǎng)電

8、弧，E，冷卻與擴(kuò)散(2)(2)采用多斷口滅弧采用多斷口滅弧 拉長(zhǎng)迅速，行程， 滅弧時(shí)間提高了滅弧能力(3)(3)吹弧吹弧加強(qiáng)冷卻和擴(kuò)散 橫吹將電弧吹彎吹長(zhǎng) 縱吹將電弧吹細(xì)瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次24(4)(4)利用固體介質(zhì)的狹縫狹溝滅弧利用固體介質(zhì)的狹縫狹溝滅弧 冷卻,表面吸附電子，加強(qiáng)復(fù)合。 如：介質(zhì)縱縫滅弧罩 介質(zhì)填料滅弧管(5)(5)利用短弧原理滅弧利用短弧原理滅弧 w交流電路：電流自然過(guò)零時(shí)，每一短弧有150250v電壓。w直流電路：每一短弧的陰極區(qū)有811v電壓降。4.4.交流電弧的滅弧方法交流電弧的滅弧方法瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次25(6)(6)磁吹磁吹 利用電磁力驅(qū)動(dòng)和拉長(zhǎng)電弧至

9、固體介質(zhì)滅弧罩或金屬柵滅弧罩中(7)(7)高壓力氣體介質(zhì)滅弧高壓力氣體介質(zhì)滅弧 磁撞游離，復(fù)合(8)(8)真空滅弧真空滅弧 碰撞游離，熱游離，擴(kuò)散 4.4.交流電弧的滅弧方法交流電弧的滅弧方法瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次263 34 4 電氣觸頭電氣觸頭瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次271.概念：通過(guò)接觸傳導(dǎo)電流的兩個(gè)或以上的金屬導(dǎo)體的端接部分。2.影響接觸電阻的因素及降低其值的措施：（1）觸頭材料：銅鋁過(guò)渡接頭片（2）接觸壓力：（3）接觸形式：點(diǎn)、線、面接觸的用途（4）接觸面的加工情況：平而不是光3.4.1 3.4.1 概述概述接觸電阻觸頭質(zhì)量決定瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣一次28習(xí)題及思考題習(xí)題及思考題31 何為電??？簡(jiǎn)述斷路器觸頭開(kāi)斷時(shí)斷口電弧的形成過(guò)程及由此 而確定的基本滅弧方法。32 直流電弧穩(wěn)定燃燒的條件為何？滅弧柵何滅弧室在滅弧原理上由何差別？33 交流電弧電流有何特點(diǎn)？熄滅交流