发电厂电气课程课件 6.2灭弧原理10.18

主讲人：山东科技大学发电厂电气部分6导体与电气设备的原理与选择6.2灭弧原理主要内容content12交流电弧开关电器的灭弧原理3熄灭交流电弧的基本方法1PART开关电器的灭弧原理开关电器的主要任务是切断有电流通过的电路。只要电源电压大于10~20V，电流大于80~100mA,在开关电器的动、静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧。电弧不易自动熄灭，一般用以切断电流的开关电器，均有专门用来熄灭电弧的灭弧装置。开关电器及其灭弧电弧是一种游离的气体放电现象。电弧的形成与维持经过三个阶段过程：电子发射，碰撞游离，热游离。电弧1、电子发射：在触头分离的最初瞬间，触头电极的阴极区发射电子。阴极表面发射电子有两种方式：热电子发射和强电场电子发射。电弧的形成与维持2、碰撞游离：电弧的产生是碰撞游离所致。阴极表面发射出的电子和弧隙中原有的少数电子在强电场能的作用下，向阳极方向运动，不断地与其他粒子发生碰撞，将中性粒子中的电子击出，游离成正离子和新的自由电子，新产生的电子也向阳极加速运动，同样也会使它所碰撞的中性质点游离，这种游离过程称作碰撞游离，碰撞游离连续进行就可能形成电弧。3、热游离：热游离可维持电弧的燃烧。电弧产生之后，弧隙的温度很高，具有足够动能的中性质点不规则热运动速度增加，互相碰撞游离出电子和正离子，这种现象称为热游离。在中性质点发生游离的同时，还存在着使带电质点不断减少的去游离，去游离的主要形式是复合与扩散。电弧的熄灭1.复合：复合是指正离子和负离子互相吸引，结合在一起，电荷互相中和的过程。复合的速率与带电质点的浓度成正比，与电弧直径的平方成反比。2.扩散：扩散是指带电质点从电弧内部逸出而进入周围介质中的现象。扩散去游离主要包括浓度扩散和温度扩散，扩散出去的带电质点在周围介质中进行再复合，电弧间隙中则减少了带电质点数目，有利于熄弧。扩散的速率决定于电弧表面上带电质点的数目，因而扩散的速率也与电弧直径成反比。2PART交流电弧交流电弧的特性：（1）交流电弧的伏安特性为动态特性。（电弧的温度、电阻及电弧电压随时间而变化，电弧温度的变化总是滞后于电流的变化）（2）电弧电压的波形呈马鞍形变化，熄弧电压大于灭弧电压。（3）电流每半周过零一次，在电流过零时，电弧会暂时自动熄灭。交流电弧的开断：

图：介质强度恢复过程曲线

右图为弧隙电流过零后介质强度的增长速度和恢复过程（1是真空介质；2是SF6介质；3是空气介质；4是油介质）。其与电弧电流的大小、介质性质、触头分离速度和冷却条件等因素有关。交流电弧的开断：交流电弧的开断：2、弧隙电压恢复过程：弧隙电压恢复过程是指电弧电流自然过零后，电源施加于弧隙的电压将从不大的熄弧电压逐渐恢复到电源电压的过程，以恢复电压Ur(t)表示。该电压恢复过程可能是周期性或非周期性的变化过程，这主要取决于系统电路的参数。电弧熄灭的条件应为：3PART熄灭交流电弧的基本方法1.利用灭弧介质电弧中的去游离程度，在很大程度上取决于电弧周围介质的特性，如介质的传热能力、介电强度、热游温度和热容量。这些参数的数值越大，则去游离作用越强，电弧就越容易熄灭。可采用不同灭弧介质制成不同类型的断路器用来灭弧，如空气断路器、油断路器、SF6断路器、真空断路器等。当前高压断路器主要采用真空介质及SF6气体介质。采用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料，可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸汽，抑制弧隙介质的游离作用。同时，触头材料还要求有较高的抗电弧、抗熔焊能力。常用的触头材料有铜、钨合金和银、钨合金等。

2.采用特殊金属材料作灭弧触头在高压断路器中利用各种结构形式的灭弧室，使气体或油产生巨大的压力并有力地吹向弧隙，将使带电离子扩散和强烈地冷却而复合。吹动方向与弧柱轴线平行的称为纵吹，它使电弧冷却变细；吹动方向与弧柱轴线垂直的称为横吹，它使电弧拉长，表面积增大并加强冷却。断路器更多地采用纵、横混合吹弧或环吹方式，其熄弧效果更好。3.采用灭弧介质或电流磁场吹动拉长与冷却电弧

每相采用两个或更多的断口串联，在断路器分闸时，由操动机构将断路器各个串联断口同时拉开，断口把电弧分割成多个小电弧段，把长弧变成短弧。在相等的触头行程下，多断口比单断口的电弧拉得长，而且电弧被拉长的速度也增加，加速了弧隙电阻的增大。同时，由于加在每个断口的电压降低，使弧隙恢复电压降低，亦有利于熄灭电弧。

4.采用多断口熄弧

迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降，同时使电弧的表面突然增大，有利于电弧的冷却和带电质点向周围介质中扩散和离子复合。为此，在高压断路器中都装有强有力的分闸操动机构，以加快触头的分断速度。

5.提高断路器触头的分离速度

为了降低恢复电压上升速度及熄弧时的过电压，通常在大容量发电机出口断路器及110kV以上的高压断路器，特别是特高压断路器上的断口处加装并联电阻，如下图所示。

6.断路器加装并联电阻

图：分、合闸并联电阻滞后分断和提前关合的动作原理

分、合闸并联电阻滞后分断和提前关合的动作原理

分闸时，主触头先打开，由于有并联电阻接入，不仅使主触头间产生的电弧容易熄灭，而且使恢复电压的数值及上升速度都降低，并联电阻对电路的振荡过程起阻尼作用，可能使振荡过程变