开关电器中的灭弧的原理教学课件PPT.ppt

1 第3章开关电器中的灭弧原理 2 在开关电器触头接通或分离时 触头间会产生电弧 电弧是电流流过触头间气体产生的 只要有电弧存在 电路就没有断开 且电弧的高温会烧坏开关 甚至会引起开关爆炸 所以要了解电弧理论 及开关中的灭弧原理 3 3 1电弧的产生和物理特性 4 3 1 1弧光放电及其特点1 气隙间电场足够大时引起电流通过气体 产生气体放电 2 气体放电的形式有辉光 电晕 弧光放电三种自持放电 3 弧光放电即电弧是一种气体自持放电 4 均匀电场中 气体击穿后随着电流增大将由辉光放电变为弧光放电 5 不均匀电场中气体击穿后随着电压的增高将由电晕放电变为弧光放电 5 3 1 2电弧的组成部分1 阴极区2 弧柱区3 阳极区 6 3 1 3电弧产生的条件 1 断开电路时 触头间电压大于10 20v 电流大于80 100ma2 具有大量带电质点 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 电极间弧柱气体游离 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 7 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 3 1 4电弧的形成 大量带电质点在电场力的作用定向运动 8 电弧产生的过程1 热电子 强电场发射电子 2 碰撞游离产生电弧 3 热游离维持电弧稳定燃烧 9 3 1 5电弧中的去游离 1 去游离 气隙中带电离子消失的过程 2 去游离的形式 1 复合 正 负质点相互吸引复和为中性质点 2 扩散 将正 负质点扩散移出开关电器中的灭弧过程就是去游离的过程 10 电弧的特点 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 11 电弧的危害 1 电弧的高温烧坏开关触头及部件 2 电弧长久不熄灭引起电气设备烧毁或爆炸 3 电弧的存在使故障长时间不能切除 使事故范围扩大 危及电力系统安全 4 电弧会危及人身安全 12 3 2直流电弧的熄灭 13 3 2 1直流电弧的伏安特性 14 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 15 2 电弧电压分布图 阴极区电压 弧柱区电压 阳极区电压 16 uh 阴极区电压u阴极区 弧柱区uh 阳极区u阳极区 u阴极区 大小与ih无关 在空气中u 8 11v 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长弧 几个cm 几个m长 主要由uh组成短弧 几个mm长 主要由u阴极区 u阳极区组成 uh近似于零 17 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 18 3 2 2熄灭直流电弧的方法1 增大回路电阻 具有直流电弧的r l电路 19 1 电压方程式e 电源电压 ir 电阻电压 uh 电弧电压 2 直流电弧的熄灭条件 20 2 将长电弧分割为多个短电弧 3 增长电弧长度 4 使电弧与耐弧绝缘材料紧密接触 3 2 3直流电弧熄灭时的过电压由于电路中有电感存在 在直流电路中不能采用灭弧能力太强的开关电器 因电流变化太快 易产生过电压 危及绝缘并引起电弧重燃 21 3 3交流电弧的熄灭 22 3 3 1交流电弧的特性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uh 马鞍形状 a ba 燃弧电压b 熄弧电压 23 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 交流电弧的熄灭主要是阻止电弧重燃 比直流电弧较易于熄灭 24 3 3 2弧隙介质强度uj的恢复过程 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 电流极性改变后的0 1 1 0秒瞬间 有uj 150 250v 25 3 3 3弧隙电压uhf的恢复过程 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 26 3 3 4交流电弧的熄灭条件 两曲线无交点 27 3 3 5熄灭交流电弧的基本方法 1 采用灭弧能力强的灭弧介质2 采用特殊金属材料作灭弧触头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4 采用多断口灭弧 拉长迅速 行程 灭弧时间 提高了灭弧能力 为使两断口电压分部均匀 装设均压电容 p30 28 5 提高断路器 开关 触头的分离速度 迅速