第5講電弧的熄滅與滅弧裝置

1、第5講：電弧的熄滅與滅弧裝置電器原理電器原理本講課程主要內(nèi)容（1）直流電弧及其熄滅 direct-current electrical arc and its blanking（2）交流電弧及其熄滅 alternating-current electrical arc and its blanking（3）滅弧裝置 blowout device電器原理電器原理第四節(jié) 直流電弧及其熄滅 含電弧電路的電壓平衡方程 AudtdiLiRU直流電弧燃弧點(diǎn)及熄滅條件 AuiRUdtdiLA點(diǎn)不是穩(wěn)定燃弧點(diǎn)B點(diǎn)是穩(wěn)定燃弧點(diǎn) 熄滅電弧必須消除穩(wěn)定燃弧點(diǎn) 一、熄滅直流電弧的方法一、熄滅直流電弧的方法 (1)拉長(zhǎng)

2、電弧或?qū)ζ鋵?shí)行人工冷卻 (2)增大近極區(qū)電壓降 (3)增大弧柱電場(chǎng)強(qiáng)度 直流電弧熄滅條件：電弧電流等于零且弧隙不被過(guò)電壓重新?lián)舸?a)增大縱向觸頭間隙 b)法向拉長(zhǎng)電弧 c)借使弧斑上移拉長(zhǎng)電弧 d)截割電弧 二、分?jǐn)嘀绷麟娐窌r(shí)的過(guò)電壓二、分?jǐn)嘀绷麟娐窌r(shí)的過(guò)電壓 電弧熄滅的瞬間有i=0及uA=Ue eAudtdiLudtdiLU觸頭間隙上的過(guò)電壓 dtdiLUUUe燃弧時(shí)間 01IbdiULt決定過(guò)電壓的因素主要是滅弧強(qiáng)度 降低過(guò)電壓的措施 a)負(fù)載并聯(lián)電阻 b)并聯(lián)電阻與VD串聯(lián) c)雙斷口電路 第五節(jié) 交流電弧及其熄滅 交流電弧熄滅條件：介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程始終超過(guò)電壓恢復(fù)過(guò)程 一、弧隙介質(zhì)恢復(fù)過(guò)

3、程一、弧隙介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程 (一)近陰極區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程 電弧電流過(guò)零后弧隙兩端的電極立即改變極性新近陰極區(qū)的特點(diǎn)：1、電子迅速離開(kāi)，正離子少，難以產(chǎn)生場(chǎng)致發(fā)射；2、溫度降到熱電離溫度以下，難以產(chǎn)生熱發(fā)射。以上兩特點(diǎn)導(dǎo)致新的近陰極區(qū)不能提供持續(xù)的電子流。近陰極區(qū)的介質(zhì)強(qiáng)度(近陰極區(qū)壓降)：150250V a) 帶電粒子 b)電場(chǎng)強(qiáng)度E c)電壓U 定義：電弧電流過(guò)零后，電弧間隙內(nèi)絕緣介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過(guò)程(二)弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過(guò)程 零休時(shí)間：電弧電流自然過(guò)零前后的數(shù)十微秒內(nèi)的時(shí)間。由于熱慣性的影響，零休期間電弧電阻并非無(wú)窮大。熱擊穿 ：若弧隙取自電源的能量大于其散出的能量，電弧電阻將迅速減小，剩余電流

4、不斷增大，使電弧重新燃燒。電擊穿：當(dāng)弧隙兩端的電壓足夠高時(shí)，仍可能將弧隙內(nèi)的高溫氣體擊穿，重新燃弧。交流電弧的熄滅條件：在零休期間，弧隙的輸入能量恒小于輸出能量，因而無(wú)熱積累；在電流過(guò)零后，恢復(fù)電壓又不足以將已形成的弧隙介質(zhì)擊穿。 近陰極效應(yīng)：交流電弧電流自然過(guò)零后近陰極區(qū)存在一定介質(zhì)強(qiáng)度的現(xiàn)象短弧滅弧原理：綜合利用截割電弧和近陰極效應(yīng)滅弧的方法應(yīng)用場(chǎng)所：低壓交流開(kāi)關(guān)電器 二、弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程二、弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程 定義：電弧電流過(guò)零后，弧隙兩端電壓上升到電源電壓的過(guò)程 a)電阻性電路 b)電感性電路 c)電容性電路 t0-觸頭分?jǐn)鄷r(shí)刻三、交流電弧的熄滅三、交流電弧的熄滅 零休期間是最好的滅弧時(shí)

5、機(jī)：1、這時(shí)弧隙輸入功率近乎等于零，只要采取適當(dāng)措施加速電弧能量的散發(fā)以抑制熱電離，即可防止因熱擊穿引起電弧重燃；2、這時(shí)線路所儲(chǔ)能量很小，需借電弧散發(fā)的能量不大，不易因出現(xiàn)較高的過(guò)電壓而引起電擊穿。 分?jǐn)嘟涣麟娐窌r(shí)的各弧隙參數(shù)波形 第六節(jié) 滅弧裝置 一、滅火花電路一、滅火花電路 用于直流繼電器二、簡(jiǎn)單滅弧二、簡(jiǎn)單滅弧 在大氣中分開(kāi)觸頭拉長(zhǎng)電弧使之熄滅。它借機(jī)械力或電弧電流本身產(chǎn)生的電動(dòng)力拉長(zhǎng)電弧，并使之在運(yùn)動(dòng)中不斷與新鮮空氣接觸為其冷卻。 用于低壓電器中的刀開(kāi)關(guān)和直動(dòng)式交流接觸器 三、磁吹滅弧裝置三、磁吹滅弧裝置 用于需要較大的電動(dòng)力將電弧吹入滅弧室而建立強(qiáng)磁場(chǎng)的情況,吹弧效果在觸頭分?jǐn)啻箅?/p>

6、流時(shí)很明顯，分?jǐn)嘈‰娏鲿r(shí)不明顯。 四、弧罩與縱縫滅弧裝置四、弧罩與縱縫滅弧裝置 為限制弧區(qū)擴(kuò)展并加速冷卻以削弱熱電離，常采用陶土或耐弧塑料制造的滅弧室。有些滅弧室還設(shè)有狹窄的縱縫，使電弧進(jìn)入后在與縫壁的緊密接觸中被冷卻。 a)單縱縫 b)多縱縫 c)縱向曲縫 多用于低壓開(kāi)關(guān)電器，間或用于330kV的高壓開(kāi)關(guān)電器 五、柵片滅弧裝置五、柵片滅弧裝置 絕緣柵片：拉長(zhǎng)電弧并使之在與它緊密接觸的過(guò)程中迅速冷卻；金屬柵片：將電弧截割為多段短弧、利用增大近極區(qū)電壓降(特別是交流時(shí)的近陰極效應(yīng))以加強(qiáng)滅弧效果 用于高低壓直流和交流開(kāi)關(guān)電器，但以低壓交流開(kāi)關(guān)電器用得較多。a)絕緣柵片 b)金屬柵片 c)金屬柵片

7、的排列方式 六、固體產(chǎn)氣滅弧裝置六、固體產(chǎn)氣滅弧裝置 主要用于高低壓熔斷器 利用能產(chǎn)生氣體的固體絕緣材料兼作絕緣管和滅弧室 電弧在近陰極效應(yīng)和高壓氣態(tài)介質(zhì)共同作用下很快熄滅七、石英砂滅弧裝置七、石英砂滅弧裝置 主要用于高低壓熔斷器石英砂充填在絕緣管內(nèi)作為滅弧介質(zhì)滅弧能力強(qiáng)，截流作用顯著 八、油吹滅弧裝置八、油吹滅弧裝置 九、壓縮空氣滅弧裝置九、壓縮空氣滅弧裝置 十、六氟化硫十、六氟化硫(SF(SF6 6) )氣體滅弧裝置氣體滅弧裝置 SF6氣體具有強(qiáng)負(fù)電性，極為穩(wěn)定。 SF6氣體作為滅弧介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)：它在電弧高溫下生成的等離子體電離度很高，故弧隙能量小，冷卻特性好；介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)快，絕緣及滅弧性能

8、好，有利于縮小電器的體積和重量；基本上無(wú)腐蝕作用；無(wú)火災(zāi)及爆炸危險(xiǎn)；全封閉時(shí)易實(shí)現(xiàn)免維修運(yùn)行；可在較寬的溫度和壓力范圍內(nèi)使用；無(wú)噪聲及無(wú)線電干擾。SF6氣體的缺點(diǎn)：易液化，在不均勻電場(chǎng)中擊穿電壓明顯下降。用于高壓斷路器和全封閉式高壓組合及成套設(shè)備中 十一、真空滅弧裝置十一、真空滅弧裝置 此滅弧裝置以真空作為絕緣及滅弧手段。電子發(fā)生碰撞電離的概率極小。電弧靠電極蒸發(fā)的金屬蒸氣電離生成，金屬蒸氣既不多又易擴(kuò)散。 真空滅弧的優(yōu)點(diǎn)：觸頭開(kāi)距小(10kV級(jí)的僅需10mm左右)，故滅弧室小，所需操作力也小，動(dòng)作迅速；燃弧時(shí)間短到半個(gè)周期左右，且與電流大小無(wú)關(guān)；介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)快；防火防爆性能好；觸頭使用期限長(zhǎng)，尤適宜于操作頻率高的場(chǎng)合。真空滅弧的缺點(diǎn)：截流能力過(guò)強(qiáng)，滅弧時(shí)易產(chǎn)生甚高的過(guò)電壓。 目前，高低壓電器均發(fā)展了采用