10電氣設(shè)備中的電弧

任務(wù)

1能 力 目 標(biāo)of118、了解電弧的概念及特征，理解電弧的形成過程；、理解常用的八種電弧熄滅的方法、原理；、會(huì)對(duì)電氣設(shè)備中的電弧采取合理的滅弧方式。知 識(shí) 要 點(diǎn)、電氣設(shè)備中產(chǎn)生電弧的原因及形成過程；、常用的八種滅弧方式。任務(wù)

1任務(wù)描述任務(wù)分析of218任務(wù)

1一電弧產(chǎn)生的條件電弧產(chǎn)生的危害of318任務(wù)

1二產(chǎn)生電弧的原因不帶電的中性質(zhì)點(diǎn)分離為電子和正離子的現(xiàn)象稱為游離。在開關(guān)切斷電路時(shí)，觸頭間絕緣介質(zhì)的中性質(zhì)點(diǎn)被游離，被游離的導(dǎo)電質(zhì)點(diǎn)即自由電子和正離子，在電場(chǎng)力作用下做定向運(yùn)動(dòng)，形成一條導(dǎo)電通道，從而產(chǎn)生了電弧。電弧在斷開的觸頭之間燃燒，使電路仍處于接通狀態(tài)，延遲了電路的斷開，只有當(dāng)電弧熄滅后電路才算被斷開。of418任務(wù)

1二發(fā)生電弧的游離方式碰撞游離熱電發(fā)射強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射熱游離of518在觸頭分開的過程中，動(dòng)靜觸頭間的接觸壓力與接接觸電阻迅速增大,導(dǎo)致接觸處溫度升高，使一部分電子由于熱運(yùn)動(dòng)而逸出金屬表面，形成熱電子發(fā)射。開關(guān)觸頭分段瞬間，由于觸頭間距很小，期間電壓雖然僅有幾百至幾千伏，但電場(chǎng)強(qiáng)度卻很大，在電場(chǎng)力作用下，自由電子高速奔向陽極，便形成了強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射。連續(xù)不斷的碰撞游離，使觸頭間帶電質(zhì)點(diǎn)大量增加，結(jié)果使絕緣介質(zhì)變成了導(dǎo)體，形成弧光放電。電場(chǎng)強(qiáng)度越大，氣體壓力越小，越容易發(fā)生碰撞游離。產(chǎn)生更多的自由離子和正離子。觸頭隨著開距的加大，失去了強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射電子的條件，但由于弧隙溫度很高，使得中性粒子由于熱運(yùn)動(dòng)而相互碰撞，產(chǎn)生新帶電粒子，發(fā)生熱游離現(xiàn)象，從而使電弧斷續(xù)燃燒。任務(wù)

1三熄滅電弧的條件

在電弧中不斷存在著中性質(zhì)點(diǎn)的游離過程，而且還存在著帶電質(zhì)點(diǎn)不斷消失的去游離過程。當(dāng)游離

>

去游離時(shí)，電弧加強(qiáng)；當(dāng)游離

=

去游離時(shí)，電弧穩(wěn)定燃燒；當(dāng)游離

<

去游離時(shí)，電弧減弱以致熄滅；條

件1

1條

件2

條

件3

因此，要促使電弧熄滅，就必須消弱電弧的游離作用，加強(qiáng)其去游離作用。of618任務(wù)

1三熄滅電弧的去游離方式復(fù)合是異號(hào)帶電質(zhì)點(diǎn)的彼此中和，復(fù)合率與下列因素有關(guān)：帶電質(zhì)點(diǎn)濃度越大，復(fù)合幾率越高；電弧溫度越低，弧隙電場(chǎng)強(qiáng)度越小，帶電質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度就越慢，復(fù)合就越容易。復(fù)合形式擴(kuò)散是指帶電質(zhì)點(diǎn)逸??弧道的現(xiàn)象，擴(kuò)散速度受下列因素影響：弧區(qū)與周圍介質(zhì)的溫差越大，擴(kuò)散越強(qiáng)烈；弧區(qū)與周圍介質(zhì)離子的濃度相差越大，擴(kuò)散就越強(qiáng)烈。擴(kuò)散形式上述方式均使電弧中的帶電粒子減少，即去游離作用增強(qiáng)，最后可導(dǎo)致電弧熄滅。of718去游離的主要形式是復(fù)合與擴(kuò)散。任務(wù)

1三常用滅弧方法一切滅弧的方法，都是認(rèn)為創(chuàng)造有助于去游離的條件，使電弧盡快熄滅。滅弧的方法主要有七種。速

拉

滅

弧

法1

迅速拉長電弧，可使電弧的電場(chǎng)強(qiáng)度驟降，從而消弱碰撞游離，

增強(qiáng)帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合作用，加速電

弧的熄滅。這種滅弧方法是開關(guān)電器中普遍采用的最基本的一種滅弧法。冷

卻

滅

弧

法2

降低電弧的溫度，可消弱熱游離，增強(qiáng)帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合作用，有

助于電弧的熄滅。這種滅弧方法在

開關(guān)電器中的應(yīng)用也比較普遍。of818任務(wù)

1三常用滅弧方法吹

弧

滅

弧

法3吹弧原理：利用外力（如氣流、油

流或電磁力）來吹動(dòng)電弧，使電弧

加速冷卻，同時(shí)拉長電弧，迅速降

低電弧中的電場(chǎng)強(qiáng)度，使帶電質(zhì)點(diǎn)

的復(fù)合和擴(kuò)散增強(qiáng)，從而加速電弧

的熄滅。吹弧的種類按方向分按外力性質(zhì)分橫 吹縱 吹氣

吹（略）油

吹（略）電

動(dòng)

吹磁 吹反向吹弧of918任務(wù)

1三常用滅弧方法吹

弧

滅

弧

法3A

：按吹弧方向分類B

：按外力性質(zhì)分類橫

吹

和

縱

吹電

動(dòng)

吹磁 吹反向吹弧2 橋 式 接 線（

a

）

全

橋

接

線

的

優(yōu)

缺

點(diǎn)

WL

1

WL

21

號(hào)電源

2

號(hào)電源圖

（a

）

所

示為

全

橋接

線，其

特QF

1

QF

2點(diǎn)是

線路

側(cè)、變壓

器側(cè)和

母線橋上都裝有

斷路器，

故其

具

有運(yùn)

行靈

活、

適

35

～110

k

V應(yīng)性

強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)

，不

論

是切換變

壓器

還QF

3是切

換線

路都可方便

地操

作，并易

發(fā)QF

4

QF

5展成

分段

單母線接線的中

間變電所

。其缺

點(diǎn)是

所用設(shè)備多

，投

資大

，占地T

1

T

2面積大。（a

）

全

橋

接

線of1018任務(wù)

1三常用滅弧方法狹縫（或狹溝）滅弧法4吹弧原理：這種方法是使電弧在固體介質(zhì)的狹縫中運(yùn)動(dòng)，一方面加強(qiáng)了冷卻與復(fù)合作用，加強(qiáng)去游離；另一方面電弧被拉長，弧徑被壓小，弧電阻增大，促使電弧迅速熄滅。圖2

狹縫滅弧對(duì)電弧的作用

1

—絕緣柵片；2

—電??；3

—觸頭Iof11183123I任務(wù)

1三常用滅弧方法長

弧

切

短

法5

圖

3

長弧切短滅弧 2 橋 式 接 線（

a

）

全

橋

接

線

的

優(yōu)

缺

點(diǎn)

WL

1

WL

21

號(hào)電源

2

號(hào)電源圖

（a

）

所

示為

全

橋接

線，其

特QF

1

QF

2點(diǎn)是

線路

側(cè)、變壓

器側(cè)和

母線橋上都裝有

斷路器，

故其

具

有運(yùn)

行靈

活、

適

35

～110

k

V應(yīng)性

強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)

，不

論

是切換變

壓器

還QF

3是切

換線

路都可方便

地操

作，并易

發(fā)QF

4

QF

5展成

分段

單母線接線的中

間變電所

。其缺

點(diǎn)是

所用設(shè)備多

，投

資大

，占地T

1

T

2面積大。（a

）

全

橋

接

線2 橋 式 接 線（b

）內(nèi)橋接線的優(yōu)缺點(diǎn)1號(hào)電源

WL1

WL2

2號(hào)電源圖（b）所示為內(nèi)橋接線，其特

Q

F1Q

F2點(diǎn)是在母線與變壓器之間只設(shè)隔離開關(guān)，不設(shè)斷路器，因而投資與占地面 35～110

kV積比全橋少，仍保持切換線路方便的

Q

F3優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是切換變壓器不方便。因此適用于電源進(jìn)線長、線路故障可T1

T2能性大、變壓器負(fù)荷較平穩(wěn)且切換次數(shù)少的變電所。（

b

）

內(nèi) 橋

接

線圖3

將長電弧分成若干個(gè)短電弧1—金屬柵片；2—電弧；3—靜觸頭；4—?jiǎng)佑|頭5 長 弧 切 短 法I313I2 φ22吹弧原理：

觸頭間的電弧在電磁力的作用下，進(jìn)入與電弧垂直放置的、彼此絕緣的金屬柵片內(nèi)將一個(gè)長弧分成若干個(gè)短弧。在交流電中。利用近陰極效應(yīng)，即當(dāng)電流過零時(shí)有短弧同時(shí)熄滅，在每一短弧的陰極附近立即??現(xiàn)

150

～

250V

的絕緣強(qiáng)度，又有各段短弧是串聯(lián)的，所以短弧的數(shù)量越多，總的絕緣強(qiáng)度就越高。當(dāng)總絕緣強(qiáng)度大于外加電壓時(shí)，電弧就不再重燃。此外，金屬柵片也有冷卻電弧的作用，這種方法常用于低壓交流開關(guān)中。of1218任務(wù)

1三常用滅弧方法真

空

滅

弧

法6吹弧原理：真空具有較高的絕緣強(qiáng)

度，若將開關(guān)觸頭裝在真空容器內(nèi)

，在此間產(chǎn)生的電弧較小，且很快

將電弧熄滅。真空斷路器就是利用

這個(gè)原理來熄滅電弧的。SF6 滅

弧

法7吹弧原理：

SF6

氣體具有優(yōu)良的絕緣性能和滅弧性能，其絕緣強(qiáng)度是

空氣的3

倍，其絕緣強(qiáng)度的恢復(fù)速

度是空氣的

100

多倍。 of1318任務(wù)

1三常用滅弧方法除上述滅弧方法外，開關(guān)電器在設(shè)計(jì)制造時(shí)，還采取了限制電弧產(chǎn)生的措施。開關(guān)觸頭采用不易發(fā)射電子的金屬材料制成觸頭間采用絕緣油、六