项目2认识电弧

学习情境1-项目2

认识电弧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。电弧的形成和熄灭

一、概述1、电弧——为一种气体游离放电现象

现象：开关电器开断电路时，触头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。2、特征：①电弧的能量集中，温度极高，亮度很强。例：10kvQF断开20kA的电流，电弧功率达到

1万kw以上②电弧由阴级区，阳极区和弧柱区组成。弧柱处温度最高，可达6~7k0C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，电流几手都从弧柱内部流过。

③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15~30v，在变压器油中1cm长的直流电弧的弧柱电压仅100~220v。）

④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。）二、电弧的形成

1、带电质点的来源

①电极发射大量自由电子：强电场发射+热电子发射②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、电弧的形成三、电弧的熄灭关键是加强去游离作用

介质的游离作用→电弧产生介质的去游离作用→电弧熄灭当游离>去游离——电弧电流↑当游离=去游离——电弧电流不变（稳定燃烧）当游离<去游离——电弧电流↓→（熄灭）去游离方式有2种：复合：正负离子相互吸引，彼此中和扩散：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①电弧温度：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。

②电场强度：E↓→运动速度↓→复合↑→Q↓→热游离↓③气体介质的压力

F↑→自由行程缩短→离子浓度↑→复合↑

④介质特性：包括气体的介电强度、导热系数、热量、电负荷⑤电极材料：铜、银、铜钨、银钨合金等具有熔点高、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。2直流电弧的特性及熄灭一、特性：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。2、电弧电压分布图：

=阴极区电压+弧柱区电压+阳极区电压

U=U阴极区+弧柱区UH+U阳极区1、U阴极区大小与in无关，在空气中U=8~11V2、U阳极区<U阴极区、且随in增大而减小甚至为零3、UH与in呈线性关系短弧：几个mm长、主要由U阴极区+U阳极区组成,UH近似于零长弧：几个cm~几个m长，主要由UH组成近阴极效应（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。二、直流电弧的工作点

直流电弧的熄灭条件3交流电弧的特性及熄灭交流电弧：在交流电路中产生的电弧一、特性1、动态状安特性曲线：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。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Uj

（弧隙介质能够承受而不改使弧隙去穿的最小电压）电流过零前，θ0C很高，Rn很小，弧隙为良导电通道；电流过零前后，θ0C↓，Rn↑具有一定抗电强度电流过零后，Uj恢复不是从零开始,而是有一个起始电压。这种现象称为交流电路的近阴极效应。（电流极性改变后的0.1~1.0秒瞬间,有Uj=150~250V）

2、弧隙电压的恢复过程Unf即：电压由熄弧电压恢复到电源电压的过程。

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。3、交流电弧的熄灭条件：

四、交流电弧的灭弧方法

1、提高触头的分闸进度

——迅速拉长电弧，E↓，冷却与扩散↑2、采用多断口灭弧——拉长迅速↑，行程↓，灭弧时间↓提高了灭弧能力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、利用固体介质的狭缝狭沟灭弧

——冷却，表面吸附电子，加强复合。如：介质纵缝灭弧罩介质填料灭弧管5、利用短弧原理灭弧

交流电路：电流自然过零时，每一短弧有150~250v电压。直流电路：每一短弧的阴极区有8~11v电压降。6、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。7、高压力气体介质灭弧——磁撞游离↓，复合↑8、真空灭弧——碰撞游离↓，热游离↓，扩散↑4电气触头电气触头：

指两个或几个导体之间相互接触的部分

分类：1、可断触头——如断路器QF的动静触头，有刀形触头、指形触头、插座式触头。2、固定触头——如母线之间的联接、母线与电器的引出端头的连接，采用螺柱连接和压接两种。3、滑动触头——如电机中的滑环与碳刷、滑线电阻等；

触头的接触电阻

接触电阻——指触头接触面之间发生的电阻，其大小直接反映触头的工作状况。（如果接触电阻值过大，则表现为触头的过热，说明触头的工作状况不良，若未及时发现和处理，继而发展成触头烧毁、拉出电弧和飞弧短路，最后使事故扩大。）触头的接触形式：点接触、线接触、面接触。

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Rc→I2Rc→发热

需采用降低温度及提高通流能力、严防金属氧化层造