电弧及电气触头的基本理论.ppt

泸州职业技术学院,电气一次,1,第3章 电弧及电气触头的基本理论,高压电奇观,泸州职业技术学院,电气一次,2,教学要求：掌握电弧的特征 了解电弧形成的原因及电弧熄灭的基本方法 影响触头电阻的因素。 重 点：电弧熄灭的基本方法。影响触头电阻的因素。 难 点：电弧形成的原因,泸州职业技术学院,电气一次,3,3-1 电弧的形成和熄灭,.电弧产生的条件： 断开电路时，触头间电压大于1020V；电流大于80100mA 2.带电质点的来源： 电极发射大量自由电子 强电场发射强电场力 热电子发射高温 电极间弧柱气体游，产生大量的电子和离子 碰撞游离电场力的作用，由高速运动的电子作用产生 热游离高温（起弧），由中性质点热运动碰撞产生,3.1.电弧的形成：大量带电质点在电场力的作用定向运动,泸州职业技术学院,电气一次,4,3.电弧的形成,阴极发射（起因）碰撞游离（重要因素）击穿（量变到质变）热游离（主要因素）维持发展,泸州职业技术学院,电气一次,5,电弧的放电现象是一种气体自持放电。 电弧是一种离子通道（载流通道）：只有触头间的电弧熄灭后，电流才真正切断。 电弧的温度很高、能量大：容易烧坏触头，或使触头周围的绝缘材料遭受破坏。 电弧燃烧时间过长，压力过高，有可能使电器发生爆炸事故。 质量轻，在外力的作用下易变形,4.电弧的特点,泸州职业技术学院,电气一次,6,关键是加强去游离作用 介质的游离作用电弧产生 介质的去游离作用电弧熄灭 1去游离：正、负质点相互吸引中和为中性质点。 2熄弧条件 游离与去游离谁主导？ 当游离去游离电弧电流（剧烈燃烧） 当游离=去游离电弧电流不变（稳定燃烧） 当游离去游离电弧电流（熄灭）,带电质点不断消失,3.1.2 电弧的熄灭,泸州职业技术学院,电气一次,7,复合 异性质点靠近而相互中和的现象。 冷却 扩散 带电质点逸出弧柱外的现象。 吹弧 影响游离和去游离的因素 电弧温度：热游离Q速度复合加强Q 使温度降低的方法有：吹弧、拉长电弧、或与冷却介质表面接触。 电场强度：E运动速度复合Q热游离 气体介质的压力：F自由行程缩短离子浓度复合 真空数目少磁撞游离扩散 介质特性：包括气体的介电强度、导热系数、热量量、电负荷 电极材料：铜、银、铜钨、银钨合金具有熔点高、导热能力强、热容量大的特点，可减少热电子发射和弧柱中的金属蒸气。,3.去游离方式,泸州职业技术学院,电气一次,8,提高触头的开断速度（分闸弹簧） 冷却电弧（油、SF6、真空、压缩空气） 拉长电弧 吹弧 增大绝缘介质气体压力 将触头置于真空灭弧室中 将长弧分割成多段短弧。,4.熄灭电弧的基本方法,泸州职业技术学院,电气一次,9,3.2 直流电弧的特性及熄灭,泸州职业技术学院,电气一次,10,3.2.1 特 性,1.静态伏安特性曲线 为发弧电压、即产生电弧的最小电压值,泸州职业技术学院,电气一次,11,=阴极区电压+弧柱区电压+阳极区电压,2.电弧电压分布图,泸州职业技术学院,电气一次,12,Uh=阴极区电压U阴极区+弧柱区UH+阳极区U阳极区 或： U阴极区，大小与ih无关，在空气中U=811V UH与ih呈线性关系 U阳极区 U阴极区、且随ih增大而减小甚至为零 短弧：几个mm长、主要由U阴极区+ U阳极区组成,UH近似于零 长弧：几个cm几个m长，主要由UH组成,2.电弧电压分布图,泸州职业技术学院,电气一次,13,近阴极效应（短弧原理）,将长弧沿垂直方向切割成多段电弧串联，每一段即构成一个短弧，获得一个阴极区压降。 如果加在触头间的电压小于各段短弧的阴极电压之和，则电弧就不能维持而熄灭。,泸州职业技术学院,电气一次,14,3.2.2 直流电弧的工作点,具有直流电弧的RL电路,泸州职业技术学院,电气一次,15,E电源电压。 iR电阻电压。 电感电阻电压 Uh电弧电压,1.电压方程式,2.直流电弧的熄灭条件,泸州职业技术学院,电气一次,16,3.2.3 直流电弧的熄灭方法,1.拉长电弧 2.开断电路时在电路中逐级串人电阻 3.在断口上装灭弧栅 4.冷却电弧 直流电弧的熄灭注意事项 在直流电路中不能采用灭弧能力太强的开关电器，避免产生过电压。,泸州职业技术学院,电气一次,17,33 交流电弧的特性及熄灭,泸州职业技术学院,电气一次,18,Uh马鞍形状。A B A燃弧电压 B熄弧电压,3.3.1 特 性,1.动态伏安特性曲线： 电弧电压和电流随时间不断变化，每一周期，电流过零2次,泸州职业技术学院,电气一次,19,电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周期随着电压的升高，电弧会重燃。 若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此熄灭。 2.热惯性：电弧温度的变化滞后于电流的变化,3.3.1 特 性,泸州职业技术学院,电气一次,20,3.3.2 交流电弧的熄灭,1.弧隙介质电强度的恢复过程Uj Uj弧隙介质能够承受而致使弧隙击穿的最小电压 过程： 电流过零前电弧的温度高，热游离强烈，弧隙的导电性能好 电流过零时弧隙温度剧降，热游离减弱，弧隙失去导电性能而恢复为绝缘介质。 电流过零后温度继续下降，弧隙介质电强度逐渐回升。这种现象称为交流电路的近阴极效应。 （电流极性改变后的0.11.0秒瞬间, 有Uj=150250V）,泸州职业技术学院,电气一次,21,2.弧隙电压的恢复过程Uhf,Uhf电压由熄弧电压恢复到电源电压的过程。 过程 1、电流过零前，电弧电阻很小，电源电压大部分降落在线路或负载的阻抗上。 2、电流过零时，电弧熄灭，最后变为绝缘介质，电源电压全部加在弧隙上。,泸州职业技术学院,电气一次,22,3.交流电弧的熄灭条件,两曲线无交点,泸州职业技术学院,电气一次,23,4.交流电弧的灭弧方法,(1)提高触头的分闸进度 迅速拉长电弧，E，冷却与扩散 (2)采用多断口灭弧 拉长迅速，行程， 灭弧时间提高了灭弧能力 (3)吹弧加强冷却和扩散 横吹将电弧吹弯吹长 纵吹将电弧吹细,泸州职业技术学院,电气一次,24,(4)利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 冷却,表面吸附电子，加强复合。 如：介质纵缝灭弧罩 介质填料灭弧管 (5)利用短弧原理灭弧 交流电路：电流自然过零时，每一短弧有150250v电压。 直流电路：每一短弧的阴极区有811v电压降。,4.交流电弧的灭弧方法,泸州职业技术学院,电气一次,25,(6)磁吹 利用电磁力驱动和拉长电弧至固体介质灭弧罩或金属栅灭弧罩中 (7)高压力气体介质灭弧 磁撞游离，复合 (8)真空灭弧 碰撞游离，热游离，扩散,4.交流电弧的灭弧方法,泸州职业技术学院,电气一次,26,34 电气触头,泸州职业技术学院,电气一次,27,1.概念：通过接触传导电流的两个或以上的金属导体的端接部分。 2.影响接触电阻的因素及降低其值的措施： （1）触头材料：铜铝过渡接头片 （2）接触压力： （3）接触形式：点、线、面接触的用途 （4）接触面的加工情况：平而不是光,3.4.1 概述,指两个或几个导体之间相互接触的部分,接触电阻,触头质量,决定,泸州职业技术学院,电气一次,28,1.结构可靠 2.由良好的导电性能和接触性能。 3.通过规定的电流时，发热温度不超过规定值。 4.开断规定容量的电流时有足够的抗熔焊和抗电弧烧伤能力 5.通过短路电流时，具有足够的动稳定和热稳定。,3.4.2 对电气触头的要求,泸州职业技术学院,电气一次,29,3.4.3 触头的分类和结构,按接触面的形式划分,平面触头,线触头,点触头,按结构形式划分,滑动触头,固定触头,可断触头,刀形触头,指形触头,插座式触头,泸州职业技术学院,电气一次,30,习题及思考题,31 何为电弧？简述断路器触头开断时断口电弧的形成过程及由此 而确定的基本灭弧方法。 32 直流电弧稳定燃烧的条件为何？灭弧栅何灭弧室在灭弧原理上由何差别？ 33 交