电弧及电气触头（电气设备课件）

电弧的基本知识三、电弧的产生

电弧的产生实际上是气体介质在某些因素作用下，发生强烈游离，产生很多带电质点，由绝缘变为导通的过程。电弧能成为导电通道，是由于电弧的弧柱内存在大量的带电粒子，这些带电粒子的定向运动形成电弧。1.自由电子的产生

阴极的热电子发射或强电场发射：触头开断瞬间产生少量的自由电子的原因。

热电子发射：触头刚分离时，触头间的接触压力和接触面积不断减小，接触电阻迅速增大，使接触处剧烈发热，局部高温使此处电子获得动能，就可能发射出来成为自由电子。

强电场发射：触头刚分离时，由于触头间的间隙很小，在电压作用下间隙形成很高的电场强度，当电场强度超过3×106V／m时，阴极触头表面的电子就可能在强电场力的作用下，被拉出金属表面成为自由电子。三、电弧的产生2.碰撞游离形成电弧

碰撞游离：自由电子，在电场力作用下加速运动，不断与中性气体质点（原子或分子）撞击，如果电场足够强，自由电子动能足够大，碰撞时就能将中性原子外层轨道上的电子撞击出来，脱离原子核内正电荷吸引力的束缚，成为新的自由电子。失去自由电子的原子则带正电，称为正离子。新的自由电子又去碰撞另外的中性原子…此过程愈演愈烈，发展成为“电子崩”。

当带电粒子积累到一定的数量时，介质的导电性质发生改变，由绝缘体变为导体，在外加电压的作用下，电流通过触头间隙，发出声响和强烈的白光，就形成了电弧。

游离：中性质点转化为带电质点的过程。

电场游离主要取决于电子运动速度，即取决于电场强度、电子的平均自由行程以及气体的性质。触头间电压越高，电场强度也越高，则气体容易被击穿。气体的压力越大，越不容易产生电场游离。三、电弧的产生3.热游离维持电弧热游离：发生雪崩式碰撞游离形成电弧后，产生高温，气体中粒子运动速度增大，使原子外层轨道电子脱离原子核内正电荷束缚力成为自由电子。气体温度愈高，粒子运动速度愈大，原子热游离的可能性也愈大，维持电弧稳定燃烧。综上所述，由于热电子发射或强电场发射在触头间隙中产生少量的自由电子，这些自由电子与中性分子发生碰撞游离并产生大量的带电粒子，从而形成气体导电，即产生电弧，一旦电弧产生后，将由热游离作用来维持电弧燃烧。电弧的形成过程就是介质向等离子体态的转化过程。三、电弧的产生4.影响游离作用的物理因素

（1）温度越高，热游离越强烈。

（2）压力越大，行程越小，碰撞游离越小。

（3）电压越高越容易将间隙击穿。

（4）开断距离增大则减小间隙中的电场强度。

（5）不同介质游离电场不同，热游离温度不同。

（6）不同金属的蒸汽有不同的游离电压。电弧的基本知识C3.1.1电弧的特点与危害电弧的特点电弧的危害一、电弧的特点

电弧：是一种能量集中、温度很高、亮度很大的气体导电现象。1.电弧的组成：电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成2.电弧温度很高，发出强烈的白光，故称弧光放电为电弧。

3.电弧是一种自持放电，很低的电压就能维持电弧的稳燃烧而不会熄灭。4.游离的气体，质量轻，迅速移动、伸长、弯曲和变形。运动速度可达每秒几百米。弧心：温度最高、电流密度最大的弧柱中心部位。弧焰：弧柱周围温度较低、亮度明显减弱的部分。弧柱区中心可达到10000℃以上，表面温度也有3000～4000℃。二、电弧的主要危害

1.电弧的高温，可能烧坏电器触头和触头周围的其他部件；对充油设备还可能引起着火甚至爆炸等危险。2.在开关电器中，触头间只要有电弧的存在，电路就没有断开，电流仍然存在，电弧的存在延长了开关电器断开故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。3.容易造成飞弧短路、伤人或引起事故扩大。

电弧的基本知识电弧的熄灭

电弧的熄灭过程实质：气体介质由导通又变为截止的过程，是电弧区域内已电离的质点不断发生去游离的结果。

1.去游离过程2.影响去游离的物理因素使弧隙中正离子和自由电子减少。复合扩散正负电荷中和成为中性质点的现象。电弧中的自由电子和正离子散溢到电弧外面，并与周围未被游离的冷介质相混合的现象。要使电弧熄灭，必须使去游离作用强于游离作用。（1）介质的特性（2）电弧的温度（3）气体介质压力（4）游离质点的密度（5）触头材料思考练习思考练习1.电弧具有什么特征？它对电力系统和电气设备有哪些危害？2.电弧是如何形成的？3.电弧的游离和去游离方式各有哪些？影响去游离的因素是什么？

电弧的特性与熄灭方法第三部分熄灭交流电弧的方法一、提高触头的分闸速度二、采用多断口三、吹弧吹弧气流产生的方法吹弧的方向交流电弧熄灭的条件四、短弧原理灭弧五、利用固体介质的狭缝狭沟灭弧六、采用耐高温金属材料制作触头七、采用优质灭弧介质提高触头分闸速度

熄灭交流电弧的关键在于电弧电流过零后，弧隙的介质强度的恢复过程能否始终大于弧隙电压的恢复过程。为了加强冷却，抑制热游离，增强去游离，在开关电器中装设专用的灭弧装置或使用特殊的灭弧介质，以提高开关的灭弧能力。迅速拉长电弧，有利于迅速较小弧柱中的电位梯度，增加电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和扩散的作用。因此，现代高压开关中都采用了迅速拉长电弧的措施灭弧，如采用强力分闸弹簧，其分闸速度已达到16m/s以上。采用多断口

每一相有两个或多个断口相串联。在熄弧时，多断口把电弧分割成多个相串联的小电弧段。多断口使电弧的总长度加长，导致弧隙的电阻增加；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，使弧隙电阻加速增大，提高了介质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。采用多断口时，加在每一断口上的电压成倍减少，降低了弧隙的恢复电压，亦有利于熄灭电弧。在要求将电弧拉长到同样的长度是，采用多断口结构成倍减小了触头行程，也就减小了开关电器的尺寸，如图所以：采用多断口-如图所示吹弧——吹弧气流产生法

用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时，可以将带电质点吹到弧隙以外，加强了扩散，由于电弧被拉长变细，使弧隙的电导下降。吹弧还使电弧的温度下降，热游离减弱，复合加快。按吹弧气流的产生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分为以下几种:

1.吹弧气流的产生方法有：（1）用油气吹弧用油气吹弧介质的断路器叫油断路器，在这种断路器中，用专用材料制作的灭弧室，其中充满绝缘油。当断路器触头分离产生电弧后，电弧高温使一部分绝缘油迅速分解为氢气、甲烷等气体，其中氢的灭弧能力是空气的7.5倍。这些油气在灭弧室积聚能量，一旦打开吹口，即形成高压气流吹弧。吹弧——吹弧气流产生法吹弧——吹弧方向

2.按吹弧的方向分:

（1）纵吹吹弧的介质沿电弧方向吹拂即是纵吹。纵吹能增强弧柱中的带电质点向外扩散，使新鲜介质更好的与炙热电弧接触，加强电弧的冷却，有利于迅速灭弧。（2）横吹横吹时气流或者油流的方向与触头运动方向是垂直的，或者说与电弧轴线方向垂直。横吹不但能加强冷却和增强扩散，还能将电弧迅速吹弯吹长。有介质灭弧栅的横吹灭弧室，栅片能更充分的冷却和吸附电弧，加强去游离。在相同的工作条件下，横吹比纵吹效果要好。吹弧——吹弧方向吹弧——吹弧方向短弧原理灭弧利用固体介质的狭缝狭沟灭弧利用固体介质的狭缝狭沟灭弧用耐高温金属材料作触头、优质灭弧介质

触头材料对电弧中的去游离也有一定影响，用熔点高、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汽，从而减弱了游离过程，有利于熄灭电弧。灭弧介质的特性，如导热系数、电强度、热游离温度、热容量等，对电弧的游离程度具有很大影响，这些参数值越大，去游离作用就越强。在高压开关中，广泛采用压缩空气、六氟化硫气体、真空等灭弧介质。电气触头基本知识触头的接触电阻

触头在正常工作和通过短路电流时的发热都与接触电阻值有关，所以触头的质量在很大程度上取决于触头的接触电阻值。正常情况下，触头间的接触压力、表面加工情况、表面氧化程度及接触情况等都会影响接触电阻值。

1.触头间压力触头间的压力越大，触头间的接触电阻越小。

2.触头材料及防氧化措施触头一般由铜、黄铜和青铜材料制成。为防止触头表面被氧化，一般要采取镀锡、镀银和涂防腐漆和凡士林等措施加以防护。触头的接触电阻

触头在长期负荷电流作用下工作时，由于接触电阻存在，触头要发热，使其温度升高，同时也向周围介质散热，当发热量等于散热量时，触头就稳定在工作温度下运行。这个温度值小于触头材料长期允许的温度。因此，触头是安全的。由于负荷电流相对于短路电流要小得多，所产生的点动力不会影响触头正常工作。当触头短时间通过大电流时，如短路电流、电动机启、起动电流等，所产生的热效应和点动力具有冲击特性，对触头能否正常工作造成很大威胁，可能使触头熔焊、接触压力下降等后果。因此，开关电器必须采取有效措施，保证在通过短路电流时有足够的动稳定和热稳定性。电气触头基本知识电气触头的基本知识概述

1.触头的概念电气触头是指两个导体或几个导体之间相互接触的部分，如母线或导线的接触连接处以及开关电器中的动、静触头。

2.对电气触头的基本要求（1）结构可靠；（2）接触电阻小且稳定，有良好的导电性能和接触性能；（3）通过规定电流时，发热稳定而且不超过允许值；（4）通过短路电流时，具有足够动、热稳定性；（5）开断规定短路电流时，触头不被灼伤，不发生熔焊。第四部分电气触头的基本知识一、概述二、触头的接触电阻三、触头的动稳定和热稳定四、触头的分类和结构按接触面积的形式分类按结构形式分类电气触头基本知识触头的分类和结构

1.按接触面的形式分类（1）点接触，是指两个触头间的接触面为点接触形式，如球面和平面接触、两个球面接触等都是点接触。这种接触点较固定、接触电阻稳定、触头结构简单；但接触面积小不宜通过较大电流、热稳定差。

（2）线接触，是指两个触头的接触面为一条线的的形式。如柱面和平面接触，或两个圆柱面间的接触等。这种接触电阻小，接触面比较稳定，自洁作用好，应用较广。（3）面接触，是指两个平面或两个曲面的接触。要有较大的压力才能使接触良好，自洁作用差，常用于电流较大的固定连接（如母线）和低压开关电器（如刀开关和插入式熔断器）。

触头的分类和结构

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