第五章 开关电器典型灭弧装置的工作原理

1、第五章 开关电器典型灭弧 装置的工作原理教学目的与要求：教学目的与要求： 掌握在当今开关电器中所使用的灭弧装置的灭弧原理，熟悉提高灭弧装置开断能力的辅助方法。教学重点与难点：教学重点与难点： 金属栅片灭弧装置、真空灭弧装置、SF6灭弧装置、石英砂灭弧装置第五章 开关电器典型灭弧装置的工作原理本本 章章 教教 学学 基基 本本 内内 容容（其中（其中红色内容红色内容是重点）是重点）1 1开关电器典型灭弧装置的工作开关电器典型灭弧装置的工作2 2提高灭弧装置开断能力的提高灭弧装置开断能力的的灭弧的灭弧辅助方法：并联低值辅助方法：并联低值电阻、附加同步装置、附加晶闸管装置。电阻、附加同步装置、附加晶

2、闸管装置。 通过本章的学习，通过本章的学习，学生掌握当今开关电器中所使掌握当今开关电器中所使用的灭弧装置的灭弧原理，熟悉提高灭弧装置开断能用的灭弧装置的灭弧原理，熟悉提高灭弧装置开断能力的辅助方法，便于在以后的工程实践中灵活运用。力的辅助方法，便于在以后的工程实践中灵活运用。概概 述述5-1 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理开关电器典型灭弧装置的工作原理5-2 5-2 提高灭弧装置开断能力的辅助方法提高灭弧装置开断能力的辅助方法小小 结结基基 本本 内内 容容 当电源电压超过数十伏、开断电流在数十安以上时，为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

3、展的空间，通常需要采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。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：这些灭弧装置的灭弧原理主要有下列十几种： 1 1简单开断；简单开断； 2 2磁吹灭弧装置；磁吹灭弧装置； 3 3纵缝灭弧装置；纵缝灭弧装置； 4 4绝缘栅片灭弧装置；绝缘栅片灭弧装置； 5 5金属栅片灭弧装置；金属栅片灭弧装置； 6 6固体产气灭弧装置，固体产气灭弧装置，概概 述述 7 7石英砂灭弧装置；石英砂灭弧装置； 8 8变压器油灭弧装置；变压器油灭弧装置； 9 9压缩空气

4、灭弧装置；压缩空气灭弧装置； 10 10SFSF6 6灭弧装置；灭弧装置； 11 11真空灭弧装置。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：下列辅助方法： 1 1在弧隙两瑞并联电阻；在弧隙两瑞并联电阻； 2. 2. 附加同步开断装置；附加同步开断装置； 3 3附加晶闸管装置。附加晶闸管装置。概概 述述上述灭弧装置的灭弧原理是：上述灭弧装置的灭弧原理是： (1) (1) 在大气中依靠触头分开时的机械拉长，使在大气中依靠触头分开时的机械拉长，使L L增大；增大； (2) (2) 利用流过导电回路或特制线圈的电流在燃弧

5、区产生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；磁场，使电弧迅速移动和拉长； （3 3）依靠磁场的作用，将电弧驱入用耐弧材料制成的狭）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；缝中，以加强电弧的冷却和消电离； (4) (4) 用金属板将电弧分隔成许多串联的短弧；用金属板将电弧分隔成许多串联的短弧； 概概 述述 (5) (5) 在封闭的灭弧室中，利用电弧自身能量分解固体材料，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、行吹弧； (6) (6) 利用电弧自身能量，使变压器油分解成含有大量氢利用电弧自身能量，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；体去吹弧；概概 述述 (7) (7) 利用压缩空气吹弧；利用压缩空气吹弧； (8) (8) 利用利用SFSF6 6气体吹弧；气体吹弧； (9) (9) 在高真空中开断触头，利用弧隙中由电极金属蒸汽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；形成的弧柱在电流过零时迅速扩散的原理进行灭弧； (10) (10) 利用石英砂等固体颗

7、粒介质，限制电弧直径的扩展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。和加强冷却。概概 述述5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 一、简单开断一、简单开断 在大气中利用机械方式在大气中利用机械方式拉长电弧进行灭弧的原理与拉长电弧进行灭弧的原理与图例。图例。 （1 1）原理：电弧放长后，）原理：电弧放长后，电弧电压就增大，其静态伏电弧电压就增大，其静态伏- -安特性向上移动。安特性向上移动。图图5-2 刀开关中的电弧拉长情况刀开关中的电弧拉长情况1 闸刀闸刀 2静触头静触头 3电弧电弧 依靠拉长电弧使之恰好熄灭的最短长度，称为临界长度，依靠拉长电弧使之恰好熄灭的最短长度，称为临界长

8、度，记为记为 。其计算公式为：其计算公式为： o00.6ljl KI式中式中 K K常数，当电源电压为常数，当电源电压为500500V V时，时，K=0.75K=0.75；250250V V时，时，K=0.15K=0.15； 开断电流的起始值（有效值），单位为开断电流的起始值（有效值），单位为A A。o0I5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理ljl （2 2）图解：如下图示，除依靠触头分开拉长电弧以外，）图解：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。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。前者沿电弧的轴向前者沿电弧的轴向( (

9、亦称切向亦称切向) )拉长电弧，后者是沿着垂直于拉长电弧，后者是沿着垂直于弧轴的方向弧轴的方向( (亦称法向亦称法向) )拉长电弧。拉长电弧。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 （3 3）示例：）示例： 例一：刀开关拉长电弧。例一：刀开关拉长电弧。 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 例二：利用流过导电回路的特制线圈的电流在燃弧期间产例二：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。图生磁场，使电弧迅速移动和拉长。图b b）还增加了引弧角。还增加了引弧角。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理二、磁吹线圈：二、磁吹线圈： 可用于低压直流和可用于低压直流和交

10、流接触器中。对后者，交流接触器中。对后者，为减少涡流损耗和避免为减少涡流损耗和避免由于钢夹板中磁通与电由于钢夹板中磁通与电弧电流相位不同而产生弧电流相位不同而产生反向电动力，铁心反向电动力，铁心2 2上可上可开一槽或者用硅钢片叠开一槽或者用硅钢片叠成。成。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 当铁心不饱和时，如果磁吹线圈开断大电流时产生当铁心不饱和时，如果磁吹线圈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，通过设计也能使磁吹线圈在开断小电吹弧困难。当然，通过设计也能使磁吹线圈在开断小电流时产生的磁场适当。流时

11、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；了线圈体积和多用有色金属；另一方面将使开断大电流另一方面将使开断大电流时产生的磁场过强，使得触头的电磨损大大增加。时产生的磁场过强，使得触头的电磨损大大增加。 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 为缓和上述矛盾，可以通过适当选择磁吹线圈的匝为缓和上述矛盾，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。加强，在开断大电流时则由于磁路饱和

12、而磁场不致过强。这样，电弧所受到的电动力将不再随开断电流成平方倍这样，电弧所受到的电动力将不再随开断电流成平方倍数地增加。数地增加。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理三、三、 纵缝灭弧装置纵缝灭弧装置 所谓纵缝就是灭弧室的缝隙方向与电弧的轴线所谓纵缝就是灭弧室的缝隙方向与电弧的轴线平行平行。 灭弧装置的工作原理：利用磁吹线圈产生的磁场将电灭弧装置的工作原理：利用磁吹线圈产生的磁场将电弧驱入耐弧绝缘材料弧驱入耐弧绝缘材料( (石棉、水泥、陶土等石棉、水泥、陶土等) )制成的具有纵制成的具有纵缝的灭弧室中进行灭缝的灭弧室中进行灭弧。它既可用于熄灭直流电弧，也可弧。它既可用于熄灭直流电弧，也可用

13、于熄灭交流电弧。用于熄灭交流电弧。 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 按缝隙的尺寸和形式，它们按缝隙的尺寸和形式，它们又分两种，如图又分两种，如图5-55-5所示。所示。 图图5-5a5-5a表示一单纵缝灭弧装表示一单纵缝灭弧装置的原理结构。图中，置的原理结构。图中，1 1为为用耐弧用耐弧绝缘材料制成的灭弧室壁，绝缘材料制成的灭弧室壁，2 2为磁为磁吹线圈的钢吹线圈的钢夹板，夹板，3 3为电弧。为电弧。 通常上部通常上部缝宽缝宽小小于熄灭电弧于熄灭电弧的直径。的直径。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 由图由图5-65-6可见，当电流增大（横坐标

14、向右）时，纵缝灭可见，当电流增大（横坐标向右）时，纵缝灭弧装置中电弧的弧装置中电弧的“伏伏安特性安特性”随电弧电流增加而下降的随电弧电流增加而下降的程度比自由燃弧时的程度比自由燃弧时的“伏伏安特性安特性”下降程度要缓得多，下降程度要缓得多，特别当电流很大时，特别当电流很大时，E E可以认为是常数。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，电弧的随着缝宽的减小和电弧横向运动速度的提高，电弧的“伏伏安特性安特性”也将升高，这表明灭弧能力也随之增强。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

15、运动的电磁力给定时，可以采用比单纵缝灭弧室更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。小的缝隙。这使灭弧空壁对电弧的冷却和消电离作用更强。 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理四、绝缘栅片灭弧装置四、绝缘栅片灭弧装置 灭弧装置如图灭弧装置如图5-85-8所示。所示。 其中，灭弧室其中，灭弧室l l中装有用耐弧中装有用耐弧绝缘材料制成的几片绝缘栅片绝缘材料制成的几片绝缘栅片2 2，栅片的边缘和电弧栅片的边缘和电弧3 3的轴线垂直。的轴线垂直。 当开断电流时，在触头当开断电流时，在触头4 4和和5 5之之间产生的电弧在导电回路的磁场间产

16、生的电弧在导电回路的磁场作用下向上运动。作用下向上运动。 多纵缝灭弧装置广泛用于低压接触器中。多纵缝灭弧装置广泛用于低压接触器中。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 当磁场的方向为垂直于纸面当磁场的方向为垂直于纸面向里时，电弧向里时，电弧ABAB、BCBC和和CDCD段所受段所受的电动力都使电弧压向绝缘栅片的电动力都使电弧压向绝缘栅片顶部，增大与栅片表面的接触面顶部，增大与栅片表面的接触面积，从而加强了电弧的冷却和消积，从而加强了电弧的冷却和消电离作用；而电离作用；而DEDE段所受的电动力段所受的电动力使电弧向上拉长，更加深入栅片使电弧向上拉长，更加深入栅片间隙和增加电弧与绝缘栅片的接间隙

17、和增加电弧与绝缘栅片的接被面积。被面积。 由于受到绝缘栅片的阻挡，电弧弯曲成如图由于受到绝缘栅片的阻挡，电弧弯曲成如图5-95-9中中A AG G曲线所示的形状。曲线所示的形状。B B5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 除此以外，电除此以外，电弧弧ABAB段和段和CDCD段相互作用产生一相吸电动段相互作用产生一相吸电动力、力、CDCD段和段和EFEF段相互作用产生一相斥电动力，使段相互作用产生一相斥电动力，使ABAB、CDCD和和E EF F段压向绝缘册片；段压向绝缘册片；CDCD段和段和EFEF段对段对DEDE段相互作用也产生一段相互作用也产生一相相斥电动力，使斥电动力，使DEDE段向上

18、运动。段向上运动。 这种灭弧装置充分利用了电弧自身磁场产生的电动力。这种灭弧装置充分利用了电弧自身磁场产生的电动力。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理五、金属栅片五、金属栅片( (又称去离子栅又称去离子栅) )灭弧装置：灭弧装置： 这种灭弧装置的原理构造如图这种灭弧装置的原理构造如图5-10 a5-10 a所示。所示。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 灭弧室灭弧室1 1内部有许多由厚度为内部有许多由厚度为2 23mm3mm钢板冲成的横向栅片钢板冲成的横向栅片2 2。 栅片外表面镀铜以增大传热能力和防止钢片生锈。栅片外表面镀铜以增大传热能力和防止钢片生锈。 每一栅片冲有三角形的缺口。栅

19、片缺口错开的作用为减每一栅片冲有三角形的缺口。栅片缺口错开的作用为减 少电弧初始碰到的栅片数，从而减少进入的阻力。少电弧初始碰到的栅片数，从而减少进入的阻力。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理在电弧进入栅片之后，电弧电压变为在电弧进入栅片之后，电弧电压变为 金属栅片灭弧装置既能用于熄灭直流电弧，也能用于金属栅片灭弧装置既能用于熄灭直流电弧，也能用于熄灭交流电弧。熄灭交流电弧。 当熄灭直流电弧时：当熄灭直流电弧时：0hUnUEl0NUnU5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 图图5-115-11表示厚为表示厚为2mm2mm、片、片距距5mm5mm的平板形栅片的灭弧装的平板形栅片的灭弧装置开

20、断置开断350A350A电流时，介质初始电流时，介质初始恢复强度恢复强度U Ujf0jf0和和K Kjfjf与与n n变化的关变化的关系是不成比例。其原因是电弧系是不成比例。其原因是电弧进入栅片分成很多短弧后，它进入栅片分成很多短弧后，它们在灭弧室中的运动速度不同、们在灭弧室中的运动速度不同、运动方向也不同。运动方向也不同。 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 金属栅片灭弧装置广泛用金属栅片灭弧装置广泛用于低压开关电器中。于低压开关电器中。 其主要缺点是灭弧室除电其主要缺点是灭弧室除电弧能量损耗之外，还有栅片中弧能量损耗之外，还有栅片中电阻、磁滞和涡流引起的损耗。电阻、磁滞和涡流引起的损耗

21、。加之栅片间隙较小，阻碍了热加之栅片间隙较小，阻碍了热量的散发。这些都使灭弧室的量的散发。这些都使灭弧室的温度容易升向，从而引起灭弧温度容易升向，从而引起灭弧条件恶化。条件恶化。 因此，这种灭弧装置不适因此，这种灭弧装置不适用于过分频繁操作的场所。用于过分频繁操作的场所。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理六、固体产气灭弧装置六、固体产气灭弧装置 某些固体绝缘材料如钢纸某些固体绝缘材料如钢纸( (亦称反亦称反白白) )、有机玻璃等，在电弧的高温作用、有机玻璃等，在电弧的高温作用下能迅速气化，产生大量主要成分为下能迅速气化，产生大量主要成分为氢及其化合物的气体。氢及其化合物的气体。 利用这些材

22、料的产气性质进行灭利用这些材料的产气性质进行灭弧的灭弧装置称为固体产气灭弧装置。弧的灭弧装置称为固体产气灭弧装置。 图图5-135-13是利用串联短弧和高气压是利用串联短弧和高气压两种方式灭弧。其中，钢纸管在电弧两种方式灭弧。其中，钢纸管在电弧的高温作用下分解，产生气体，使压的高温作用下分解，产生气体，使压力提高。力提高。 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理如图如图5-145-14所示，灭弧期间管内的压力可达所示，灭弧期间管内的压力可达4.84.8MPaMPa。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 图图5-155-15是利用产气原理提高气压，再利用气压进行灭弧是利用产气原理提高气压，再利

23、用气压进行灭弧的高压跌落式熔断器熔管的原理结构图。的高压跌落式熔断器熔管的原理结构图。 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 当短路电流通过时，熔丝当短路电流通过时，熔丝3 3被熔断产生电弧，于是弹簧被熔断产生电弧，于是弹簧6 6长度缩短，电弧被迅速拉长。同时，电弧的高温使钢纸分解长度缩短，电弧被迅速拉长。同时，电弧的高温使钢纸分解产生大量的气体，管内压力迅速升高，这一压力推动软线产生大量的气体，管内压力迅速升高，这一压力推动软线5 5加速向右运动，从而也加速电弧的拉长和压力的升高。加速向右运动，从而也加速电弧的拉长和压力的升高。 当软线当软线5 5被推出钢纸管被推出钢纸管8 8以后，管内的

24、高压气体向外冲出，以后，管内的高压气体向外冲出，进行纵向吹弧，使电弧熄灭。进行纵向吹弧，使电弧熄灭。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理七、石英砂灭弧装置：七、石英砂灭弧装置： 利用石英砂限制弧柱的扩展并冷却电弧使之熄灭的利用石英砂限制弧柱的扩展并冷却电弧使之熄灭的装置，叫做石英砂灭弧装置。装置，叫做石英砂灭弧装置。图中图中 熔管熔管1 1用瓷制用瓷制成，成，2 2和和3 3分分别为别为端盖和接端盖和接线线板。板。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 当熔片的狭颈熔断、气化形成几个串联的短弧后，这些当熔片的狭颈熔断、气化形成几个串联的短弧后，这些短弧继续将熔片的狭颈部分气化。由于熔片气化后

25、让出的空短弧继续将熔片的狭颈部分气化。由于熔片气化后让出的空间很小，每一短弧都相当于在石英砂包围的狭缝中燃烧，它间很小，每一短弧都相当于在石英砂包围的狭缝中燃烧，它因为和石英砂紧密接触而受到强烈冷却。因为和石英砂紧密接触而受到强烈冷却。 与此同时，由于熔片与此同时，由于熔片4 4的金属从固态变为气态后体积受的金属从固态变为气态后体积受局部石英砂的限制不能自由膨胀，于是在燃弧区形成很高的局部石英砂的限制不能自由膨胀，于是在燃弧区形成很高的压力。此压力推动弧隙中电离气体迅速向石英砂缝隙中扩散，压力。此压力推动弧隙中电离气体迅速向石英砂缝隙中扩散，并在缝隙中受到冷却和消游离，这就大大加强了对弧隙的冷

26、并在缝隙中受到冷却和消游离，这就大大加强了对弧隙的冷却作用。却作用。 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 石英砂熔断器釆用了多断口串联、提高弧隙中气压以石英砂熔断器釆用了多断口串联、提高弧隙中气压以加强电离气体的扩散作用，以及利用狭缝冷却电弧共三种加强电离气体的扩散作用，以及利用狭缝冷却电弧共三种灭弧原理，所以它的灭弧能力强，限流作用非常显著。灭弧原理，所以它的灭弧能力强，限流作用非常显著。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理八、变压器油灭弧装置八、变压器油灭弧装置 1. 1. 分类：分类： （1 1）自能式：利用电弧自身的能量将油蒸发分解而成）自能式：利用电弧自身的能量将油蒸发分解而成

27、油气，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行吹弧。油气，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行吹弧。 （2 2）外能式：利用外界能量）外能式：利用外界能量( (通常是储存在弹簧中的能通常是储存在弹簧中的能量量) )推动活塞，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行灭推动活塞，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行灭弧。弧。 （3 3）混合式：兼用上述两种能量，提高灭弧室中的压）混合式：兼用上述两种能量，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行吹弧。力以驱动油或油气进行吹弧。 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 2. 2. 即使在油中简单地位长电弧，其灭弧能力也比在大即使在油中简单地位长电弧，其灭弧能力也

28、比在大气中拉长电弧高得多。这是因为：气中拉长电弧高得多。这是因为： (1) (1) 油气的主要成分是氢，它在所有气体中具有最高油气的主要成分是氢，它在所有气体中具有最高的导热系数和最小的粘度，这就使弧柱的热量容易散发。的导热系数和最小的粘度，这就使弧柱的热量容易散发。 (2) (2) 在电弧的高温作用下，油的气化和分解过程非常在电弧的高温作用下，油的气化和分解过程非常剧烈。油气形成后由于受到周围冷油的阻碍，体积不能迅速剧烈。油气形成后由于受到周围冷油的阻碍，体积不能迅速膨胀，因而气泡中压力很高，通常可达（膨胀，因而气泡中压力很高，通常可达（0.5 0.5 1 1）MPMP。5-1 开关电器典型

29、灭弧装置的工作原理 (3) (3) 在熄灭交流电弧过程中，当电流增大时，电弧的功在熄灭交流电弧过程中，当电流增大时，电弧的功率增大，油气的形成加剧，气泡中油气温度增高和压力上升。率增大，油气的形成加剧，气泡中油气温度增高和压力上升。在压力较高的情况下，气泡壁处油的沸点升高，处于过热状在压力较高的情况下，气泡壁处油的沸点升高，处于过热状态。当电流减小特则是过零附近时，由于电弧功率减小，油态。当电流减小特则是过零附近时，由于电弧功率减小，油气产生的速度下降，但气泡在压力作用下仍继续膨胀，结果气产生的速度下降，但气泡在压力作用下仍继续膨胀，结果引起气泡中油气的温度和压力迅速降低。此时气泡壁处油的引起

30、气泡中油气的温度和压力迅速降低。此时气泡壁处油的沸点下降，处于过热状态的油猛烈气化。由于气泡壁各处油沸点下降，处于过热状态的油猛烈气化。由于气泡壁各处油的气化速度不一致，在气泡内就形成了压力差。此压力差促的气化速度不一致，在气泡内就形成了压力差。此压力差促使油气产生混乱的运动，使刚刚形成的温度较低的油气进入使油气产生混乱的运动，使刚刚形成的温度较低的油气进入弧柱中，加强了弧柱的冷却。弧柱中，加强了弧柱的冷却。 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 (4) (4) 在某些情况在某些情况下，还可利用被开断下，还可利用被开断电流产生的电动力使电流产生的电动力使电弧弯曲和靠近气泡电弧弯曲和靠近气泡壁

31、，加强对弧柱的冷壁，加强对弧柱的冷却作用。却作用。 按照油或油气与按照油或油气与电弧作用的方式，自电弧作用的方式，自能吹弧灭弧装置又可能吹弧灭弧装置又可分为横吹、纵吹、纵分为横吹、纵吹、纵横吹和环吹四种。横吹和环吹四种。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 开断电流越大，则单位时间内产生的气体越多，灭弧室开断电流越大，则单位时间内产生的气体越多，灭弧室内压力越高，吹弧力量越强，于是燃弧时间越短；内压力越高，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，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燃

32、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。开断。 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 由图可见，燃弧时间有一由图可见，燃弧时间有一最大值，相应于最大燃弧时间最大值，相应于最大燃弧时间的电流称为临界电流的电流称为临界电流I Iljlj。其数其数值视灭弧装置的具体结构而异，值视灭弧装置的具体结构而异，一般为几十安到上千安。一般为几十安到上千安。 自能吹弧灭弧装置的极限自能吹弧灭弧装置的极限开断电流开断电流I Ilxlx主要决定于灭弧室主要决定于灭弧室的机械强度。的机械强度。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理九、压缩空气灭弧方式。九、压缩空气灭弧方式。 在开断电路对，将预先储备

33、好的压缩空气用管道引向燃在开断电路对，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。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。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，已淘汰，现主要介绍纵吹式。横吹式缺点较多，已淘汰，现主要介绍纵吹式。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理十、十、SFSF6 6灭弧装置。灭弧装置。 SF SF6 6是无色、无臭、无毒、无公害和不燃烧的气体。是无色、无臭、

34、无毒、无公害和不燃烧的气体。 其沸点在大气压时为其沸点在大气压时为-60-60，加温到，加温到150 150 都不易与其他都不易与其他物质起化学反应，到物质起化学反应，到500500时仍不能自行分解。它的密度是时仍不能自行分解。它的密度是空气的空气的5 5倍。常温时的传热能力倍。常温时的传热能力( (包括对流在内包括对流在内) )为空气的为空气的1.61.6倍。倍。 它具有很高的绝线性能。在压力为它具有很高的绝线性能。在压力为0.1MPa0.1MPa时约为氮气的时约为氮气的5 5 6 6倍，当压力为倍，当压力为0.16MP0.16MP时已与变压器油相等，而击穿电时已与变压器油相等，而击穿电压为

35、压缩空气的压为压缩空气的2 23 3倍。倍。 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 所以，采用所以，采用SFSF6 6作为绝缘介质作为绝缘介质可以大大减小绝可以大大减小绝缘间隙的尺寸和缘间隙的尺寸和缩小电器的体积。缩小电器的体积。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理SFSF6 6另一突出优点是它只有很强的灭弧能力，主要原因有三条。另一突出优点是它只有很强的灭弧能力，主要原因有三条。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理（十一）真空灭弧装置。（十一）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，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

36、子碰障而电离的几率大大减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。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。装置。 按照触头结构的不同，真空灭弧装置分带圆柱状触头、按照触头结构的不同，真空灭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。带螺旋槽的磁吹触头和带纵磁场线圈的触头三种。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 图图5-295-29是带圆柱状触头真空灭弧装置的原理结构图。是带圆柱状触头真空灭弧装置的原理结构图。5-1

37、开关电器典型灭弧装置的工作原理 在一定条件下，真空的击穿电压比空气高得多，但是，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。有无脏圬影响很大。 真空灭弧装置的触头形状示例。真空灭弧装置的触头形状示例。5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 5-2 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：一、并联电阻帮助灭弧电路： 并联电阻有助于灭弧。并联电阻有助于灭弧。 二、附加同步开断装置二、附加同步开断装置 由于交流电流每秒要通过零点由于交流电流每秒要通过零点2 2

38、f(ff(f是电源频率是电源频率) )次。次。如果我们能使开关电器的触头在电流过零瞬时分开，并以如果我们能使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。阶段。 同时，由于弧隙是未电离的，只需较小的极间距离，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。开断，而

39、相应的开关电器叫做同步开关开关。 5-2 提高灭弧装置开断能力的辅助方法 由上述可见，这种理想的同步开关可以无需采用灭由上述可见，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。弧装置。然而，事实上，实现这一方案非常困难。 其原因主要是：其原因主要是： (1 (1） 技术上还不能保证开关电器的触头稳定地每次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；恰在电流过零时分开； (2) (2)还没有比较简便的方法使开关电器的动触头获得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。所需的高速度。 5-2 提高灭弧装置开断能力的辅助方法 工程上获得实际应用的是带灭弧装置的同步开关，即在现工程上获得实际应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极短时刻( (例如例如lmslms左右左右) )分开，同时提高触头运动速度，使触头分开，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