開關(guān)電器典型滅弧裝置

第四講開關(guān)電器典型滅弧裝置的

工作原理教學(xué)目的與要求：

掌握在當(dāng)今開關(guān)電器中所使用的滅弧裝置的滅弧原理，熟悉提高滅弧裝置開斷能力的輔助方法。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：金屬柵片滅弧裝置、真空滅弧裝置、SF6滅弧裝置、石英砂滅弧裝置2

3

教學(xué)基本內(nèi)容1．開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作2．提高滅弧裝置開斷能力的的滅弧輔助方法：并聯(lián)低值電阻、附加同步裝置、附加晶閘管裝置。通過本章的學(xué)習(xí)，掌握當(dāng)今開關(guān)電器中所使用的滅弧裝置的滅弧原理，熟悉提高滅弧裝置開斷能力的輔助方法，便于在以后的工程實(shí)踐中靈活運(yùn)用。4

概述

§4-1滅弧裝置

§4-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理§4-3提高滅弧裝置開斷能力的輔助方法小結(jié)基

本

內(nèi)

容

5

當(dāng)電源電壓超過數(shù)十伏、開斷電流在數(shù)十安以上時，為減少電弧對觸頭的燒損和限制電弧擴(kuò)展的空間，通常需要采取加強(qiáng)滅弧能力的措施，為此而采用的裝置稱為滅弧裝置。這些滅弧裝置的滅弧原理主要有下列十幾種：

1．簡單開斷；2．磁吹滅弧裝置；

3．縱縫滅弧裝置；4．絕緣柵片滅弧裝置；

5．金屬柵片滅弧裝置；6．固體產(chǎn)氣滅弧裝置，概述6

7．石英砂滅弧裝置；8．變壓器油滅弧裝置；

9．壓縮空氣滅弧裝置；10．SF6滅弧裝置；

11．真空滅弧裝置。此外，為了增加滅弧裝置的開斷能力，通?？梢圆捎孟铝休o助方法：

1．在弧隙兩瑞并聯(lián)電阻；

2.附加同步開斷裝置；

3．附加晶閘管裝置。概述7

上述滅弧裝置的滅弧原理是：

(1)在大氣中依靠觸頭分開時的機(jī)械拉長，使L增大；

(2)利用流過導(dǎo)電回路或特制線圈的電流在燃弧區(qū)產(chǎn)生磁場，使電弧迅速移動和拉長；（3）依靠磁場的作用，將電弧驅(qū)入用耐弧材料制成的狹縫中，以加強(qiáng)電弧的冷卻和消電離；

(4)用金屬板將電弧分隔成許多串聯(lián)的短??；概述8

(5)在封閉的滅弧室中，利用電弧自身能量分解固體材料，產(chǎn)生氣體，以提高滅弧室中的壓力，或者利用產(chǎn)生的氣體進(jìn)行吹??；

(6)利用電弧自身能量，使變壓器油分解成含有大量氫氣的氣體并建立起很高的壓力，再利用此壓力推動冷油和氣體去吹??；概述9

(7)利用壓縮空氣吹??；

(8)利用SF6氣體吹??；

(9)在高真空中開斷觸頭，利用弧隙中由電極金屬蒸汽形成的弧柱在電流過零時迅速擴(kuò)散的原理進(jìn)行滅弧；

(10)利用石英砂等固體顆粒介質(zhì)，限制電弧直徑的擴(kuò)展和加強(qiáng)冷卻。概述4.1滅弧裝置一.滅火花電路圖2－19用于繼電器本質(zhì)：放電回路圖2-19中L、C、R的選擇請參看P50.二.簡單滅弧拉長電?。夯涸龃?，特性上移空氣冷卻：介質(zhì)恢復(fù)

11

例一：刀開關(guān)拉長電弧。

12

例二：利用流過導(dǎo)電回路的特制線圈的電流在燃弧期間產(chǎn)生磁場，使電弧迅速移動和拉長。圖b）還增加了引弧角。4.1滅弧裝置三.磁吹滅弧裝置圖2－20電流：6——>8——>1；鐵心和夾板：減小磁路增大磁通；考慮結(jié)構(gòu)、磁通與滅弧等的優(yōu)化14

磁吹線圈：可用于低壓直流和交流接觸器中。對后者，為減少渦流損耗和避免由于鋼夾板中磁通與電弧電流相位不同而產(chǎn)生反向電動力，鐵心2上可開一槽或者用硅鋼片疊成。4.1滅弧裝置四.弧罩與縱縫滅弧裝置圖2－21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?？v縫：滅弧室縫隙方向與電弧軸線平行目的：冷卻電弧以滅弧多縫：比單縫的阻力??；縱向曲縫：顯著增大接觸面積，提高弧柱的冷卻和消電離作用電弧受到的阻力較大（需要較大的外加磁場）16

圖5-5a表示一單縱縫滅弧裝置的原理結(jié)構(gòu)。圖中，1為用耐弧絕緣材料制成的滅弧室壁，2為磁吹線圈的鋼夾板，3為電弧。通常上部縫寬小于熄滅電弧的直徑。4.1滅弧裝置五.柵片滅弧裝置絕緣柵片利用電弧段之間的電磁力使電弧與柵片緊密接觸來增強(qiáng)熄弧能力金屬柵片切割成短弧利用近極區(qū)效應(yīng)增強(qiáng)熄弧能力18

絕緣柵片滅弧裝置

其中，滅弧室l中裝有用耐弧絕緣材料制成的幾片絕緣柵片2，柵片的邊緣和電弧3的軸線垂直。當(dāng)開斷電流時，在觸頭4和5之間產(chǎn)生的電弧在導(dǎo)電回路的磁場作用下向上運(yùn)動。19

當(dāng)磁場的方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蚶飼r，電弧AB、BC和CD段所受的電動力都使電弧壓向絕緣柵片頂部，增大與柵片表面的接觸面積，從而加強(qiáng)了電弧的冷卻和消電離作用；而DE段所受的電動力使電弧向上拉長，更加深入柵片間隙和增加電弧與絕緣柵片的接被面積。

由于受到絕緣柵片的阻擋，電弧彎曲成如圖5-9中A~G曲線所示的形狀。B20

金屬柵片(又稱去離子?xùn)?滅弧裝置：

這種滅弧裝置的原理構(gòu)造如圖5-10a所示?！?-1開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理4.1滅弧裝置六.固體產(chǎn)氣滅弧裝置某些固體絕緣材料如鋼紙(亦稱反白)、有機(jī)玻璃等，在電弧的高溫作用下能迅速氣化，產(chǎn)生大量主要成分為氫及其化合物的氣體。利用這些材料的產(chǎn)氣性質(zhì)進(jìn)行滅弧的滅弧裝置稱為固體產(chǎn)氣滅弧裝置。原理：1、熔體熔化和汽化，形成短弧2、絕緣管產(chǎn)生高壓氣體應(yīng)用：熔斷器22

圖5-13是利用串聯(lián)短弧和高氣壓兩種方式滅弧。其中，鋼紙管在電弧的高溫作用下分解，產(chǎn)生氣體，使壓力提高。

固體產(chǎn)氣滅弧裝置23

圖5-15是利用產(chǎn)氣原理提高氣壓，再利用氣壓進(jìn)行滅弧的高壓跌落式熔斷器熔管的原理結(jié)構(gòu)圖。4.1滅弧裝置七.石英砂滅弧裝置應(yīng)用:熔斷器石英砂來限制弧柱的擴(kuò)展并冷卻電弧1、短弧（多斷口串聯(lián)）2、高壓氣體（石英砂限值氣體擴(kuò)散）3、狹縫冷卻缺點(diǎn)：石英砂的熔解導(dǎo)致穩(wěn)定燃弧現(xiàn)象出現(xiàn)25

利用石英砂限制弧柱的擴(kuò)展并冷卻電弧使之熄滅的裝置，叫做石英砂滅弧裝置。圖中

熔管1用瓷制成，2和3分別為端蓋和接線板。26

石英砂熔斷器釆用了多斷口串聯(lián)、提高弧隙中氣壓以加強(qiáng)電離氣體的擴(kuò)散作用，以及利用狹縫冷卻電弧共三種滅弧原理，所以它的滅弧能力強(qiáng)，限流作用非常顯著。4.1滅弧裝置八.油吹滅弧裝置變壓器油分解、氣化氣泡的氣體中油蒸汽40％，其他氣體60％其他氣體：氫氣(70%以上)、乙、乙烯。氣泡體積關(guān)系：易于滅?。簹怏w中：氫導(dǎo)熱系數(shù)最大，粘度最小，加強(qiáng)弧柱冷卻氣泡壓力大——油限制其體積，且油在電弧作用下分解和氣化油氣作紊亂運(yùn)動，易于滅弧缺點(diǎn)：有臨界電流、極限開斷電流結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)麻煩28

分類：（1）自能式：利用電弧自身的能量將油蒸發(fā)分解而成油氣，提高滅弧室中的壓力以驅(qū)動油或油氣進(jìn)行吹弧。（2）外能式：用外界能量(通常是儲存在彈簧中的能量)推動活塞，提高滅弧室中的壓力以驅(qū)動油或油氣進(jìn)行滅弧。（3）混合式：兼用上述兩種能量，提高滅弧室中的壓力以驅(qū)動油或油氣進(jìn)行吹弧。變壓器油滅弧裝置29

按照油或油氣與電弧作用的方式，自能吹弧滅弧裝置又可分為橫吹、縱吹、縱橫吹和環(huán)吹四種。4.1滅弧裝置九.壓縮空氣滅弧裝置利用壓縮空氣增強(qiáng)滅弧結(jié)構(gòu)棒－棒，管－管，棒－管缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜滅弧能力過強(qiáng)，常引起電流截斷導(dǎo)致高過電壓噴口堵塞可能導(dǎo)致弧柱冷卻不夠，導(dǎo)致電弧重燃——極限開斷電流31

在開斷電路對，將預(yù)先儲備好的壓縮空氣用管道引向燃弧區(qū)，利用壓縮空氣猛烈吹弧和提高燃弧區(qū)的壓力，使電弧熄滅的裝置叫做壓縮空氣滅弧裝置。按照氣流吹弧的方向分橫吹式和縱吹式兩類。橫吹式缺點(diǎn)較多，已淘汰，現(xiàn)主要介紹縱吹式。32

§4-1

開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理4.1滅弧裝置十.六氟化硫（SF6）滅弧正八面體分子結(jié)構(gòu)，強(qiáng)負(fù)電性即對電子有極大的親和力，而粘合形成負(fù)離子——負(fù)離子質(zhì)量為電子的幾千倍，在電場中移動緩慢，極大提高介質(zhì)的恢復(fù)強(qiáng)度速度常溫下穩(wěn)定：150度不易起化學(xué)反應(yīng)無色、無臭、無味、無毒、不燃、無腐蝕性密度大，熱容量高（易于滅?。└邷貢纸?，但低溫下極易恢復(fù)擊穿電壓高（約為空氣的2～3倍）簡單開斷時，開斷能力比空氣強(qiáng)約100倍；而簡單的輔助手段即可大幅提高開斷能力缺點(diǎn)：易液化不均勻電場中的擊穿電壓下降明顯電弧可以拉很長而很難截斷34

采用SF6作為絕緣介質(zhì)可以大大減小絕緣間隙的尺寸和縮小電器的體積。35

一個突出優(yōu)點(diǎn)是它有很強(qiáng)的滅弧能力。4.1滅弧裝置十一.真空滅弧真空度：在1.33×10-3Pa以下時電子自由行程很大，達(dá)43m，不易碰撞空氣分子自由行程達(dá)7.6m介質(zhì)擊穿條件：電子碰撞粒子時期電離（電場電離）以產(chǎn)生更多的電子擊穿電壓比空氣高很多電弧構(gòu)成：金屬蒸汽金屬蒸汽不多且易擴(kuò)散介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)快滅弧能力強(qiáng)（無足夠介質(zhì)）滅弧室尺寸可以較小其它優(yōu)點(diǎn)請參看P53容易形成截流而形成高的過電壓(缺點(diǎn))37

圖5-29是帶圓柱狀觸頭真空滅弧裝置的原理結(jié)構(gòu)圖。4.1滅弧裝置優(yōu)點(diǎn)：免維修；防爆耐壓強(qiáng)度高分?jǐn)嗄芰Ω適m級別開距介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)快操作頻率高結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，操作噪聲小缺點(diǎn)：過電壓高，截流擊穿電壓受電極表面粗糙度和污染程度影響很大電弧使電極，特別是陰極光潔度影響極大4.1滅弧裝置十二.無弧分?jǐn)嘟涣麟娏鬟^零點(diǎn)分?jǐn)?，并使介質(zhì)強(qiáng)度以足夠快的速度恢復(fù)同步開關(guān)，圖2－23給觸頭并聯(lián)晶體管,并使之承擔(dān)電路的通斷，而觸頭僅在穩(wěn)態(tài)下工作混合開關(guān)，圖2－24固體開關(guān)新型材料的阻抗特性40

1、附加同步開斷裝置由于交流電流每秒要通過零點(diǎn)2f(f是電源頻率)次。如果我們能使開關(guān)電器的觸頭在電流過零瞬時分開，并以極高的速度拉開到足以承受恢復(fù)電壓而不發(fā)生間隙擊穿的距離，則此時弧隙中將不產(chǎn)生電弧，也不存在所謂熱擊穿階段。同時，由于弧隙是未電離的，只需較小的極間距離，就可承受較高的恢復(fù)電壓。這種開斷電路的方法叫做同步開斷，而相應(yīng)的開關(guān)電器叫做同步開關(guān)。41

由上述可見，這種理想的同步開關(guān)可以無需采用滅弧裝置。然而，事實(shí)上，實(shí)現(xiàn)這一方案非常困難。其原因主要是：

(1）技術(shù)上還不能保證開關(guān)電器的觸頭穩(wěn)定地每次恰在電流過零時分開；

(2)還沒有比較簡便的方法使開關(guān)電器的動觸頭獲得所需的高速度。42

工程上獲得實(shí)際應(yīng)用的是帶滅弧裝置的同步開關(guān)，即在現(xiàn)有的開關(guān)電器滅弧裝置上加裝同步裝置，使觸頭在電流過零前一極短時刻(例如lms左右)分開，同時提高觸頭運(yùn)動速度，使觸頭從分開到電流過零這段時間內(nèi)動、靜觸頭能分開到足夠距離。這樣做的好處：

(1)觸頭分開時刻的穩(wěn)定性要求降低；43

(2)有較長的時間讓動觸頭在電流過零時達(dá)到一定的開距，從而可以減小動觸頭的運(yùn)動速度。這時，雖然在弧隙中流過一定的電流，但因數(shù)值較小，而且持續(xù)時間較短，弧隙中氣體電離情況不太嚴(yán)重，所以在電流過零后弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度數(shù)值較高，從而使現(xiàn)有的滅弧裝置能夠開斷更大的電流。44

2、附加晶閘管裝置

晶閘管具有可控單向?qū)щ姷男再|(zhì)。如圖5-38a所示，如果將它和開關(guān)電器S并聯(lián)，并且當(dāng)交流電流i的流向如圖中的方向時，將開關(guān)S的觸頭分開，同時使晶閘管V觸發(fā)導(dǎo)通，于是開斷電流將從V中流過。由于V的電壓降大大低于生弧電壓，弧隙中將無電弧。此后，當(dāng)晶閘管V中交流電流過零時它將自動閉鎖，于是電路被開斷。這種綜合有觸頭開關(guān)電器和晶閘管而成的開關(guān)稱為混合式開關(guān)。45

原理混合式開關(guān)優(yōu)點(diǎn)：具有較高的電壽命；缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較昂貴.示例：混合式交流接觸器，請參看教材P54和圖2-24.

Skip46

§4-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理

一、拉長電弧在大氣中利用機(jī)械方式拉長電弧進(jìn)行滅弧的原理與圖例。（1）原理：電弧放長后，電弧電壓就增大，其靜態(tài)伏-安特性向上移動。47

（2）圖解：如下圖示，除依靠觸頭分開拉長電弧以外，還可依靠導(dǎo)電回路的電流產(chǎn)生的磁場使電弧彎曲來拉長電弧。前者沿電弧的軸向(亦稱切向)拉長電弧，后者是沿著垂直于弧軸的方向(亦稱法向)拉長電弧?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理48

依靠拉長電弧使之恰好熄滅的最短長度，稱為臨界長度，記為Llj。其計算公式為：式中K——常數(shù)，當(dāng)電源電壓為500V時，K=0.75；250V時，K=0.15；——開斷電流的起始值（有效值），單位為A?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理49

（3）示例：例一：刀開關(guān)拉長電弧。

§4-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理50

例二：利用流過導(dǎo)電回路的特制線圈的電流在燃弧期間產(chǎn)生磁場，使電弧迅速移動和拉長。圖b）還增加了引弧角。§4-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理51

二、磁吹線圈：可用于低壓直流和交流接觸器中。對后者，為減少渦流損耗和避免由于鋼夾板中磁通與電弧電流相位不同而產(chǎn)生反向電動力，鐵心2上可開一槽或者用硅鋼片疊成?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理52

當(dāng)鐵心不飽和時，如果磁吹線圈開斷大電流時產(chǎn)生的磁場適當(dāng)，則在開斷小電流時將因電動力過小而引起吹弧困難。當(dāng)然，通過設(shè)計也能使磁吹線圈在開斷小電流時產(chǎn)生的磁場適當(dāng)。但這樣做，一方面將使磁吹線圈的匝數(shù)增加，增大了線圈體積和多用有色金屬；另一方面將使開斷大電流時產(chǎn)生的磁場過強(qiáng)，使得觸頭的電磨損大大增加?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理53

為緩和上述矛盾，可以通過適當(dāng)選擇磁吹線圈的匝數(shù)以及鐵心和鋼夾板的截而積，使得開斷小電流時磁場加強(qiáng)，在開斷大電流時則由于磁路飽和而磁場不致過強(qiáng)。這樣，電弧所受到的電動力將不再隨開斷電流成平方倍數(shù)地增加?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理54

三、縱縫滅弧裝置所謂縱縫就是滅弧室的縫隙方向與電弧的軸線平行。滅弧裝置的工作原理：利用磁吹線圈產(chǎn)生的磁場將電弧驅(qū)入耐弧絕緣材料(石棉、水泥、陶土等)制成的具有縱縫的滅弧室中進(jìn)行滅弧。它既可用于熄滅直流電弧，也可用于熄滅交流電弧?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理55

按縫隙的尺寸和形式，它們又分兩種，如圖5-5所示。圖5-5a表示一單縱縫滅弧裝置的原理結(jié)構(gòu)。圖中，1為用耐弧絕緣材料制成的滅弧室壁，2為磁吹線圈的鋼夾板，3為電弧。通常上部縫寬小于熄滅電弧的直徑。§4-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理56

§4-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理57

由圖5-6可見，當(dāng)電流增大（橫坐標(biāo)向右）時，縱縫滅弧裝置中電弧的“伏—安特性”隨電弧電流增加而下降的程度比自由燃弧時的“伏—安特性”下降程度要緩得多，特別當(dāng)電流很大時，E可以認(rèn)為是常數(shù)。隨著縫寬的減小和電弧橫向運(yùn)動速度的提高，電弧的“伏—安特性”也將升高，這表明滅弧能力也隨之增強(qiáng)。采用多縱縫可以減小電弧進(jìn)入上部窄縫的阻力，在驅(qū)動電弧運(yùn)動的電磁力給定時，可以采用比單縱縫滅弧室更小的縫隙。這使滅弧空壁對電弧的冷卻和消電離作用更強(qiáng)?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理58

四、絕緣柵片滅弧裝置滅弧裝置如圖5-8所示。

其中，滅弧室l中裝有用耐弧絕緣材料制成的幾片絕緣柵片2，柵片的邊緣和電弧3的軸線垂直。當(dāng)開斷電流時，在觸頭4和5之間產(chǎn)生的電弧在導(dǎo)電回路的磁場作用下向上運(yùn)動。

多縱縫滅弧裝置廣泛用于低壓接觸器中?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理59

當(dāng)磁場的方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蚶飼r，電弧AB、BC和CD段所受的電動力都使電弧壓向絕緣柵片頂部，增大與柵片表面的接觸面積，從而加強(qiáng)了電弧的冷卻和消電離作用；而DE段所受的電動力使電弧向上拉長，更加深入柵片間隙和增加電弧與絕緣柵片的接被面積。

由于受到絕緣柵片的阻擋，電弧彎曲成如圖5-9中A~G曲線所示的形狀。B§4-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理60

除此以外，電弧AB段和EF段相互作用產(chǎn)生一相吸電動力、CD段和EF段相互作用產(chǎn)生一相斥電動力，使AB、CD和EF段壓向絕緣冊片；CD段和EF段對DE段相互作用也產(chǎn)生一相斥電動力，使DE段向上運(yùn)動。這種滅弧裝置充分利用了電弧自身磁場產(chǎn)生的電動力?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理61

五、金屬柵片(又稱去離子?xùn)?滅弧裝置：

這種滅弧裝置的原理構(gòu)造如圖5-10a所示。§4-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理62

滅弧室1內(nèi)部有許多由厚度為2~3mm鋼板沖成的橫向柵片2。柵片外表面鍍銅以增大傳熱能力和防止鋼片生銹。每一柵片沖有三角形的缺口。柵片缺口錯開的作用為減少電弧初始碰到的柵片數(shù)，從而減少進(jìn)入的阻力?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理63

在電弧進(jìn)入柵片之后，電弧電壓變?yōu)?/p>

金屬柵片滅弧裝置既能用于熄滅直流電弧，也能用于熄滅交流電弧。當(dāng)熄滅直流電弧時：§4-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理64

圖5-11表示厚為2mm、片距5mm的平板形柵片的滅弧裝置開斷350A電流時，介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度Ujf0和Kjf與n變化的關(guān)系是不成比例。其原因是電弧進(jìn)入柵片分成很多短弧后，它們在滅弧室中的運(yùn)動速度不同、運(yùn)動方向也不同?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理65

金屬柵片滅弧裝置廣泛用于低壓開關(guān)電器中。其主要缺點(diǎn)是滅弧室除電弧能量損耗之外，還有柵片中電阻、磁滯和渦流引起的損耗。加之柵片間隙較小，阻礙了熱量的散發(fā)。這些都使滅弧室的溫度容易升向，從而引起滅弧條件惡化。因此，這種滅弧裝置不適用于過分頻繁操作的場所?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理66

六、固體產(chǎn)氣滅弧裝置某些固體絕緣材料如鋼紙(亦稱反白)、有機(jī)玻璃等，在電弧的高溫作用下能迅速氣化，產(chǎn)生大量主要成分為氫及其化合物的氣體。利用這些材料的產(chǎn)氣性質(zhì)進(jìn)行滅弧的滅弧裝置稱為固體產(chǎn)氣滅弧裝置。圖5-13是利用串聯(lián)短弧和高氣壓兩種方式滅弧。其中，鋼紙管在電弧的高溫作用下分解，產(chǎn)生氣體，使壓力提高。§4-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理67

如圖5-14所示，滅弧期間管內(nèi)的壓力可達(dá)4.8MPa。§4-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理68

圖5-15是利用產(chǎn)氣原理提高氣壓，再利用氣壓進(jìn)行滅弧的高壓跌落式熔斷器熔管的原理結(jié)構(gòu)圖?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理69

當(dāng)短路電流通過時，熔絲3被熔斷產(chǎn)生電弧，于是彈簧6長度縮短，電弧被迅速拉長。同時，電弧的高溫使鋼紙分解產(chǎn)生大量的氣體，管內(nèi)壓力迅速升高，這一壓力推動軟線5加速向右運(yùn)動，從而也加速電弧的拉長和壓力的升高。當(dāng)軟線5被推出鋼紙管8以后，管內(nèi)的高壓氣體向外沖出，進(jìn)行縱向吹弧，使電弧熄滅?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理70

七、石英砂滅弧裝置：利用石英砂限制弧柱的擴(kuò)展并冷卻電弧使之熄滅的裝置，叫做石英砂滅弧裝置。圖中

熔管1用瓷制成，2和3分別為端蓋和接線板?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理71

七、石英砂滅弧裝置：利用石英砂限制弧柱的擴(kuò)展并冷卻電弧使之熄滅的裝置，叫做石英砂滅弧裝置。圖中

熔管1用瓷制成，2和3分別為端蓋和接線板?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理72

石英砂熔斷器釆用了多斷口串聯(lián)、提高弧隙中氣壓以加強(qiáng)電離氣體的擴(kuò)散作用，以及利用狹縫冷卻電弧共三種滅弧原理，所以它的滅弧能力強(qiáng)，限流作用非常顯著?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理73

八、變壓器油滅弧裝置

1、分類：（1）自能式：利用電弧自身的能量將油蒸發(fā)分解而成油氣，提高滅弧室中的壓力以驅(qū)動油或油氣進(jìn)行吹弧。（2）外能式：用外界能量(通常是儲存在彈簧中的能量)推動活塞，提高滅弧室中的壓力以驅(qū)動油或油氣進(jìn)行滅弧。（3）混合式：兼用上述兩種能量，提高滅弧室中的壓力以驅(qū)動油或油氣進(jìn)行吹弧?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理74

2、即使在油中簡單地位長電弧，其滅弧能力也比在大氣中拉長電弧高得多。這是因?yàn)椋?/p>

(1)油氣的主要成分是氫，它在所有氣體中具有最高的導(dǎo)熱系數(shù)和最小的粘度，這就使弧柱的熱量容易散發(fā)。

(2)在電弧的高溫作用下，油的氣化和分解過程非常劇烈。油氣形成后由于受到周圍冷油的阻礙，體積不能迅速膨脹，因而氣泡中壓力很高，通?？蛇_(dá)（0.5~1）MP?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理75

(3)在熄滅交流電弧過程中，當(dāng)電流增大時，電弧的功率增大，油氣的形成加劇，氣泡中油氣溫度增高和壓力上升。在壓力較高的情況下，氣泡壁處油的沸點(diǎn)升高，處于過熱狀態(tài)。當(dāng)電流減小到過零附近時，由于電弧功率減小，油氣產(chǎn)生的速度下降，但氣泡在壓力作用下仍繼續(xù)膨脹，結(jié)果引起氣泡中油氣的溫度和壓力迅速降低。此時氣泡壁處油的沸點(diǎn)下降，處于過熱狀態(tài)的油猛烈氣化。由于氣泡壁各處油的氣化速度不一致，在氣泡內(nèi)就形成了壓力差。此壓力差促使油氣產(chǎn)生混亂的運(yùn)動，使剛剛形成的溫度較低的油氣進(jìn)入弧柱中，加強(qiáng)了弧柱的冷卻?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理76

(4)在某些情況下，還可利用被開斷電流產(chǎn)生的電動力使電弧彎曲和靠近氣泡壁，加強(qiáng)對弧柱的冷卻作用。按照油或油氣與電弧作用的方式，自能吹弧滅弧裝置又可分為橫吹、縱吹、縱橫吹和環(huán)吹四種?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理77

自能吹弧裝置的特點(diǎn):開斷電流越大，則單位時間內(nèi)產(chǎn)生的氣體越多，滅弧室內(nèi)壓力越高，吹弧力量越強(qiáng)，于是燃弧時間越短；當(dāng)開斷較小電流時，滅弧室內(nèi)壓力越低，吹弧力量減弱，燃弧時間增長，實(shí)際上沒有吹弧作用，即相當(dāng)于在油中簡單開斷?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理78

由圖可見，燃弧時間有一最大值，相應(yīng)于最大燃弧時間的電流稱為臨界電流Ilj。其數(shù)值視滅弧裝置的具體結(jié)構(gòu)而異，一般為幾十安到上千安。自能吹弧滅弧裝置的極限開斷電流Ilx主要決定于滅弧室的機(jī)械強(qiáng)度?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理79

九、壓縮空氣滅弧方式。在開斷電路對，將預(yù)先儲備好的壓縮空氣用管道引向燃弧區(qū)，利用壓縮空氣猛烈吹弧和提高燃弧區(qū)的壓力，使電弧熄滅的裝置叫做壓縮空氣滅弧裝置。按照氣流吹弧的方向分橫吹式和縱吹式兩類。橫吹式缺點(diǎn)較多，已淘汰，現(xiàn)主要介紹縱吹式?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理80

§4-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理81

十、SF6滅弧裝置。

SF6是無色、無臭、無毒、無公害和不燃燒的氣體。其沸點(diǎn)在大氣壓時為-60℃，加溫到150℃都不易與其他物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)，到500℃時仍不能自行分解。它的密度是空氣的5倍。常溫時的傳熱能力(包括對流在內(nèi))為空氣的1.6倍。它具有很高的絕線性能。在壓力為0.1MPa時約為氮?dú)獾?~6倍，當(dāng)壓力為0.16MP時已與變壓器油相等，而擊穿電壓為壓縮空氣的2~3倍?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理82

所以，采用SF6作為絕緣介質(zhì)可以大大減小絕緣間隙的尺寸和縮小電器的體積?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理83

SF6另一突出優(yōu)點(diǎn)是它只有很強(qiáng)的滅弧能力，主要原因有三條?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理84

（十一）真空滅弧裝置。由于空氣稀薄，空氣分子及其電子的平均自由行程加長，這就使弧中氣體粒子受到其他粒子碰障而電離的幾率大大減少。因此，真空具有很高的絕緣和滅弧性能。將觸頭在高度真空中開斷便構(gòu)成有很高開斷能力的滅弧裝置。按照觸頭結(jié)構(gòu)的不同，真空滅弧裝置分帶圓柱狀觸頭、帶螺旋槽的磁吹觸頭和帶縱磁場線圈的觸頭三種?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理85

圖5-29是帶圓柱狀觸頭真空滅弧裝置的原理結(jié)構(gòu)圖?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理86

在一定條件下，真空的擊穿電壓比空氣高得多，但是，它受觸頭材料、電極形狀、特別是電極表面粗糙度和電極上有無臟圬影響很大。真空滅弧裝置的觸頭形狀示例?！?-2開關(guān)電器典型滅弧裝置的工作原理87

§4-3提高滅弧裝置開斷能力的輔助方法一、并聯(lián)電阻幫助滅弧電路：圖5-33是圖5-32的簡化圖。

并聯(lián)電阻有助于滅弧。88

二、附加同步開斷裝置由于交流電流每秒要通過零點(diǎn)2f(f是電源頻率)次。如果我們能使開關(guān)電器的觸頭在電流過零瞬時分開，并以極高的速度拉開到足以承受恢復(fù)電壓而不發(fā)生間隙擊穿的距離，則此時弧隙中將不產(chǎn)生電弧，也不存在所謂熱擊穿階段。同時，由于弧隙是未電離的，只需較小的極間距離，就可承受較高的恢復(fù)電壓。這種開斷電路的方法叫做同步開斷，而相應(yīng)的開關(guān)電器叫做同步開關(guān)開關(guān)。

§4-3提高滅弧裝置開斷能力的輔助