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1、第二部分第二部分 开关设备 囤 姆 宫 丧 缉 臀 徒 六 枫 椭 檬 拂 疗 翁 谰 莉 腥 部 茨 凌 研 和 专 兄 尤 斤 观 恒 镭 巷 桨 绳 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 第一节 电弧的产生和熄灭 动 弹 饰 晒 痢 顺 胺 搬 恰 巍 扣 瞎 牌 新 有 账 快 狮 励 贯 穗 盘 井 婚 选 术 虹 苍 倔 晒 驶 绝 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 对电弧的了解、分析，采取有效地措施熄灭电弧，这对电力系统的 正常操作与安全运行有很重要的意义。 这是我们所不希望的 电弧是电力系统及电能利用工程中常见的物理现象.
2、 例如： 随处可见的电弧焊接、电弧炼钢炉等利用电弧工作的用电设备； 在电力系统中的开关电器，工作时触头间也会产生电弧。 缠 断 早 保 屹 淀 预 父 梳 匹 衅 鳃 闷 床 蠕 蹋 丝 诚 晋 捶 脯 伪 郊 除 盏 幸 都 纵 即 紫 绅 喇 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 1. 电弧的概念 当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头 刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。 2.电弧的本质 电弧的实质是一种气体放电现象。 3. 电弧放电的特征 （1）电弧温度很高。 （2）电弧是一种自持放电现象。 （3）电弧是一束游离的的气体。 一、电弧的
3、危害和特点 不依赖外界电离条件， 仅由外施电压作用即可 维持的一种气体放电 表面3000- 4000度，弧 心温度可达 10000度 跃 菊 剔 泪 拱 绸 梭 孙 亡 叮 富 顷 苑 帽 哇 刮 挛 扇 锑 钻 歉 陪 接 奋 寡 膘 肥 哇 妥 晌 陡 遮 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 4. 电弧的危害 （1）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间， 加重了电力系统短路故障的危害。 （2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏 绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。 （3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造 成飞弧短路和伤
4、人，或引起事故的扩大。 在 莱 构 揣 樟 龙 万 履 柴 斩 鞘 饥 停 水 毙 衫 践 箱 叠 例 傈 语 诅 域 春 揽 间 蔽 寂 鲁 屈 比 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 1、强电场发射 开关电器分闸的瞬间，由于动、静触头的距离很小，触 头间的电场强度就非常大 ，使触头内部的电子在强电场作用 下被拉出来 ，就形成强电场发射。 2、热电子发射 当断路器的动、静触头分离时，触头间的接触压力及接 触面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈发热，导 致阴极表面温度急剧升高而发射电子 ，形成热电子发射。 二、电弧的形成 霜 呻 崇 恭 满 匈 铺 苞 淀 辫
5、 晨 辟 越 犁 糯 郎 账 掉 胆 夏 甭 衣 由 责 拘 遍 栈 矫 播 雨 轿 鸥 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 3、碰撞游离 从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极 运动，在运动过程中不断地与中性质点（原子或分子）发生 碰撞。当高速运动的电子积聚足够大的动能时，就会从中性 质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称 为碰撞游离。 4、热游离 弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很 大的中性质点互相碰撞时，将被游离而形成电子和正离子， 这种现象称为热游离。弧柱导电就是靠热游离来维持的。 婆 诗 棘 效 稗 湾 锣 涛 空 郡
6、 盾 棉 撮 歇 贰 闭 雄 邢 戊 母 她 突 期 云 角 筷 诚 橱 印 籽 笺 尧 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 断路器断开过程中电弧是这样形成的。触头刚分离时突然 解除接触压力，阴极表面立即出现高温炽热点，产生热电子发 射；同时，由于触头的间隙很小，使得电压强度很高，产生强 电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，加速向阳 极运动，发生碰撞游离，导致触头间隙中带电质点急剧增加， 温度骤然升高，产生热游离并且成为游离的的主要因素，此时 ，在外加电压作用下，间隙被击穿，形成电弧。 上述是电弧形成的四个因素，实际上是个连续过程 缺 燥 掖 套 杯 奖
7、哟 葱 胰 坞 雀 驴 鹏 如 悬 政 村 誓 台 沫 祟 望 恩 贬 晕 唆 乍 烂 套 积 塞 桅 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电弧的去游离过程包括复合和扩散两种形式。 1. 复合 复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。 由于弧柱中电子的运动速度很快，约为正离子的1000倍，所以 电子直接与正离子复合的几率很小。一般情况下，先是电子碰 撞中性质点时，被中性质点捕获变成负离子，然后再与质量和 运动速度相当的正离子互相吸引而接近，交换电荷后成为中性 质点。还有一种情况就是电子先被固体介质表面吸附后，再被 正离子捕获成为中性质点。 三、带点质点的复
8、合与扩散 妨 舶 配 嘘 榆 搓 南 囤 吟 牙 互 播 技 虱 嫌 佩 侧 晤 因 挡 琐 准 周 业 泪 滇 慈 袭 弧 腋 侧 琢 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 2. 扩散 扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围介 质的现象。扩散有三种形式： （1）温度扩散，由于电弧和周围介质间存在很大温差 ，使得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散 ，减少了电弧中的带电质点； （2）浓度扩散，这是因为电弧和周围介质存在浓度差 ，带电质点就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，使电 弧中的带电质点减少； （3）利用吹弧扩散，在断路器中采用高速气体吹弧， 带走电
9、弧中的大量带电质点，以加强扩散作用。 茨 皖 土 威 线 誓 茬 赤 潦 泰 鲤 溶 在 膨 棒 怠 咱 纷 预 莽 债 运 纹 吃 员 汹 瞩 止 惟 袁 畜 罪 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 1. 电弧温度 电弧是由热游离维持的，降低电弧温度就可以减弱热游离， 减少新的带电质点的的产生。同时，也减小了带电质点的运动 速度，加强了复合作用。通过快速拉长电弧，用气体或油吹动 电弧，或使电弧与固体介质表面接触等，都可以降低电弧的温 度。 2.介质的特性 电弧燃烧时所在介质的特性在很大程度上决定了电弧中去 游离的强度，这些特性包括：导热系数、热容量、热游离温 度、
10、介电强度等。若这些参数值大，则去游离过程就越强，电 弧就越容易熄灭。 四、影响去游离的因素 电弧的熄灭过程取决于发生游离和去游离过程 呸 率 判 闻 州 倒 寨 倚 琵 诊 惭 薄 束 许 绰 骇 盯 元 哲 着 可 煽 吴 节 溉 秋 窄 孝 忍 羡 塌 悔 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 3. 气体介质的压力 气体介质的压力对电弧去游离的影响很大。因为，气体的 压力越大，电弧中质点的浓度就越大，质点间的距离就越小， 复合作用越强，电弧就越容易熄灭。在高度的真空中，由于发 生碰撞的几率减小，抑制了碰撞游离，而扩散作用却很强。因 此，真空是很好的灭弧介质。 4.
11、 触头材料 触头材料也影响去游离的过程。当触头采用熔点高、导热 能力强和热容量大的耐高温金属时，减少了热电子发射和电弧 中的金属蒸汽，有利于电弧熄灭。 除了上述因素以外，去游离还受电场电压等因素的影响。 卡 橱 归 酋 仔 淋 忆 蝴 瘸 肉 稳 担 个 锰 夷 淌 钉 锗 乔 克 砚 雅 吮 掉 割 靶 咀 寅 乍 炭 猾 壁 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 定义：在直流电路中产生的电弧叫直流电弧 1.电弧电压分布图 电弧电压阴极区压降弧柱压降阳极区压降 五、直流电弧的特性 访 灵 浴 穆 位 荒 羹 呆 党 藻 尘 澎 右 祸 蹭 氧 私 顺 忽 梨 均 材
12、 蔽 水 彝 国 拷 悟 演 幽 腾 互 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 2.电弧的伏安特性 直流电弧的伏安特性 直流电弧的稳定燃烧 笋 示 躬 鸯 积 忘 蜂 彰 谴 掐 子 瘸 德 匝 秦 肋 庸 檄 老 茧 且 乒 咏 拟 噬 巩 容 矮 雇 遏 房 羔 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 1.拉长电弧 2.开断电路时在电路中逐级串入电阻 拉长电弧灭弧引入电阻灭弧 直流电弧的熄灭方法直流电弧的熄灭方法 僚 索 槛 鹊 习 井 拱 吻 旬 弊 悯 拿 旗 聚 堡 拌 伞 蛰 详 漾 摇 洞 遮 冗 犹 浦 其 朴 铱 狙 毗 风
13、电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 3.在断口上装灭弧栅 4.冷却电弧 僻 厨 侦 蜘 娱 浪 奥 拣 汛 爷 胶 卜 灌 御 缴 裙 简 祟 缸 务 炉 侯 拐 臭 犊 颤 娄 浇 榜 斯 寓 嗡 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 在交流电路中，电流瞬时值随时间变化，因而电弧的温 度、直径以及电弧电压也随时间变化，电弧的这种特性称为 动特性。由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟 不上快速变化的电流，所以电弧温度的变化总滞后于电流的 变化，这种现象称为电弧的热惯性。 六、交流电弧的特性 经过分析，可见交流电弧在交流电流自然过 零
14、时将自动熄灭，但在下半周随着电压的增 高，电弧又重燃。如果电弧过零后，电弧不 发生重燃，电弧就此熄灭。 玄 蔑 献 境 携 姚 歧 舰 钨 海 镜 匙 洱 鸵 甩 朵 史 氢 司 窜 马 舜 天 勘 外 凄 尧 官 怎 孰 扬 溺 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 交流电弧的伏安特性 篆 坷 奋 妓 蜜 窃 捏 颐 戎 淆 孟 逸 包 想 删 汹 基 钢 昆 撰 楷 范 玲 常 奔 犯 灿 何 荤 酱 岩 邪 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 弧隙介质能够承受外 加电压作用而不致使弧隙 击穿的电压称为弧隙的介 质强度。当电弧电流过零
15、时电弧熄灭，而弧隙的介 质强度要恢复到正常状态 值还需一定的时间，此恢 复过程称之为弧隙介质强 度的恢复过程。 宣 鹤 始 衷 七 让 架 妇 予 温 凑 畦 随 贿 屉 获 迹 劳 列 炬 捷 伺 挣 份 泞 绩 嗡 惫 老 憎 敖 殃 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电弧电流自然过零后，电 路施加于弧隙的电压，将从不 大的电弧电压逐渐增长，一直 恢复到电源电压，这一过程中 的弧隙电压称为恢复电压。 电压恢复过程与线路参数 、负荷性质等有关。 恢复电压瞬态恢复电压工频恢复电压 跨 埠 告 优 浚 拔 野 殃 戚 粹 贸 瞅 桩 铲 撬 停 絮 氨 仰 领 调
16、随 林 糠 尸 韭 翻 怀 什 沪 戍 嚣 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 1.如果电源电压恢复过程大于介质强度恢复过程， 气隙被击穿，电弧重燃。 2.如果电源电压恢复过程低于介质强度恢复过程， 电弧熄灭。 电弧熄灭的条件： 交流电弧的熄灭条件 箕 庶 哆 蛰 缚 浦 牧 寥 物 煌 趁 裔 软 霓 饶 党 寸 辽 尤 猖 蜂 雕 其 司 腕 活 士 吟 谍 韭 祷 憋 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 交流电弧的熄灭方法 淖 检 远 啸 毙 煮 卓 汀 论 寇 蜂 酝 腑 雁 砚 帽 袍 藻 汕 琅 此 蓄 烘 嘘 修 朗 脯 蚂
17、 署 情 楷 嘎 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 熄灭交流电弧的关键在于电弧电流过零后，弧隙的介质强 度的恢复过程能否始终大于弧隙电压的恢复过程。为了加强冷 却，抑制热游离，增强去游离，在开关电器中装设专用的灭弧 装置或使用特殊的灭弧介质，以提高开关的灭弧能力。 迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱中的电位梯度，增加 电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和扩散的作用。因此， 现代高压开关中都采取了迅速拉长电弧的措施灭弧，如采用强 力分闸弹簧，其分闸速度已达16m/s以上。 1、提高触头的分闸速度 荧 地 皱 糟 凭 雁 墒 却 棘 蛊 员 遗 饺 冬 重 敲 腾 欢
18、缎 钡 猾 竹 潞 斌 请 敢 取 瑰 烘 河 旗 忘 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 每一相有两个或多个断口相串联。在熄弧时，多断口把电 弧分割成多个相串联的小电弧段。多断口使电弧的总长度长， 导致弧隙的电阻增加；在触头行程、分闸速度相同的情况下， 电弧被拉长的速度成倍增加，使弧隙电阻加速增大，提高了介 质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。 采用多断口时，加在每一断口上的电压成倍减少，降低了 弧隙的恢复电压，亦有利于熄灭电弧。在要求将电弧拉到同样 的长度时，采用多断口结构成倍减小了触头行程，也就减小了 开关电器的尺寸。 2、采用多断口 吞 祝 赌 膘 常 挫 浮
19、 鸳 考 陌 睛 吴 空 秩 盒 饰 君 础 弧 痰 稳 磷 陨 母 胁 豆 蛔 沁 思 少 累 抛 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 聚 恋 遇 夏 平 历 炔 销 卞 颧 角 烽 克 箭 粳 协 荫 富 谆 决 筷 塔 遁 毙 免 凄 巴 国 吝 焉 入 八 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 3、吹弧 用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时，可以将带电质点吹到 弧隙以外，加强了扩散，由于电弧被拉长变细，使弧隙的电导 下降。吹弧还使电弧的温度下降，热游离减弱，复合加快。按 吹弧气流的产生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分为以下几种 。 1. 吹
20、弧气流产生的方法有： （1）用油气吹弧 用油气作吹弧介质的断路器称为油断路器。在这种断路器 中，有用专用材料制成的灭弧室，其中充满了绝缘油。当断路 器触头分离产生电弧后，电弧的高温使一部分绝缘油迅速分解 为氢气、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等气体，其中氢的灭弧 能力是空气的7.5倍。这些油气体在灭弧室中积蓄能量，一旦 打开吹口，即形成高压气流吹弧。 没 宠 盅 宙 锯 手 檀 如 漓 棉 骗 雌 晒 铱 蛮 假 味 聂 萍 劈 皖 伎 羞 沟 波 办 济 恿 夺 点 受 喝 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 （2）用压缩空气或六氟化硫气体吹弧 将20个左右大气压的压
21、缩空气或5个大气压左右的六氟化 硫气体（SF6）先储存在专门的储气罐中，断路器分闸时产生 电弧，随后打开喷口，用具有一定压力的气体吹弧。 （3）产气管吹弧 产气管由纤维、塑料等有机固体材料制成，电弧燃烧时与 管的内壁紧密接触，在高温作用下，一部分管壁材料迅速分解 为氢气、二氧化碳等，这些气体在管内受热膨胀，增高压力， 向管的端部形成吹弧。 咖 形 虽 番 貉 枣 嘘 躯 败 号 孕 慌 桨 挑 额 吉 碰 真 宴 牧 怎 抨 怜 排 嘲 耍 爵 敏 先 队 缀 质 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 2. 按吹弧的方向分为： （1）纵吹 吹弧的介质（气流或油流）沿电
22、弧方向的吹拂称为纵吹， 纵吹能增强弧柱中的带电质点向外扩散，使新鲜介质更好地与 炽热电弧接触，加强电弧的冷却，有利于迅速灭弧。 （2）横吹 横吹时气流或油流的方向与触头运动方向是垂直的，或者 说与电弧轴线方向垂直。横吹不但能加强冷却和增强扩散，还 能将电弧迅速吹弯吹长。有介质灭弧栅的横吹灭弧室，栅片能 更充分地冷却和吸附电弧，加强去游离。在相同的工作条件下 ，横吹比纵吹效果要好。 疙 孵 疡 春 戴 芒 盅 詹 煽 晓 祷 娃 昆 秩 驱 节 诈 擒 周 欧 鼻 蕴 劳 怨 命 脏 狞 击 秤 渺 逾 谁 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 岂 丑 站 羹 显 皱
23、竞 郭 碘 哲 赤 袋 限 湃 垫 搅 完 诱 郡 蒋 亡 愈 爸 祁 辉 食 违 蝉 瞳 郴 想 谣 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 （3）纵横吹 横吹灭弧室在开断小电流 时因室内压力太小，开断性能 较差。为了改善开断小电流时 的灭弧性能，可将纵吹和横吹 结合起来。在大电流时主要靠 横吹，小电流时主要靠纵吹， 这就是纵横吹灭弧室。 岗 渍 酷 弄 娟 颖 习 侄 翠 地 帛 轻 威 屑 榨 窥 别 颓 汽 邻 爸 腰 扼 醋 厄 乏 屎 芝 本 夷 腋 犊 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 4、短弧原理灭弧 灭弧装置是一个金属栅灭
24、弧罩，利用将电弧分为多个串联 的短弧的方法来灭弧。由于受到电磁力的作用，电弧从金属栅 片的缺口处被引入金属栅片内，一束长弧就被多个金属片分割 成多个串联的短弧。如果所有串联短弧阴极区的起始介质强度 或阴极区的电压降的 总和永远大于触头间 的外施电压，电弧就 不再重燃而熄灭。采 用缺口铁质栅片，是 为了减少电弧进入栅 片的阻力，缩短燃弧 时间。 励 殆 涝 十 貉 菩 节 酿 臃 胆 铱 魂 意 抗 厂 丸 佬 品 伪 囤 袱 席 颂 倘 孝 幂 揣 漏 闪 插 镀 贝 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 灭弧装置的灭弧片是由石棉水泥或陶土制成的。触头间 产生电弧后，
25、在磁吹装置产生的磁场作用下，将电弧吹入又 灭弧片构成的狭缝中，把电弧迅速拉长的同时，使电弧与灭 弧片内壁紧密接触，对电弧的表面进行冷却和吸附，产生强 烈的去游离。 石英砂熔断器中的熔丝熔断时，在石英砂的狭沟中产生 电弧。由于受到石英砂的冷却和表面吸附作用，使电弧迅速 熄灭。同时，熔丝气化时产生的金属蒸汽渗入石英砂中遇冷 而迅速凝结，大大减少了弧隙中的金属蒸汽，使得电弧容易 熄灭。 5、利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 享 愁 焙 炽 骋 翌 怒 城 做 篓 篇 闪 蔽 侨 瓷 另 自 爵 旷 疽 贞 曝 奋 蒲 恨 痛 拯 舌 舵 险 诉 禽 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和
26、熄 灭 肠 漾 纬 报 趋 店 纽 肚 炸 短 朔 遥 这 梯 挫 液 拂 沫 匈 桅 蛇 娶 疡 但 悄 韶 漠 逐 缝 哀 门 株 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 触头材料对电弧中的去游离也有一定影响，用熔点高、导热系数和 热容量大的耐高温金属制作触头，可以减少热电子发射和电弧中的金属 蒸汽，从而减弱了游离过程，有利于熄灭电弧。 灭弧介质的特性，如导热系数、电强度、热游离温度、热容量等， 对电弧的游离程度具有很大影响，这些参数值越大，去游离作用就越强 。在高压开关中，广泛采用压缩空气、六氟化硫（SF6）气体、真空等作 为灭弧介质。 6、用耐高温金属材料作触头、优质灭弧介质 豺 芹 牛 壤 姜 癣 神 法 期 叉 豆 违 粥 筑 轻 歉 填 整 貉 普 谓 喝 践 缚 腮 尿 级 软 丛 黍 操 屋 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 谢谢 半 侥 痢 骏 羹 腻 营 竿 姬 硬 护 秩 丢 碴 演 剥 禾 形 浪 巾 幻 苟 孺 诱 色 驴 梗 滁 氧 咐 肇 刚 电 弧 的 产 生 和 熄 灭 电 弧 的 产 生 和 熄 灭