开关电弧的产生与熄灭教学课件PPT.ppt

开关电弧的产生与熄灭,开关电弧的产生与熄灭,当断路器断开电路时，如果电路电在 10v20v，电流在80ma100ma以时，在触头间隙中会产生一团温度极高、发出强光和能导电的近似于圆柱形的气体，这就是电弧。,熟悉开关电弧产生与熄灭的基本规律，对研究各种开关的结构和工作原理，正确地选用与维护，是十分必要的。,电弧是开关设备在开断过程中的必然现象。,1. 电弧的产生,在高热和强电场作用下，金属内部的自由电子从阴极表面逸出，奔向阳极；这些自由电子在电场中运动时，要撞击中性气体分子，使之激励或游离，产生正负离子或电子，而后者在强电场作用下继续向阳极移动时，还要撞击其他中性分子。 如此反复，在触头间隙中雪崩式地产生了大量的带电子负离子和电子，终于使气体导电形成了炽热的电子流即电弧。,触头间电弧燃烧的区域称为弧隙。 弧隙中带电质点不断增多的游离过程可以分 以下途径： （1）强电场发射；（2）碰撞游离； （3）热游离； （4）热电子发射,开关电弧的产生强电场发射,在断路器触头分开的最初瞬间，触头电极的表面受到外加电压所形成的强电场的作用，金属电极表面的电子就会在电场力的作用下被拉出，即发生了所谓强电场发射。,金属表面发射电子的数量决定于极间电场强度的高低。 当电场强度超过107v/cm时，即使金属表面温度不高，其电子发射量也会显著增加。,名义平面的相互接触,在显微镜下观察都是 凹凸不平的,开关电弧的产生(2)碰撞游离,当有一定强动能的电子撞击到某种气体的中性质点时，可使其间电子被释放出来，游离成正离子和新的自由电子。 被撞击的电子和原来的电子又会在电场作用下向阳极作加速运动，获得足够动能后，又将撞击其它中性质点，产生更多的自由电子和正离子，使带电质点浓度迅速增加。 这一游离过程即称为碰撞游离。,开关电弧的产生(3)热游离,在高温下，气体分子和原子热运动加快，它们互相碰撞，在温度足够高时会撞击产生离子和自由电子，这种现象称为热游离。,随着触头开距的加大，触头间的电场强度逐渐减少，失去了强电场发射条件，此后的弧隙自由电子，则由阴极表面产生热电发射来继续提供。,因此，弧隙自由电子由强电场产生，热电发射维持；电弧由碰撞游离产生，热游离维持。,2. 电弧的熄灭,在电弧放电发生后，介质中不但存在着中性质点的游离过程，同时还存在着去游离过程。游离与去游离是二个相反的过程。 在电弧中当游离大于去游离时，电子与离子浓度增加，电弧加强；相等时，电弧稳定燃烧；当游离小于去游离时，电弧减小以至熄灭。 所以要促使电弧熄灭，就必须削弱电弧的游离作用，加强其去游离作用。 去游离的方式主要有两种： 1复合 2扩散,2. 电弧的熄灭复合,复合就是异号带电质点彼此的中和。 是指带异性电荷的质点相互接触，交换多余电荷而形成中性质点的现象。 带电质点浓度越大，复合率越高。 故断路器采用小直径的灭弧室，提高弧隙带电质点的浓度，增强其灭弧性能。 电弧温度越低，复合就越容易。故加强电弧冷却，能促进复合。在交流电弧中，当电流接近零时，弧隙温度骤降，此时复合特别强烈。 弧隙电场强度小，复合的可能性增大。故提高断路器的开断速度，对复合有利。,2. 电弧的熄灭扩散,扩散是指带电质点逸出弧道的现象。 电弧中扩散主要原因是： 弧区与周围介质的温差越大，扩散越强烈。用冷却介质吹弧，或电弧在周围介质中运动，都可增大弧区与周围介质的温差，加强扩散作用。 弧区与周围介质粒子的浓度相差越大，扩散越强烈。电弧的表面积越大，扩散就越快。,灭弧的基本方法,交流开关的电弧能否迅速熄灭，取决于弧隙介质绝缘强度的恢复和弧隙恢复电压。 加强弧隙的去游离速度，降低弧隙电压的恢复速度与最大值，均能促使电弧熄灭。 目前开关电器采用的灭弧方法主要有以下几种：,1）拉长电弧 2）纵缝灭弧 3）金属栅片灭弧 4）固体产气灭弧 5）石英沙灭弧 6）流体介质灭弧 7）真空灭弧室灭弧,1、利用气体吹动电弧,利用压缩气体来吹动电弧的有空气断路器与六氟化硫断路器。 利用电弧高温，使固体有机物分解出气体来吹动电弧的有负荷开关、自产气开关和熔断器等。,竖吹,横吹,气吹灭弧是利用压缩空气来熄灭电弧的。 开断电路时，将预先储备好的压缩空气用管道引向燃弧区猛烈吹弧。 压缩空气作用于电弧，一方面带走大量热量、降低弧区温度，另一方面则吹散电离气体用新鲜高压气体补充空间。,用六氟化硫（sf6）气体来代替空气进行气吹灭弧。六氟化硫具有优良的电绝缘性和灭弧特性，相同条件下，其绝缘能力为空气、氮气的2.5倍以上，灭弧能力为空气的100倍。所以用sf6气体吹弧时，可采用不太高的压力和吹弧速度，就能在高电压下断开相当大的电流。 sf6气体灭弧已广泛用于高压断路器，同时sf6气体还广泛用于全封闭式高压组合及成套设备中作为灭弧和绝缘的介质。,油吹灭弧装置是以变压器油为介质。 产生电弧后，电弧将油汽化、分解而形成油气。油气中主要成分是氢，在油中以气泡的形式包围电弧，使电弧在其中燃烧。 利用氢气的高导热性和低粘度加强对弧柱的冷却作用，使电弧的热量散发。另外，由于存在着温度差，使气泡产生运动，又进一步加强了电弧的冷却。 为提高其灭弧效果，油箱中加设一定机构，使电弧定向运动，这就是油吹灭弧。 油吹灭弧应用于各种油断路器中。,2. 利用油流吹动电弧,电弧在电磁力作用下产生运动的现象，叫电磁 吹弧。,3电磁吹弧,当电弧需要较大的电动力吹入灭弧室时，就要采用专门的磁吹装置 。,磁吹弧,磁力拉弧,电动力吹弧,4使电弧在固体介质的狭缝中运动,用耐弧塑料（如陶土、石英、三聚氰胺和mp-1塑料）制造的具有纵缝的灭弧室来限制弧区扩展并加速冷却以削弱热电离。,5将电弧分割成短弧（金属栅片灭弧）,6采用多断口灭弧 7弧隙并联电阻,当真空度为510 mm汞柱时，自由电子在弧隙中作定向运动时几乎不会和气体分子或原子相碰撞，也就不会发生撞击电离或电场电离。