开关电器典型灭弧装置地工作原理

1、实用标准文案开关电器典型灭弧装置的工作原理教学基本内容：? 开关电器典型灭弧装置的工作原理? 提高灭弧装置开断能力的辅助方法概述当电源电压超过数十伏、 开断电流在数十安以上时， 为减少 电弧对触头的烧损和限制电弧扩展的空间， 通常需要采取加强灭 弧能力的措施，为此而采用的装置称为灭弧装置。这些灭弧装置的灭弧原理主要有下列十几种：置，1简单开断；3纵缝灭弧装置；5金属栅片灭弧装置；7石英砂灭弧装置；2磁吹线圈；4绝缘栅片灭弧装6固体产气灭弧装8变压器油灭弧装文档置；9压缩空气灭弧装置；10 SF6 灭弧装置；11 真空灭弧装置。此外，为了增加灭弧装置的开断能力， 通常可以采用下列辅助方 法：1在

2、弧隙两瑞并联电阻；2. 附加同步开断装置；3附加晶闸管装置。 上述灭弧装置的灭弧原理是：(1) 在大气中依靠触头分开时的机械拉长，使 L 增大；(2) 利用流过导电回路或特制线圈的电流在燃弧区产生 磁场，使电弧迅速移动和拉长；(3) 依靠磁场的作用，将电弧驱入用耐弧材料制成的狭缝 中，以加强电弧的冷却和消电离；(4) 用金属板将电弧分隔成许多串联的短弧；(5) 在封闭的灭弧室中，利用电弧自身能量分解固体材料， 产生气体， 以提高灭弧室中的压力， 或者利用产生的气体进行吹 弧；(6) 利用电弧自身能量， 使变压器油分解成含有大量氢气的 气体并建立起很高的压力，再利用此压力推动冷油和气体去吹弧；(

3、7) 利用压缩空气吹弧；(8) 利用 SF6 气体吹弧；(9) 在高真空中开断触头，利用弧隙中由电极金属蒸汽形 成的弧柱在电流过零时迅速扩散的原理进行灭弧；(10) 利用石英砂等固体颗粒介质， 限制电弧直径的扩展和 加强冷却。开关电器典型灭弧装置的工作原理一、拉长电弧 (1)大气中，利用机械拉长电弧方式的原理与图例。电弧放长后， 电弧电压就增大， 其静态伏安特性向上移 动。如下图示， 除依靠触头分开拉长电弧以外， 还可依靠导电回 路的电流产生的磁场使电弧弯曲来拉长电弧。 前者沿电弧的轴向 (亦称切向 )拉长电弧，后者是沿着垂直于弧轴的方向 (亦称法向 ) 拉长电弧。圈5-1沿呦向耳型潼向叫拉杜

4、电議依靠拉长电弧使之恰好熄灭的最短长度，称为临界长度，记为Lj。刀开关拉长电弧的例子。图刀幵我申的电弧茕負悄俺1 一刚XJ 2 欝融头 $电弧(2)利用流过导电回路的特制线圈的电流在燃弧期间产生 磁场，使电弧迅速移动和拉长。下图的b还增加了引弧角。H5-3科胭电醐财产生啊动力那电艮二、磁吹灭弧：可用于低压直流和交流接触器中。对后者，为减少涡流损耗 和避免由于钢夹板中磁通与电弧电流相位不同而产生反向电动 力，铁心 2 上可开一槽 8（如图 5-4 所示 ）或者用硅钢片叠成。当铁心不饱和时，如果磁吹线圈的开断大电流时产生的磁场 适当，则在开断小电流时将因电动力过小而引起吹弧困难。 当然， 也可以设

5、计成磁吹线圈在开断小电流时产生的磁场适当。但这样做， 一方面将使磁吹线圈的匝数增加， 增大了线圈体 积和多用有色金属；另一方面将使开断大电流时产生的磁场过 强，过强的磁场不仅会使燃弧区扩展过大和容易产生不能允许的 过电压， 而且因为因为在触头刚分瞬间， 触头间形成的熔化金属 桥可能被过大的电动力驱赶到接触区以外去， 使得触头的电磨损 大大增加。?1H5-4世-疑己蛊专谥材利匚：P盘门JSfcKia ；认亡玉 fliJ电現和远百一曲肚畀为缓和上述矛盾，可以通过适当选择磁吹线圈的匝数以及铁心和钢夹板的截而积，使得开断小电流时磁场加强， 在开断大电 流时则由于磁路饱和而磁场不致过强。 这样，电弧所受

6、到的电动 力将不再随开断电流成平方倍数地增加。三、纵缝灭弧装置所谓纵缝就是灭弧室的缝隙方向与电弧的轴线平行。此灭弧装置的工作原理是利用磁吹线圈产生的磁场将电弧驱入耐弧绝缘材料（石棉、水泥、陶土等）制成的具有纵缝的灭弧 室中进行灭弧。它既可用于熄灭直流电弧， 也可用于熄灭交流电 弧。按缝隙的尺寸和形式，它们又分两种，如图5-5所示。图5-5a 表示一单纵缝灭弧装置的原理结构。图中， 1 为用耐弧绝 缘材料制成的灭弧室壁， 2 为磁吹线圈的钢夹板， 3 为电弧。通常上部缝宽小于熄灭电弧的直径。由图 5-6 可见，当电流增大（横坐标向右）时，纵缝灭弧装 置中电弧的 “伏安特性” 随电弧电流增加而下降

7、的程度比自由 燃弧时的“伏安特性” 下降程度要缓得多； 特别当电流很大时， E 可以认为是常数。随着缝宽的减小和电弧横向运动速度的提高， 电弧的“伏 安特性”也将升高，这表明灭弧能力也随之增强。采用多纵缝可以减小电弧进入上部窄缝的阻力， 在驱动电弧 运动的电磁力给定时， 可以采用比单纵缝灭弧室更小的缝隙。 这 使灭弧空壁对电弧的冷却和消电离作用更强。多纵缝灭弧装置广泛用于低压接触器中。莎Jn浜軸_,詈一匚res-s就避疋担整査曲嵐址泊沟八呻沁 i? trijrl S 纵豪狀1 一骨牡臭2 天彗室i-*te5 4、5. 丁一出扎 仔一立tfe开断电流越大，则单位时间内产生的气体越多，灭弧室内压力

8、越高，吹弧力量越强，于是燃弧时间越短；当开断较小电流时，灭弧室内压力越低，吹弧力量减弱，燃 弧时间增长，实际上没有吹弧作用，即相当于在油中简单开断。由图可见，燃弧时间有一最大值，相应于最大燃弧时间的电 流称为临界电流llj。其数值视灭弧装置的具体结构而异，一般为几十安到上千安。自能吹弧灭弧装置的极限开断电流 llx主要决定于灭弧室的 机械强度。觀口蜀吹 KL 灭时同5和开晰电嵐匚的关峯九、压缩空气灭弧方式。在开断电路对，将预先储备好的压缩空气用管道引向燃弧区，利用压缩空气猛烈吹弧和提高燃弧区的压力，使电弧熄灭的装置叫做压缩空气灭弧装置。按照气流吹弧的方向分横吹式和纵吹式两类。横吹式缺点较多，已

9、淘汰，现主要介绍纵吹式。十、SF6灭弧装置。SF6是无色、无臭、无毒、无公害和不燃烧的气体。其沸点在大气压时为-60 C,加温到150 C都不易与其他物 质起化学反应，到500 C时仍不能自行分解。它的密度是空气的 5倍。常温时的传热能力（包括对流在内）为空气的1.6倍。它具有很高的绝线性能。在压力为O.IMPa时约为氮气的56倍，当压力为0.16MP时已与变压器油相等，而击穿电压为压缩空气的23倍。所以，采用SF6作为绝缘介质可以大大减小绝缘间隙的尺寸 和缩小电器的体积。SF6另一突出的优点是它只有很强的灭弧能力。主要原因有三 条。SB那压纳空吒成狐鬟覽前源理绪拘歼Tfti去祁妊怦联的1Mi

10、r T楚攣翦a 1-4V卜罔$趙头起舄曾就訂 丄一楚头J-jK M 3电黑一十證*是臂蛭曲1杯矩我，一恃狀豊聲强丄一晞増書金的花穿电丞U必随P变化的关董图5-24 SF装置的原醐结构*1功融头士一馆.扯曼 3比缘帧M 4匡比或吕一国是居塞b庭祗武 朝融头 2令国買向 3缰瓯4-椁竝头&-挣健矢壇 d絶缘何S5-23梢|气和SF冲孤桩温度丁沿弧牲半轻分布的情况1一、真空灭弧装置由于空气稀薄，空气分子及其电子的平均自由行程加长，这就使弧中气体粒子受到其他粒子碰障而电离的几率大大减少。因此，真空具有很高的绝缘和灭弧性能。将触头在高度真空中开断便构成有很高开断能力的灭弧装置。按照触头结沟的不同，真空灭

11、弧装置分带圆柱状触头、带螺旋槽的磁吹触头和带纵磁场线圈的触头三种。图5-29是带圆柱状触头真空灭弧装置的原理结构图5-39带对端式触头真空火鴉装慢的踣构I 一肾庵仟2疲纹嘗3玉期外罢劝胞头5e静触头在一定条件下，真空的击穿电压比空气高得多，但是，它受触头材料、电极形状、特别是电极表面粗糙度和电极上有无脏圬影响很大。真空灭弧装置的触头形状示例。圉A浙带燻根抬的確吹融头to 啾凸曲测 t ）下扯头的血枫E!提高灭弧装置开断能力的辅助方法一、并联电阻帮助灭弧电路，图5-33是图5-32的简化图。并联电阻有助于灭弧。二、附加同步开断装置由于交流电流每秒要通过零点 2f（f是电源频率）次。如果我 们能使

12、开关电器的触头在电流过零瞬时分开， 并以极高的速度拉 开到足以承受恢复电压而不发生间隙击穿的距离， 则此时弧隙中 将不产生电弧，也不存在所谓热击穿阶段。同时，由于弧隙是未电离的，只需较小的极间距离，就可承受较高的恢复电压。这种开断电路的方法叫做同步开断，而相应的开关电器叫做同步开关开关。a M2!imns图5討 弧匱中低流过零之前的电博分配情况由上述可见，这种理想的同步开关可以无需采用灭弧装置。然而，事实上，实现这一方案非常困难。其原因主要是:(1) 技术上还不能保证开关电器的触头稳定地每次恰在电流 过零时分开；(2) 还没有比较简便的方法使开关电器的动触头获得所需的 高速度。工程上获得实际应

13、用的是带灭弧装置的同步开关，即在现有的开关电器灭弧装置上加装同步装置， 使触头在电流过零前一极短时 刻(例如Ims左右)分开，同时提高触头运动速度，使触头从分开 到电流过零这段时间内动、静触头能分开到足够距离。三、附加晶闹管装置晶闸管具有可控单向导电的性质。如图5-38 a，如果将它和开关电器 S并联，并且当交流电流I 的流向如图所示的方向时，将开关 S 的触头分开，同时使晶闸 管V触发导通，于是开断电流将从 V中流过。由于V的电压降 大大低于生弧电压，弧隙中将无电弧。此后，当晶闸管 v 中交流 电流过零时，它将自动闭锁，于是电路被开断。这种综合有触头 开关电器和晶闸管而成的开关，常称为混合式开关。这样做的好处：(1) 触头分开时刻的稳定性要求降低；(2) 有较长的时间让动触头在电洫过零时达到一定的开距， 从而可以减小动触头的运动速度。 这