第03章电弧及电气触头的基本理论_secret.doc

第3章 电弧及电气触头的基本理论 教学要求:掌握电弧的形成及熄灭条件，熟悉电弧形成的物理过程、特性；掌握直流电弧及交流电弧的特性及熄灭条件；掌握开关电器常用的熄弧方法；了解电气触头的类型、工作条件；掌握接触电阻的形成、发展、后果及降低措施。3.1电弧的形成和熄灭概述电弧为一种气体游离放电现象现象：开关电器开断电路时，触关间产生的耀眼的白光。 电弧的存在说明电路中有电流，只有当电弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质时，电路才算断开。特征：电弧的能量集中，温度报高，亮度很强例：10kvQF断开20kv的电流，电弧功率达到一万kw以上 EMBED AutoCAD.Drawing.14 电弧由阴级区，阳极区和弧柱区组成弧柱处温度最高，可达67k0C到1万度以上在弧柱周围温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰，电流几手都人人弧柱内部流过。电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃烧的电压很低在大气中，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅1530v，在变压器油中，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅100220v电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易变形电弧在气体或液体的流动作用下或电动力作用下，能迅速移动、伸长或弯曲。电弧的形成1、带电质点的来源 电极发射大量自由电子：热电子+强电场发射 弧柱区的气体游离，产生大量的电子和离子：碰撞游离+热游离2、电弧的形成 EMBED Equation.3 eq oac(,) EMBED Equation.3 电弧的熄灭去游离介质的游离作用电弧产生 介质的去游离作用电弧熄灭 游离去游离电弧电流游离 去游离 游离=去游离电弧电流不变（稳定燃烧） 游离去游离电弧电流（熄灭） 复合：正负离子相互吸引，彼此中和去游离 扩散：弧柱中的带电质点由于热运动逸出弧柱外。影响游离和去游离的因素电弧温度： EMBED Equation.3 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 IhQ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、电负荷等电极材料：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。3.2 直流电弧的特性及熄灭一、特性：1、静态伏安特性曲线： EMBED Equation.3 EMBED AutoCAD.Drawing.14 EMBED Equation.3 为发弧电压、即产生电弧的最小电压值当 EMBED Equation.3 时，热游离， EMBED Equation.3 故 EMBED Equation.3 ， EMBED Equation.3 的变化与 EMBED Equation.3 成反比。2、电弧电压分布图： EMBED AutoCAD.Drawing.14 EMBED Equation.3 =阴极区电压（ EMBED Equation.3 ）+弧柱区（ EMBED Equation.3 ）+阳极区 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 ：大小与 EMBED Equation.3 无关，在空气中 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 ： BA燃弧电压B熄弧电压电弧在 EMBED Equation.3 自然过零时将自动熄灭，但下丰周期随着电压的升高，电弧远会燃。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二、交流电弧的熄灭1、弧隙介质电强度的恢复过程 EMBED Equation.3 弧隙介质电强度弧隙介质能够承受而不改使弧隙去穿的最小电压过程：电流 EMBED Equation.3 过零前， EMBED Equation.3 很高， EMBED Equation.3 很小，弧隙为良导电通道 电流 EMBED Equation.3 过零前后， EMBED Equation.3 ， EMBED Equation.3 具有一定抗电强度 电流 EMBED Equation.3 过零后， EMBED Equation.3 恢复不是从零开始近阴极效应：电流极性改善后的0.11.0 EMBED Equation.3 瞬间, EMBED Equation.3 2、弧隙电压的恢复过程， EMBED Equation.3 弧隙电压电压由熄弧电压恢复到电源电压的过程过程：电流 EMBED Equation.3 过零前， EMBED Equation.3 很小，电源电压大部分降落在线路或负载的阻抗上 电流 EMBED Equation.3 过零时，电弧熄灭，最后变为绝缘介质，电源电压使全部加在弧隙上。3、交流电弧的熄灭条件： EMBED Equation.3 EMBED AutoCAD.Drawing.14 三、交流电路的开断四、交流电弧的灭弧方法提高触头的分闸进度迅速拉长电弧，E，冷却与扩散采用多断口灭弧拉长迅速，行程，灭弧时间提高了灭弧能力吹弧加强冷却和扩散自能式 横吹将电弧吹考吹长油气 纵吹将电弧吹细外能力吹弧产气管纵吹利用固体介质的狭缝狭沟灭弧冷却，表面吸附电子。如： 介质栅灭弧罩 介质纵缝灭弧罩 介质填料灭弧管利用短弧原理灭弧 交流电路：电流自然过零时，第一短弧有150250v电压。 直流电路：每一短弧的阴极区有811v电压降。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高压力气体介质灭弧磁撞游离，复合真空灭弧碰撞游离，热游离，扩散34 电气触头一、分类：固定触头母线的联接，采用螺柱连接和压接两种；可动触头滑环与碳刷；可断触头QF，采用对接式和插入式。2、触头的接触电阻Rc接触电阻直接反映触头的工作状况其大小决定了触头的发热触头的工作情况三、触头的工作情况1、在长期负载电流下的工作负载电流I触头RcI2Rc发热降低 EMBED Equation.3 及提高通流途经的方法严防金属氧化层造成的恶性循环的方法2、在短时大电流下的工作在t很短的瞬间，电流很大，会在某一点集聚大热量 触头的熔焊 EMBED Equation.3 机械强度弹力对策：规定短时发热最高温度限值3、在大电流下的关合和分断 会出现弹跳现象可断触头触头间电弧可能会烧坏触头习题及思考题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 交流电弧电流