电弧的特性和熄灭方法.ppt

第二章高压开关电器 第一节开关电器中的电弧 二 教学内容 本节教学内容一 直流电弧的特性二 直流电弧的熄灭三 交流电弧的特性四 交流电弧的熄灭五 熄灭交流电弧的基本方法 首页 一 直流电弧的特性 稳定燃烧的直流电弧压降由阴极区压降 弧柱压降和阳极区压降三部分组成 电弧阴极区压降近似等于常数 它与电极材料和弧隙的介质有关 弧柱压降与弧长成正比 阳极区的电压降比阴极区的小 二 直流电弧的熄灭 熄灭直流电弧方法 1 冷却或拉长电弧 增大电弧电阻和电弧电压 2 增大线路电阻 如熄弧过程中串入电阻 3 长弧分割成串联短弧 利用短弧的特性 使得电弧电压大于触头施加的电压时 则电弧即可熄灭 在高压大容量的直流电路中 如大容量发电机的励磁电路 一方面采用冷却电弧和短弧原理的方法来熄弧 另一方面采用逐步增大串联电阻的方法来熄弧 三 交流电弧的特性 1 动态特性2 热惯性3 自然过零 电弧的温度 直径以及电弧电压随时间变化 电弧电压呈马鞍形变化 电流小时 电弧电压高 电流大时 电弧电压减小且接近于常数 A点 燃弧电压B点 熄弧电压 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 电流过零时 电弧自然熄灭 如果电弧是稳定燃烧的 则电弧电流过零熄灭后 在另半周又会重燃 如果电弧过零后 电弧不发生重燃 电弧就熄灭 四 交流电弧的熄灭 电弧重燃取决于弧隙介质绝缘能力或介电强度和弧隙电压的恢复 1 弧隙介质介电强度的恢复 恢复过程 电弧电流过零 电弧熄灭时 弧隙中去游离作用继续进行 弧隙电阻不断增大 弧隙介质的介电强度要恢复到正常状态值所需要的过程 介质介电强度的恢复速度与冷却条件 电流大小 开关电器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质有关 低压电器常利用近阴极效应来灭弧 影响介质介电强度恢复速率的主要因素 1 弧隙温度 2 弧隙介质特性 3 灭弧介质的压力 4 断路器触头的分断速度 四 交流电弧的熄灭 2 弧隙电压的恢复过程 电流过零后 弧隙电压从熄弧电压恢复到电源电压的过程 用Uhf t 表示 恢复过程与电路参数 负荷性质等有关 受电路参数等因素的影响 电压恢复过程可能是周期性的变化过程 也可能是非周期性变化过程 不会在电压恢复过程中出现过电压 周期性振荡的恢复电压更容易超过弧隙介质强度 造成电弧重燃 四 交流电弧的熄灭 3 交流电弧不发生电击穿的条件Uj t Uhf t 在交流电弧的灭弧中 应充分利用交流电流的自然过零点 采取有效的措施 加大弧隙间去游离的强度 使电弧不再重燃 最终熄灭 五 熄灭交流电弧的基本方法 1 吹弧2 采用多断口灭弧3 提高分闸速度 利用灭弧介质 气体 油等 在灭弧室中吹动电弧 广泛应用在开关电器中 特别是高压断路器中 横吹 吹弧方向与电弧轴线相垂直 纵吹 吹动方向与电弧轴线一致 纵横吹 将纵吹和横吹结合起来 熄弧时 利用多断口把电弧分解为多个相串联的短电弧 使电弧的总长度加长 弧隙电导下降 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 促使弧隙电导迅速下降 提高了介电强度的恢复速度 另一方面 加在每一断口上的电压减小数倍 输入电弧的功率和能量减小 降低了弧隙电压的恢复速度 缩短了灭弧时间 迅速拉长电弧 有利于迅速减小弧柱内的电位梯度 增加电弧与周围介质的接触面积 加强冷却和扩散作用 如采用强力分闸弹簧 五 熄灭交流电弧的基本方法 4 用耐高温金属材料制作触头5 采用优质灭弧介质6 短弧原理灭弧7 利用固体介质的狭缝灭弧装置灭弧 用熔解点高 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气 减弱游离过程 利于电弧熄灭 如铜钨合金和银钨合金 灭弧介质的特性 如导热系数 介电强度 热游离温度 热容量等 对电弧的游离程度有很大影响 这些参数值越大 去游离作用越强 油 压缩空气 SF6气体 真空 利用一个金属灭弧栅将电弧分为多个短弧 利用近阴极效应的方法灭弧 常用于低压开关电器中 如自动开关和电磁接触器等 广泛应用于低压开关 磁场产生的方法 1 磁吹线圈与电路串联 2 磁吹线圈与电路并联 3 永久磁铁 思考练习 思考练习1 交流电弧有什么特征 熄灭交流电弧的条件是