工廠常用電器基礎知識

1、工廠常用電器與工廠供電一 課程的性質(zhì)和任務1.性質(zhì)： 風電專業(yè)的一門專業(yè)技術主干課程2. 常用高低壓電器：用途，工作原理，選型 組合電器：用途，工作原理，選型 一次系統(tǒng)：線路結構、會識圖、送配電步驟 二次系統(tǒng)：繼電保護、會識圖、送配電步驟3.考核要求: 過程考核30% 實驗考核10% 期末考核60%4.參考書目： 工廠供電 機械工業(yè)出版社 劉介才主編 供電技術 機械工業(yè)出版社 余健明主編5.學時分配：11.1 電器的基本概念按電器適用的電路電壓等級來分，可以分為高壓電器和低壓電器。高壓和低壓是一個相對的概念，按國家標準關于電網(wǎng)額定電壓等級的規(guī)定，把額定電壓在3 kV及以上的電壓稱為高壓，有3

2、kV、6 kV、10 kV、35 kV、63 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV、750 kV、1 000 kV 等各電壓等級；額定電壓交流1.2 kV 及以下，直流1.5 kV 及以下的電壓稱為低壓，有交流36 V、220 V、380 V、660 V、1 140 V 等電壓等級，直流36 V、48 V、110 V、220 V、440 V、800 V 等電壓等級。適用于高壓電路中的電器稱為高壓電器，應用于低壓電路中的電器就是低壓電器。電器的額定電壓，是指作用于電路的主控部件的額定電壓，而不是指操作電源的額定電壓。高壓電器與低壓電器雖然在功能上有一些相似之處，但是二者在

3、結構特征上有較大的差異。上一頁下一頁返回21.1 電器的基本概念按電器適用的電源性質(zhì)分，可分為交流電器與直流電器。應用于交流電路的電器是交流電器，應用于直流電路的電器則是直流電器。對于電磁系列和電動系列的電器，同樣依據(jù)該電器所作用的電路性質(zhì)來確定，而不能以輸入該電器的操作電源的性質(zhì)來確定其是交流電器還是直流電器。按電器在電路中所處的地位和作用分，可以分為配電電器和控制電器，用來分配和傳輸電能的電器是配電電器，如斷路器、隔離開關、負荷開關、熔斷器等，控制電器是對電路和電能的質(zhì)量進行控制、測量及保護作用的電器，如接觸器、啟動器、控制繼電器、控制器、主令器及互感器等。上一頁下一頁返回31.1 電器的

4、基本概念按工作條件或使用環(huán)境可分為普通電器和特種電器，所謂特種電器是適應特殊環(huán)境，在結構上有特殊要求的電器，如：船用電器，要求有一定耐潮濕、耐腐蝕和抗沖擊、抗震性能，主要用于船舶和艦艇。礦用電器，應具有防爆、密封、耐潮濕、抗沖擊的性能?；る娖?，具有耐腐蝕、耐潮濕和防爆性能。熱帶型電器，具有抗高溫、抗鹽霧、耐潮濕、耐腐蝕性能。高原型電器，具有抗低氣壓、抗鹽堿、防風沙、結構穩(wěn)定、耐寒等特性。上一頁下一頁返回41.1 電器的基本概念按其工作方式可分為自動電器、手動電器兩類。自動電器是依據(jù)外來信號和自身參數(shù)的變化，通過電磁機構或壓縮空氣來完成接通、分斷、啟動等動作，如接觸器、繼電器等；而手動電器則是

5、由手力操縱手柄帶動執(zhí)行機構完成上述動作的，如刀開關、主令器、凸輪控制器等。按有無觸點可分為有觸點電器和無觸點電器。有觸點電器是通過觸點的開閉完成對電路的接通與分斷，或達到切換電路的目的，它最顯著的特點是能完全切斷電流，隔離電源，有良好的分斷能力，但由于電弧和機械磨損會影響其使用壽命。無觸點電器是通過改變電路的參數(shù)達到上述目的，這種電器的特點是無觸點系統(tǒng)，不會產(chǎn)生電弧，沒有機械噪聲，但是壓降大，溫升高，一般不能完全隔離電源。上一頁下一頁返回51.1 電器的基本概念1.1.2 對電器的基本要求電器種類繁多，結構千差萬別，但不論其差異如何，對電器的基本要求都是相同的，這也是設計和使用電器的基本原則。

6、應該根據(jù)本地區(qū)的供、配電條件，用電容量、負荷性質(zhì)和類別，做到合理選型，從而保障供電可靠，技術先進，經(jīng)濟合理。（1）安全性。所有的電器不但能正常地滿足負荷電流做功的需要，還能承受住故障時短路電流的熱效應、電磁效應產(chǎn)生的破壞力，滿足熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性的要求。這就要求電器的額定電壓、額定電流、額定頻率都應與電網(wǎng)相符合，以滿足電器在正常狀態(tài)下的穩(wěn)定工作要求。而且當電力系統(tǒng)發(fā)生故障，如短路、過載、過壓等非正常狀態(tài)時，要求電器從生故障到保護裝置將故障線路切除這一段時間內(nèi)，不會損壞。上一頁下一頁返回61.1 電器的基本概念電器的熱穩(wěn)定性是指電器在運行過程中，會有各種損耗而發(fā)熱，如果發(fā)熱超過電器的極限允許溫度

7、，則電器的性能就會受到極大的影響，甚至損毀電器。在正常情況下，電器一方面由于有電流通過而發(fā)熱產(chǎn)生熱量積累，另一方面電器又通過傳導、對流和輻射向周圍散熱，當二者達到平衡時，電器的溫度達到穩(wěn)定值。但是在短路時，由于電流劇增而電器又來不及與周圍介質(zhì)發(fā)生熱交換，電器在這種狀態(tài)時，溫度快速上升。在故障未排除前，電器必須能承受短路電流所產(chǎn)生的熱效應。電器在規(guī)定使用條件下，短時間內(nèi)通過最大電流而不損壞的性能，稱為電器的熱穩(wěn)定性。上一頁下一頁返回71.1 電器的基本概念熱穩(wěn)定電流 是指電器在規(guī)定的使用條件和時限范圍t 內(nèi)，在閉合位置上保證不超過極限允許溫度的最大電流。t 分別取2 s、4 s、10 s，稱為2

8、 s、4 s、10 s 熱穩(wěn)定電流。電器的熱穩(wěn)定電流是否滿足實際需要，必須進行熱穩(wěn)定性校驗。其條件為式中 短路電流的最大值，一般按三相短路電流計算； 短路開始至自動切除為止的時間； t s熱穩(wěn)定電流。上一頁下一頁返回81.1 電器的基本概念電器在通過電流時，在其周圍空間會產(chǎn)生磁場，磁場反過來又對電流產(chǎn)生作用力，人們把這種安培力稱為電動力。電動力對電器有很強的破壞力。如載流線圈受到向外的張力，會使線圈散包，如圖1-1所示；也會使載流平行導體變形或使電氣連接處松脫，如圖1-2所示。當平行導體通以同方向電流時相互吸引，通以反方向電流時相互排斥。電器的動穩(wěn)定性是指導體和電器承受短路電流電動力作用的能力

9、，一般稱為動穩(wěn)定。電器的動穩(wěn)定是否滿足實際要求，也要進行校驗，其條件是上一頁下一頁返回91.1 電器的基本概念式中 三相短路沖擊電流的幅值及有效值； 電器允許通過動穩(wěn)定電流的峰值和有效值。（2）可靠性。所有的電器不但在正常狀態(tài)下能可靠地工作，還在線路和設備發(fā)生故障時，能夠利用電器具備的功能迅速地對故障線路或設備有效地切除、隔離，迅速恢復非故障區(qū)的供電，而且要求誤動作少。（3）適應性。電器的結構要適應工作環(huán)境和控制的要求特殊環(huán)境要使用特種電器，普通環(huán)境也要考慮其結構與工作條件的關系，如，是室內(nèi)還是室外、是自動還是手動等上一頁下一頁返回101.1 電器的基本概念1.1.3電器的學習方法學習本篇，要

10、求掌握工廠常用電器的工作原理，主要產(chǎn)品的結構、用途、電路符號和運行特點?？梢圆捎妙惐鹊姆椒▽W習，高壓電器和低壓電器在功能上有許多相似之處，也有相對應功能的產(chǎn)品，本教材采用按適用電壓等級分類方法安排章節(jié)，這樣把復雜問題簡單化，有利于類比學習。上一頁返回111.2 電磁式電器的電磁機構電磁式電器在電氣控制系統(tǒng)中使用量是最大的，類型也最多.各類電磁式電器的工作原理基本相同，其結構也大同小異，就結構而言，主要由檢測部分（電磁機構）和執(zhí)行部分（觸點系統(tǒng)）及滅弧系統(tǒng)和緩沖機構等幾部分組成。下一頁返回121.2 電磁式電器的電磁機構1.2.1電磁機構的組成和分類電磁機構是電磁式電器的主要部件之一，它的作用是

11、將電磁能轉化為機械能，帶動執(zhí)行機構動作。1.電磁機構的組成電磁機構由鐵芯（包括銜鐵）、線圈、返回系統(tǒng)三部分組成（1）鐵芯的作用是構成磁路，并通過銜鐵的運動帶動觸點動作。鐵芯有U形、E形、筒形等基本形式，銜鐵有條形、U形、 E形、圓柱形等基本形式。銜鐵的運動有轉動式和直動式。上一頁下一頁返回131.2 電磁式電器的電磁機構（2）線圈是電磁式電器的勵磁系統(tǒng)，其作用是將電能轉化為磁能，產(chǎn)生磁場，銜鐵在電磁力的作用下發(fā)生機械位移與之吸合。通以直流電的線圈稱為直流線圈，通以交流電的線圈稱為交流線圈。對于直流線圈，其鐵芯通常由軟鋼或工程純鐵制成，鐵芯不發(fā)熱，只有線圈發(fā)熱，因此直流線圈做成高而薄的瘦高型，而

12、且不設骨架，線圈直接與鐵芯接觸，有利于散熱。對于交流線圈，由于其鐵芯中有磁滯和渦流損耗，所以鐵芯和線圈都發(fā)熱，交流線圈一般都設有骨架，使鐵芯與線圈隔離，并將線圈設計成短而厚的矮胖型，而且鐵芯通常由電工鋼片疊壓而成，在端口處還加有分磁環(huán)，也叫短路環(huán)，以減小渦流損耗和電磁振動。上一頁下一頁返回141.2 電磁式電器的電磁機構1.2.1電磁機構的組成和分類（3）返回系統(tǒng)的作用是使被吸合的銜鐵在線圈斷電后能夠復原的重要裝置。電磁式電器的返回系統(tǒng)通常利用彈簧的彈力或銜鐵自身的重力作用，既簡單又靈敏。2.電磁機構的分類（1）按銜鐵的運動方式可分為拍合式和直動式，常用的結構形式有以下幾種，如圖1-3所示。銜

13、鐵沿棱角轉動的拍合式鐵芯，如圖1-3（a）所示，這種結構的磁路氣隙可以有13個，返回系統(tǒng)多用彈簧返回，該結構廣泛應用于直流電器中。銜鐵沿軸轉動的拍合式鐵芯，如圖1-3（b）所示，其鐵芯的形狀有E形和U形兩種，磁路氣隙13個，返回系統(tǒng)可以用彈簧也可以用自身重力返回，該結構多用于觸點容量較大的交流電器中。上一頁下一頁返回151.2 電磁式電器的電磁機構（2）按線圈與電路的連接方式可分為電流型電磁機構和電壓型電磁機構。電流型電磁機構的線圈串聯(lián)接入電路中，如圖1-4（a）所示，流過線圈的電流較大，為了減小其對電路的分壓作用，線圈所用的導線粗，匝數(shù)少，線圈的阻抗小，該線圈被稱為 電流線圈。電壓型電磁機構

14、的線圈并聯(lián)接入電路中，如圖1-4（b）所示，為了減小線圈對電路的分流作用，降低對電路的影響，線圈的阻抗要求較大，所以線圈的線徑細，匝數(shù)多，該線 圈被稱為電壓線圈。上一頁下一頁返回161.2 電磁式電器的電磁機構1.2.2電磁機構的吸力特性與反力特性電磁式電器的基本工作原理如圖1-5所示，當線圈中通以電流時，線圈中產(chǎn)生的磁場作用于銜鐵，銜鐵受到力的作用而產(chǎn)生機械位移，帶動觸點動作。當線圈斷電后，銜鐵失去電磁吸引力，由復位彈簧將其拉回原位，從而帶動觸點復位。因此作用于銜鐵的力有兩個，即電磁吸力與反力，電磁吸力由電磁機構產(chǎn)生，而反力由復位彈簧和觸點彈簧產(chǎn)生。電磁吸力可以由式（1-3）表示，即上一頁下

15、一頁返回171.2 電磁式電器的電磁機構式中F電磁吸力，N；B氣隙的磁感應強度，T；S磁極橫截面積，m2。當線圈中通以直流電時，F(xiàn)為一恒定值。當線圈中通以正弦交流電時，其氣隙的磁感應強度也按正弦規(guī)律變化，即代入式（1-3）得電磁吸力的瞬時值上一頁下一頁返回181.2 電磁式電器的電磁機構由式（1-5）知，電磁吸力的最大值為電磁吸力的最小值為上一頁下一頁返回191.2 電磁式電器的電磁機構吸力特性是指電磁吸力F隨銜鐵與鐵芯間氣隙變化的關系曲線。氣隙越大，吸力越小，F(xiàn)與成反比例關系。不同的電磁機構，有不同的吸力特性，實驗表明，螺管式的吸力F隨變化較小，拍合式的吸力F隨變化最大。圖1-6所示為電磁機

16、構的吸力與反力最典型的特性曲線。對于直流線圈，其勵磁電流的大小與氣隙無關，銜鐵運動過程中是恒磁勢工作，所以吸力特性曲線比較陡峭（如圖1-6中的1所示）。而交流線圈的勵磁電流與氣隙成正比，銜鐵在運動過程中為恒磁通工作，但考慮到漏磁和線圈電阻的影響，其吸力平均值隨氣隙的增大而略有減小，所以吸力特性曲線比較平坦，如圖1-6中的2所示。上一頁下一頁返回201.2 電磁式電器的電磁機構其反力特性是指反力Fr隨氣隙變化的關系曲線，如圖1-6中的3所示，由電磁機構的吸力與反力特性曲線可知，電磁機構要正常工作，其吸力特性與反力特性必須配合得當；否則，電磁機構就會動作混亂。在銜鐵吸合的全過程中，其吸力特性曲線必

17、須在反力特性曲線上方，即吸力大于反力，如圖1-7（a）所示。而在銜鐵釋放的全過程中，其反力特性曲線必須在吸力特性曲線的上方，亦反力大于吸力，如圖1-7（b）所示。在吸合的過程中同時還必須注意吸力特性曲線位于反力特性曲線上方不能太高，一方面會無謂浪費能量，另一方面會由于銜鐵對鐵芯的碰撞而產(chǎn)生振動甚至影響到電器的機械壽命，合理配合的基本原則是：在滿足吸力特性曲線在反力特性曲線上方的原則下，應使二者盡量靠近，甚至允許有少量交叉。上一頁下一頁返回211.2 電磁式電器的電磁機構1.2.3交流電磁機構上短路環(huán)的作用由式（1-5）可知，交流電磁機構的電磁吸力是一個周期性變力，其頻率是電源頻率的2倍，其變化

18、關系如圖1-8所示。 當電磁吸力的瞬時值大于反力時，銜鐵吸合，反之銜鐵釋放。電源電壓變化一個周期，銜鐵吸合兩次，釋放兩次，若勵磁電源為工頻，則銜鐵每秒將有100次振動，同時也會產(chǎn)生噪聲，為此必須采取有效的措施，消除振動與噪聲。上一頁下一頁返回221.2 電磁式電器的電磁機構具體的辦法就是在鐵芯端面的2/3處開個小槽，在槽內(nèi)安裝一個銅質(zhì)的短路環(huán)，又稱分磁環(huán)，如圖1-9（a）所示，加了分磁環(huán)后，鐵芯的磁場被分成兩部分，即環(huán)外部分B1和環(huán)內(nèi)部分B2，由于磁場的變化，在銅環(huán)內(nèi)就產(chǎn)生感應電流，該變化的電流產(chǎn)生的磁場阻礙了B2的變化，如果設計合理，可以使B2的相位滯后B1約90，而電磁吸力與B的平方成正比

19、，所以使得電磁吸力的合力始終大于反力，使銜鐵牢牢被鐵芯吸合，這樣就消除了振動與噪聲。其形成的合力如圖1-9（b）所示。上一頁返回231.3 電器的觸點系統(tǒng)1.3.1觸點的概念和觸點材料觸點是電器的執(zhí)行機構，它在銜鐵的帶動下起接通和分斷電路的作用，觸點總是成對出現(xiàn)，其中固定不動的稱為靜觸點，隨銜鐵運動的稱為動觸點。根據(jù)它在電路中所起的作用，要求觸點具有良好的導電和導熱性能，同時還要有良好的接觸性能。觸點通常用銅、銀、鎳及其合金材料制成，有時也在銅觸點的表面電鍍銀、錫或者鎳。銅容易氧化在觸點的表面生成氧化銅，它將增大觸點的接觸電阻，使觸點的損耗加大，電器的溫度上升。下一頁返回241.3電器的觸點系

20、統(tǒng)上一頁下一頁返回所以有些特殊用途的電器或者電流容量較小的電器的觸點常采用銀質(zhì)材料，這不僅因為銀質(zhì)觸點的導電、導熱性能優(yōu)于銅質(zhì)觸點，而且銀質(zhì)觸點的氧化物的電阻率很低，與純銀的電阻率幾乎相同，銀的氧化要在較高的溫度下才可進行，而且形成的氧化膜極易粉末化，隨觸點的運動很容易 自潔，這樣可以有效地避免因觸點表面氧化而引起的接觸不良。對于大容量和中等容量的電器，在結構設計上，觸點常采用滾動設計，可將氧化膜去掉，一般常采用銅質(zhì)材料，這樣既 經(jīng)濟又能滿足電器的導電和容量要求。251.3電器的觸點系統(tǒng)上一頁下一頁返回1.3.2觸點的接觸電阻觸點的電阻不僅取決于構成觸點的導體電阻，更重要的是取決于觸點之間的接

21、觸電阻。觸點間的接觸電阻包括“表面膜電阻”和“收縮電阻”。“表面膜電阻”是觸點接觸表面在介質(zhì)中形成的氧化物、硫化物、有機聚合物、纖塵及油水等所形成的電阻，“表面膜電阻”可能比導體本身的電阻大幾十甚至幾千倍，導電性能極差，且受環(huán)境的影響大?！笆湛s電阻”是由于觸點的接觸面并不絕對光滑，在接觸時，其實際接觸面積總是小于觸點的可接觸面積，這樣有效導電截面積減小，當電流流過觸點時，會形成電流收縮現(xiàn)象，從而使電阻增大，導電性能變差，由于這種原因增加的電阻稱為“收縮電阻”。261.3電器的觸點系統(tǒng)上一頁下一頁返回如果觸點的接觸電阻變大，當電流流過觸點時，壓降增大，電阻損耗加大，溫度升高，這樣會導致“表面膜電

22、阻”進一步增大，形成惡性循環(huán)，使相鄰的絕緣材料老化，嚴重時會使觸點熔焊，造成電力設備和電力系統(tǒng)發(fā)生事故。所以減小接觸電阻并使之保持穩(wěn)定是電器對觸點的必然要求，接觸電阻的大小與接觸面的大小、壓力、溫度、材料、化學性質(zhì)、接觸面的粗糙程度等都有密切關系，通?？梢圆捎靡韵麓胧p小接觸電阻：（1）觸點閉合時保持一定的壓力。（2）設計觸點時應使其具有自清潔功能。（3）合理選擇觸點材料的硬度及電化學性能。（4）觸點表面鍍覆蓋層。271.3電器的觸點系統(tǒng)上一頁下一頁返回1.3.3觸點的分類按開閉電流的大小，可分為弱電流觸點、中電流觸點、強電流觸點。開閉電流在10 A以下的觸點稱為弱電流觸點，10 A以上100

23、 A以下的觸點稱為中電流觸點，100 A及以上的觸點稱為強電流觸點。中、強電流觸點又被稱為觸頭。弱電流觸點也被稱為接點。按工作狀態(tài)，觸點可分為動合（常開）觸點和動斷（常閉）觸點，任何觸點都有兩個狀態(tài)，即開和閉，而觸點的開和閉是由操動機構來實現(xiàn)的，相應的操動機構也有兩個狀態(tài)，即分閘和合閘，人們把操動機構的分閘狀態(tài)稱為自然狀態(tài)，合閘狀態(tài)稱為操作狀態(tài)。一般情況下，操動機構的分、合狀態(tài)與觸點的開、閉狀態(tài)是對應的，但是有時也有相悖的情況出現(xiàn)。281.3電器的觸點系統(tǒng)上一頁下一頁返回在自然狀態(tài)時開斷，在操作狀態(tài)時閉合的觸點稱為動合觸點；而在自然狀態(tài)時閉合，在操作狀態(tài)時斷開的觸點稱為動斷觸點。在電路圖中都應

24、按照其自然狀態(tài)下的實際情形畫出，其圖形符號如圖1-10所示。按照觸點所處在電路中的位置，可分為主觸點和輔助觸點，處在主電路中的觸點稱為主觸點，一般容量較大，有滅弧裝置，在一具電器中，其數(shù)目一般較少；處在輔助電路中的觸點稱為輔助觸點，一般容量較小，沒有滅弧裝置，在電路中起控制、保護、測量主電路的作用，在一具電器中，其數(shù)目較多，要求靈敏度高。291.3電器的觸點系統(tǒng)上一頁下一頁返回1.3.4觸點的接觸形式和典型結構形式觸點的接觸形式有很多，常見的有三種，即點接觸、線接觸和面接觸。圖1-11（a）所示為點接觸，它是由兩個半球形的觸點或一個半球與一個平面觸點構成，可以提高接觸壓力，減小接觸電阻，多用于

25、小電流電路中；圖1-11（b）所示為線接觸，觸點的通斷一般是通過滾動或者滑動來實現(xiàn)的，以利于清除觸點表面的氧化膜，這種觸點多用于通斷次數(shù)多、電流較大的場合，多用于中等容量的電器中；圖1-11（c）所示為面接觸，這種觸點一般在接觸表面鑲有合金，以減小其接觸電阻，增強抗熔焊性能和抗磨損的性能，允許通過較大電流。301.3電器的觸點系統(tǒng)上一頁下一頁返回觸點的結構形式常見的有橋式觸點、指形觸點、瓣形觸點和盤形觸點等形式，如圖1-12所示。圖1-12（a）所示為橋式觸點，動觸點為直動式，兩個觸點串聯(lián)在電路中，構成一個橋路，電路的接通與斷開由兩個觸點共同完成，該結構靈敏度高，適于快速操作；圖1-12（b）

26、所示為指形觸點，動觸點為轉動式，最大的優(yōu)點是具有自清潔功能，接觸點的壓力大，電動穩(wěn)定性好；圖1-12（c）所示為盤形觸點，動觸點是直動式，電動穩(wěn)定性好，該類觸點在高壓斷路器中有廣泛的應用。311.3電器的觸點系統(tǒng)上一頁返回1.3.5觸點的磨損觸點的磨損包括機械磨損和電氣磨損兩方面，其中電氣磨損是引起觸點損壞的主要原因，電氣磨損是由于在通斷過程中觸點間放電作用，使觸點材料及相鄰的絕緣材料的力學性質(zhì)和化學性質(zhì)發(fā)生變化而引起的，電氣磨損的程度取決于放電時間內(nèi)流過觸點間隙的電荷量的多少及觸點材料的性質(zhì)；機械磨損是由于機械作用使觸點材料發(fā)生磨損和消耗，機械磨損的程度取決于材料的性質(zhì)、接觸的壓力和觸點的接

27、觸方式等因素。合理選材是減小觸點磨損的關鍵所在。電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，也就是氣體導電，此時物質(zhì)呈現(xiàn)出等離子態(tài)。321.4電器的滅弧系統(tǒng)上一頁下一頁返回1.4.1電弧的產(chǎn)生在開關斷開的過程中，由于動觸點的運動，使觸點間的接觸面積減小，電流密度增大，接觸電阻增大，發(fā)熱量增大，觸點的溫度急劇升高，為電子的發(fā)射創(chuàng)造了條件；同時由于觸點剛分離時觸點間間隙極小，觸點間電壓很低，但電場強度卻很大，那么在觸點的陰極表面就會向外發(fā)射電子，這種現(xiàn)象稱為強電場發(fā)射或者稱為熱電子發(fā)射。331.4電器的滅弧系統(tǒng)上一頁下一頁返回在強電場和熱發(fā)射共同作用下，觸點間隙出現(xiàn)了自由電子，自由電子在電場力的作用下，加速向陽極運動

28、。如果電場足夠強，發(fā)射的電子具有足夠的初動能，那么自由電子在運動過程中，撞擊介質(zhì)中的中性原子或小分子團，將其中的電子撞擊出中性原子或小分子團，使之電離成正離子，這種現(xiàn)象稱為碰撞游離。有的要經(jīng)過二次撞擊才能游離。由于碰撞游離的連鎖反應，觸點間充滿了正離子和電子，觸點間的電阻明顯減小，間隙成了電流的通道，絕緣的觸點間隙被擊穿，形成了電弧。當然在觸點間隙也同時存在正離子和自由電子的中和現(xiàn)象，即帶電粒子的消失，這種現(xiàn)象叫去游離。去游離作用越大，則觸點間的電阻就越大，形成的電弧就越弱，甚至于熄滅。341.4電器的滅弧系統(tǒng)上一頁下一頁返回電弧形成后，弧隙溫度極高，處在高溫下的中性介質(zhì)會產(chǎn)生強烈的熱運動，由

29、于運動加劇，碰撞也不斷增強，又有可能發(fā)生游離現(xiàn)象，這種因熱運動引起的游離稱為熱游離。熱游離也產(chǎn)生大量的自由電子和正離子，在電弧形成后，熱游離是維持電弧穩(wěn)定燃燒和電弧發(fā)展方向的關鍵，因為此時電壓不需要很高，弧柱的電場強度也很低。同時還有其他的游離存在，如正離子在電場力的作用下，向陰極高速運動，撞擊陰極使其表面產(chǎn)生二次電子發(fā)射；由于這種撞擊作用，陰極溫度升高，形成1 500的陰極斑，產(chǎn)生更多的熱電子發(fā)射；形成電弧后，電弧輻射出頻率很高的不可見光，當這些光照射到觸點金屬表面時，會產(chǎn)生光電效應，電子從電極表面逸出；這些光線照射到介質(zhì)上時，也可以使介質(zhì)分子釋放出電子而電離，這種游離稱為光游離。351.4

30、電器的滅弧系統(tǒng)上一頁下一頁返回上述游離過程是使空間電荷增加的過程，去游離是使空間電荷減少的過程，如果游離大于去游離，則帶電粒子不斷增加，電弧就會產(chǎn)生和發(fā)展；若去游離大于游離，則帶電粒子不斷減少，最后觸點間隙恢復成絕緣介質(zhì)，電弧熄滅。361.4電器的滅弧系統(tǒng)上一頁下一頁返回1.4.2電弧的分類和危害電弧按照電弧電流的性質(zhì)，可分為直流電弧和交流電弧，直流電弧的電流大小和方向是不變的，相對比較穩(wěn)定；交流電弧的電流是交變的，由于有電流過零狀態(tài)，所以選擇恰當時機比較容易熄滅。按照電弧的長度，可分為長弧和短弧，長度為厘米級以上的電弧稱為長弧，長弧需要較高的電壓才能維持。長度為毫米級以下的電弧稱為短弧，短弧

31、只需要較低的電壓就能維持。電弧在焊接、加熱、航空、航天等諸多方面都有廣泛的應用，但在電器中出現(xiàn)就是個有害現(xiàn)象。371.4電器的滅弧系統(tǒng)上一頁下一頁返回電弧是一種明亮的氣體放電，弧柱溫度可達4 500以上，這樣的高溫足以使任何金屬觸點在瞬間熔化蒸發(fā)，燒毀觸點及附近的其他部件；如果電弧長久不能熄滅，電流通過電弧繼續(xù)流通，必然破壞開關設備，引起電氣設備的損壞，如果長時間不能切除故障部分，還將危及整個系統(tǒng)的安全供電，造成生命財產(chǎn)的重大損失。381.4電器的滅弧系統(tǒng)上一頁下一頁返回1.4.3滅弧方法雖然電器滅弧方法多種多樣，但基本原則相同，就是采取恰當措施減小游離作用，增大去游離作用。其主要方法有以下幾

32、種：（1）利用短弧原理，將長弧分割為若干短弧，降低電弧極間電壓。將長弧分割成若干串聯(lián)的短弧，由于所有短弧電阻之和比同長度的長弧電阻大得多，以達到熄滅電弧的目的。尤其是交流電弧在過零換向時，由于電子的質(zhì)量遠小于正離子的質(zhì)量，電子能瞬間換向，而正離子卻不能瞬間換向，在極短的時間內(nèi)，氣隙間將出現(xiàn)150250 V的介質(zhì)絕緣強度，各短弧弧隙同時出現(xiàn)的這一介質(zhì)絕緣強度更有利于電弧的熄滅。常采用的方法是柵片滅弧，如圖1-13所示。391.4電器的滅弧系統(tǒng)上一頁下一頁返回（2）拉長電弧，增大極間距離。因為弧柱電壓降與電弧長度成正比，電弧長度越大，電弧壓降也越大，當電弧長度增加到一定程度時，電弧壓降大于極間電壓

33、，電弧熄滅。常采用的方法有速斷滅弧、多斷口串聯(lián)滅弧，如圖1-14所示，圖1-14（a）所示為速斷滅弧，采用彈簧分閘裝置，使觸點迅速達到最大開距，以達到滅弧的目的；圖1-14（b）所示為雙斷口串聯(lián)滅弧，采用雙斷口串聯(lián)后，把電弧分割成兩個弧段，在相等的觸點行程下，雙斷口比單斷口的電弧拉長了，從而增大了弧隙電阻，加快了電弧熄滅，這種方法應用比較廣泛，不僅適用于低壓電器，同樣也適用于高壓電器，圖中就是高壓斷路器的滅弧措施之一；圖1-14（c）所示為多斷口串聯(lián)滅弧示意圖，可以把同步運動的多斷口橋式觸點串聯(lián)起來使用，這種滅弧方法多用于低壓電器中。401.4電器的滅弧系統(tǒng)上一頁下一頁返回（3）吹弧，降低弧隙溫度。溫度對電弧的影響很大，降低弧隙溫度就能加速去游離作用，而且介質(zhì)的絕緣強度隨溫度的降低而增加。在滅弧裝置中廣泛采用吹動電弧的方法，降低弧隙溫度，冷卻電弧，熄滅電弧。常用的方法有磁吹滅弧和產(chǎn)氣滅弧兩種。磁吹滅弧的工作原理是：在觸點電路中串入吹弧線圈，該線圈產(chǎn)生的磁場由導磁夾板引向觸點周圍，