電弧產(chǎn)生和熄滅ppt課件

1、開關(guān)設(shè)備開關(guān)設(shè)備第一節(jié)第一節(jié)電弧的產(chǎn)生和熄滅電弧的產(chǎn)生和熄滅對電弧的了解、分析，采取有效地措施熄滅電弧，這對電力系統(tǒng)的正常操作與平安運轉(zhuǎn)有很重要的意義。這是我們所不希望的這是我們所不希望的電弧是電力系統(tǒng)及電能利用工程中常見的物理景象.例如：隨處可見的電弧焊接、電弧煉鋼爐等利用電弧任務(wù)的用電設(shè)備；在電力系統(tǒng)中的開關(guān)電器，任務(wù)時觸頭間也會產(chǎn)生電弧。 1. 電弧的概念電弧的概念 當(dāng)開關(guān)電器開斷電路時，電壓和電流到達(dá)一定值時，觸頭當(dāng)開關(guān)電器開斷電路時，電壓和電流到達(dá)一定值時，觸頭剛剛分別后，觸頭之間就會產(chǎn)生劇烈的白光，稱為電弧。剛剛分別后，觸頭之間就會產(chǎn)生劇烈的白光，稱為電弧。 2.電弧的本質(zhì)電弧的本

2、質(zhì) 電弧的本質(zhì)是一種氣體放電景象。電弧的本質(zhì)是一種氣體放電景象。 3. 電弧放電的特征電弧放電的特征 1電弧溫度很高。電弧溫度很高。 2電弧是一種自持放電景象。電弧是一種自持放電景象。 3電弧是一束游離的的氣體。電弧是一束游離的的氣體。一、電弧的危害和特點一、電弧的危害和特點不依賴外界電離條件，僅由外施電壓作用即可維持的一種氣體放電外表3000-4000度，弧心溫度可達(dá)10000度 4. 電弧的危害電弧的危害 1電弧的存在延伸了開關(guān)電器開斷缺點電路的時間，電弧的存在延伸了開關(guān)電器開斷缺點電路的時間，加重了電力系統(tǒng)短路缺點的危害。加重了電力系統(tǒng)短路缺點的危害。 2電弧產(chǎn)生的高溫，將使觸頭外表熔化

3、和蒸化，燒壞電弧產(chǎn)生的高溫，將使觸頭外表熔化和蒸化，燒壞絕緣資料。對充油電氣設(shè)備還能夠引起著火、爆炸等危險。絕緣資料。對充油電氣設(shè)備還能夠引起著火、爆炸等危險。 3由于電弧在電動力、熱力作用下能挪動，很容易呵由于電弧在電動力、熱力作用下能挪動，很容易呵斥飛弧短路和傷人，或引起事故的擴(kuò)展。斥飛弧短路和傷人，或引起事故的擴(kuò)展。 1、強(qiáng)電場發(fā)射 開關(guān)電器分閘的瞬間，由于動、靜觸頭的間隔很小，觸頭間的電場強(qiáng)度就非常大 ，使觸頭內(nèi)部的電子在強(qiáng)電場作用下被拉出來 ，就構(gòu)成強(qiáng)電場發(fā)射。 2、熱電子發(fā)射 當(dāng)斷路器的動、靜觸頭分別時，觸頭間的接觸壓力及接觸面積逐漸減少，接觸電阻增大，使接觸部位猛烈發(fā)熱，導(dǎo)致陰極

4、外表溫度急劇升高而發(fā)射電子 ，構(gòu)成熱電子發(fā)射。 二、電弧的構(gòu)成二、電弧的構(gòu)成 3、碰撞游離 從陰極外表發(fā)射出的電子在電場力的作用下高速向陽極運動，在運動過程中不斷地與中性質(zhì)點原子或分子發(fā)生碰撞。當(dāng)高速運動的電子積聚足夠大的動能時，就會從中性質(zhì)點中打出一個或多個電子，使中性質(zhì)點游離，這一過程稱為碰撞游離。4、熱游離 弧柱中氣體分子在高溫作用下產(chǎn)生猛烈熱運動，動能很大的中性質(zhì)點相互碰撞時，將被游離而構(gòu)成電子和正離子，這種景象稱為熱游離?；≈鶎?dǎo)電就是靠熱游離來維持的。 斷路器斷開過程中電弧是這樣構(gòu)成的。觸頭剛分別時忽然解除接觸壓力，陰極外表立刻出現(xiàn)高溫?zé)霟狳c，產(chǎn)生熱電子發(fā)射；同時，由于觸頭的間隙很小

5、，使得電壓強(qiáng)度很高，產(chǎn)生強(qiáng)電場發(fā)射。從陰極外表逸出的電子在強(qiáng)電場作用下，加速向陽極運動，發(fā)生碰撞游離，導(dǎo)致觸頭間隙中帶電質(zhì)點急劇添加，溫度驟然升高，產(chǎn)生熱游離并且成為游離的的主要要素，此時，在外加電壓作用下，間隙被擊穿，構(gòu)成電弧。上述是電弧構(gòu)成的四個要素，實踐上是個延續(xù)過程上述是電弧構(gòu)成的四個要素，實踐上是個延續(xù)過程 電弧的去游離過程包括復(fù)合和分散兩種方式。 1. 復(fù)合 復(fù)合是正、負(fù)帶電質(zhì)點相互結(jié)合變成不帶電質(zhì)點的景象。由于弧柱中電子的運動速度很快，約為正離子的1000倍，所以電子直接與正離子復(fù)合的幾率很小。普通情況下，先是電子碰撞中性質(zhì)點時，被中性質(zhì)點捕獲變成負(fù)離子，然后再與質(zhì)量和運動速度相

6、當(dāng)?shù)恼x子相互吸引而接近，交換電荷后成為中性質(zhì)點。還有一種情況就是電子先被固體介質(zhì)外表吸附后，再被正離子捕獲成為中性質(zhì)點。三、帶點質(zhì)點的復(fù)合與分散三、帶點質(zhì)點的復(fù)合與分散2. 2. 分散分散 分散是弧柱中的帶電質(zhì)點逸出弧柱以外，進(jìn)入分散是弧柱中的帶電質(zhì)點逸出弧柱以外，進(jìn)入周圍介質(zhì)的景象。分散有三種方式：周圍介質(zhì)的景象。分散有三種方式： 1 1溫度分散，由于電弧和周圍介質(zhì)間存在很溫度分散，由于電弧和周圍介質(zhì)間存在很大溫差，使得電弧中的高溫帶電質(zhì)點向溫度低的周大溫差，使得電弧中的高溫帶電質(zhì)點向溫度低的周圍介質(zhì)中分散，減少了電弧中的帶電質(zhì)點；圍介質(zhì)中分散，減少了電弧中的帶電質(zhì)點； 2 2濃度分散，這

7、是由于電弧和周圍介質(zhì)存在濃度分散，這是由于電弧和周圍介質(zhì)存在濃度差，帶電質(zhì)點就從濃度高的地方向濃度低的地濃度差，帶電質(zhì)點就從濃度高的地方向濃度低的地方分散，使電弧中的帶電質(zhì)點減少；方分散，使電弧中的帶電質(zhì)點減少； 3 3利用吹弧分散，在斷路器中采用高速氣體利用吹弧分散，在斷路器中采用高速氣體吹弧，帶走電弧中的大量帶電質(zhì)點，以加強(qiáng)分散作吹弧，帶走電弧中的大量帶電質(zhì)點，以加強(qiáng)分散作用。用。 1. 電弧溫度 電弧是由熱游離維持的，降低電弧溫度就可以減弱熱游離，減少新的帶電質(zhì)點的的產(chǎn)生。同時，也減小了帶電質(zhì)點的運動速度，加強(qiáng)了復(fù)協(xié)作用。經(jīng)過快速拉長電弧，用氣體或油吹動電弧，或使電弧與固體介質(zhì)外表接觸等

8、，都可以降低電弧的溫度。 2.介質(zhì)的特性 電弧熄滅時所在介質(zhì)的特性在很大程度上決議了電弧中去游離的強(qiáng)度，這些特性包括：導(dǎo)熱系數(shù)、熱容量、熱游離溫度、介電強(qiáng)度等。假設(shè)這些參數(shù)值大，那么去游離過程就越強(qiáng)，電弧就越容易熄滅。四、影響去游離的要素四、影響去游離的要素電弧的熄滅過程取決于發(fā)生游離和去游離過程電弧的熄滅過程取決于發(fā)生游離和去游離過程 3. 氣體介質(zhì)的壓力氣體介質(zhì)的壓力 氣體介質(zhì)的壓力對電弧去游離的影響很大。由于，氣體的壓氣體介質(zhì)的壓力對電弧去游離的影響很大。由于，氣體的壓力越大，電弧中質(zhì)點的濃度就越大，質(zhì)點間的間隔就越小，復(fù)力越大，電弧中質(zhì)點的濃度就越大，質(zhì)點間的間隔就越小，復(fù)協(xié)作用越強(qiáng)，

9、電弧就越容易熄滅。在高度的真空中，由于發(fā)生協(xié)作用越強(qiáng)，電弧就越容易熄滅。在高度的真空中，由于發(fā)生碰撞的幾率減小，抑制了碰撞游離，而分散作用卻很強(qiáng)。因此，碰撞的幾率減小，抑制了碰撞游離，而分散作用卻很強(qiáng)。因此，真空是很好的滅弧介質(zhì)。真空是很好的滅弧介質(zhì)。 4. 觸頭資料觸頭資料 觸頭資料也影響去游離的過程。當(dāng)觸頭采用熔點高、導(dǎo)熱才觸頭資料也影響去游離的過程。當(dāng)觸頭采用熔點高、導(dǎo)熱才干強(qiáng)和熱容量大的耐高溫金屬時，減少了熱電子發(fā)射和電弧中干強(qiáng)和熱容量大的耐高溫金屬時，減少了熱電子發(fā)射和電弧中的金屬蒸汽，有利于電弧熄滅。的金屬蒸汽，有利于電弧熄滅。 除了上述要素以外，去游離還受電場電壓等要素的影響。除

10、了上述要素以外，去游離還受電場電壓等要素的影響。定義：在直流電路中產(chǎn)生的電弧叫直流電弧定義：在直流電路中產(chǎn)生的電弧叫直流電弧1.電弧電壓分布圖電弧電壓分布圖321UUUUh電弧電壓陰極區(qū)壓降弧柱壓降陽極區(qū)壓降電弧電壓陰極區(qū)壓降弧柱壓降陽極區(qū)壓降五、直流電弧的特性五、直流電弧的特性2.電弧的伏安特性電弧的伏安特性直流電弧的伏安特性直流電弧的穩(wěn)定熄滅1.1.拉長電弧拉長電弧2.2.開斷電路時在電路中逐級串入電阻開斷電路時在電路中逐級串入電阻拉長電弧滅弧拉長電弧滅弧引入電阻滅弧引入電阻滅弧3.3.在斷口上裝滅弧柵在斷口上裝滅弧柵4.冷卻電弧冷卻電弧 在交流電路中，電流瞬時值隨時間變化，因此電弧的溫度

11、、直徑以及電弧電壓也隨時間變化，電弧的這種特性稱為動特性。由于弧柱的受熱升溫或散熱降溫都有一定過程，跟不上快速變化的電流，所以電弧溫度的變化總滯后于電流的變化，這種景象稱為電弧的熱慣性。 六、交流電弧的特性六、交流電弧的特性經(jīng)過分析，可見交流電弧在交流電流自然過零時將自動熄滅，但在下半周隨著電壓的增高，電弧又重燃。假設(shè)電弧過零后，電弧不發(fā)生重燃，電弧就此熄滅。交流電弧的伏安特性 弧隙介質(zhì)可以接受外加電壓作用而不致使弧隙擊穿的電壓稱為弧隙的介質(zhì)強(qiáng)度。當(dāng)電弧電流過零時電弧熄滅，而弧隙的介質(zhì)強(qiáng)度要恢復(fù)到正常形狀值還需一定的時間，此恢復(fù)過程稱之為弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程。srtrruuu 電弧電流自然過

12、零后，電路施加于弧隙的電壓，將從不大的電弧電壓逐漸增長，不斷恢復(fù)到電源電壓，這一過程中的弧隙電壓稱為恢復(fù)電壓。 電壓恢復(fù)過程與線路參數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)等有關(guān)?；謴?fù)電壓瞬態(tài)恢復(fù)電壓工頻恢復(fù)電壓)()(tuturd1.假設(shè)電源電壓恢復(fù)過程大于介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程， 氣隙被擊穿，電弧重燃。2.假設(shè)電源電壓恢復(fù)過程低于介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程， 電弧熄滅。電弧熄滅的條件：交流電弧的熄滅條件交流電弧的熄滅條件交流電弧的熄滅方法交流電弧的熄滅方法 熄滅交流電弧的關(guān)鍵在于電弧電流過零后，弧隙的介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程能否一直大于弧隙電壓的恢復(fù)過程。為了加強(qiáng)冷卻，抑制熱游離，加強(qiáng)去游離，在開關(guān)電器中裝設(shè)公用的滅弧安裝或運用特殊的滅弧

13、介質(zhì)，以提高開關(guān)的滅弧才干。 迅速拉長電弧，有利于迅速減小弧柱中的電位梯度，添加電弧與周圍介質(zhì)的接觸面積，加強(qiáng)冷卻和分散的作用。因此，現(xiàn)代高壓開關(guān)中都采取了迅速拉長電弧的措施滅弧，如采用強(qiáng)力分閘彈簧，其分閘速度已達(dá)16m/s以上。1、提高觸頭的分閘速度、提高觸頭的分閘速度 每一相有兩個或多個斷口相串聯(lián)。在熄弧時，多斷口把電 弧分割成多個相串聯(lián)的小電弧段。多斷口使電弧的總長度長，導(dǎo)致弧隙的電阻添加；在觸頭行程、分閘速度一樣的情況下，電弧被拉長的速度成倍添加，使弧隙電阻加速增大，提高了介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度，縮短了滅弧時間。 采用多斷口時，加在每一斷口上的電壓成倍減少，降低了弧隙的恢復(fù)電壓，亦有利于熄

14、滅電弧。在要求將電弧拉到同樣的長度時，采用多斷口構(gòu)呵斥倍減小了觸頭行程，也就減小了開關(guān)電器的尺寸。2、采用多斷口、采用多斷口 3、吹弧 用新穎而且低溫的介質(zhì)吹拂電弧時，可以將帶電質(zhì)點吹到弧隙以外，加強(qiáng)了分散，由于電弧被拉長變細(xì)，使弧隙的電導(dǎo)下降。吹弧還使電弧的溫度下降，熱游離減弱，復(fù)合加快。按吹弧氣流的產(chǎn)生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分為以下幾種。 1. 吹弧氣流產(chǎn)生的方法有： 1用油氣吹弧 用油氣作吹弧介質(zhì)的斷路器稱為油斷路器。在這種斷路器中，有用公用資料制成的滅弧室，其中充溢了絕緣油。當(dāng)斷路器觸頭分別產(chǎn)生電弧后，電弧的高溫使一部分絕緣油迅速分解為氫氣、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等氣體，其中

15、氫的滅弧才干是空氣的7.5倍。這些油氣體在滅弧室中積存能量，一旦翻開吹口，即構(gòu)成高壓氣流吹弧。2 2用緊縮空氣或六氟化硫氣體吹弧用緊縮空氣或六氟化硫氣體吹弧 將將2020個左右大氣壓的緊縮空氣或個左右大氣壓的緊縮空氣或5 5個大氣壓左右的六氟化個大氣壓左右的六氟化硫氣體硫氣體SF6SF6先儲存在專門的儲氣罐中，斷路器分閘時產(chǎn)生先儲存在專門的儲氣罐中，斷路器分閘時產(chǎn)生電弧，隨后翻開噴口，器具有一定壓力的氣體吹弧。電弧，隨后翻開噴口，器具有一定壓力的氣體吹弧。3 3產(chǎn)氣管吹弧產(chǎn)氣管吹弧 產(chǎn)氣管由纖維、塑料等有機(jī)固體資料制成，電弧熄滅時產(chǎn)氣管由纖維、塑料等有機(jī)固體資料制成，電弧熄滅時與管的內(nèi)壁嚴(yán)密接

16、觸，在高溫作用下，一部分管壁資料迅速與管的內(nèi)壁嚴(yán)密接觸，在高溫作用下，一部分管壁資料迅速分解為氫氣、二氧化碳等，這些氣體在管內(nèi)受熱膨脹，增高分解為氫氣、二氧化碳等，這些氣體在管內(nèi)受熱膨脹，增高壓力，向管的端部構(gòu)成吹弧。壓力，向管的端部構(gòu)成吹弧。 2. 按吹弧的方向分為：按吹弧的方向分為： 1縱吹縱吹 吹弧的介質(zhì)氣流或油流沿電弧方向的吹拂稱為縱吹，縱吹弧的介質(zhì)氣流或油流沿電弧方向的吹拂稱為縱吹，縱吹能加強(qiáng)弧柱中的帶電質(zhì)點向外分散，使新穎介質(zhì)更好地與熾吹能加強(qiáng)弧柱中的帶電質(zhì)點向外分散，使新穎介質(zhì)更好地與熾熱電弧接觸，加強(qiáng)電弧的冷卻，有利于迅速滅弧。熱電弧接觸，加強(qiáng)電弧的冷卻，有利于迅速滅弧。 2橫

17、吹橫吹 橫吹時氣流或油流的方向與觸頭運動方向是垂直的，或者說橫吹時氣流或油流的方向與觸頭運動方向是垂直的，或者說與電弧軸線方向垂直。橫吹不但能加強(qiáng)冷卻和加強(qiáng)分散，還能與電弧軸線方向垂直。橫吹不但能加強(qiáng)冷卻和加強(qiáng)分散，還能將電弧迅速吹彎吹長。有介質(zhì)滅弧柵的橫吹滅弧室，柵片能更將電弧迅速吹彎吹長。有介質(zhì)滅弧柵的橫吹滅弧室，柵片能更充分地冷卻和吸附電弧，加強(qiáng)去游離。在一樣的任務(wù)條件下，充分地冷卻和吸附電弧，加強(qiáng)去游離。在一樣的任務(wù)條件下，橫吹比縱吹效果要好。橫吹比縱吹效果要好。 3縱橫吹縱橫吹 橫吹滅弧室在開斷小電流時橫吹滅弧室在開斷小電流時因室內(nèi)壓力太小，開斷性能較因室內(nèi)壓力太小，開斷性能較差。為

18、了改善開斷小電流時的差。為了改善開斷小電流時的滅弧性能，可將縱吹和橫吹結(jié)滅弧性能，可將縱吹和橫吹結(jié)合起來。在大電流時主要靠橫合起來。在大電流時主要靠橫吹，小電流時主要靠縱吹，這吹，小電流時主要靠縱吹，這就是縱橫吹滅弧室。就是縱橫吹滅弧室。4、短弧原理滅弧、短弧原理滅弧 滅弧安裝是一個金屬柵滅弧罩，利用將電弧分為多個串聯(lián)的短弧的方法來滅弧。由于遭到電磁力的作用，電弧從金屬柵片的缺口處被引入金屬柵片內(nèi)，一束長弧就被多個金屬片分割成多個串聯(lián)的短弧。假設(shè)一切串聯(lián)短弧陰極區(qū)的起始介質(zhì)強(qiáng)度或陰極區(qū)的電壓降的總和永遠(yuǎn)大于觸頭間的外施電壓，電弧就不再重燃而熄滅。采用缺口鐵質(zhì)柵片，是為了減少電弧進(jìn)入柵片的阻力，縮短燃弧時間。 滅弧安裝的滅弧片是由石棉水泥或陶土制成的。觸頭間產(chǎn)生電弧后，在磁吹安裝產(chǎn)生的磁場作用下，將電弧吹入又滅弧片構(gòu)成的狹縫中，把電弧迅速拉長的同時，使電弧與滅弧片內(nèi)壁嚴(yán)密接觸，對電弧的外表進(jìn)展冷卻和吸附，產(chǎn)生劇烈的去游離。 石英砂熔斷器中的熔絲熔斷時，在石英砂的狹溝中產(chǎn)生電弧。由于遭到石英砂的冷卻和外表吸附作用，使電弧迅速熄滅。同時，熔絲氣化時產(chǎn)