核电厂电气系统-04-1电弧理论.ppt

1、课程:电气设备及运行,哈尔滨工程大学核科学与技术学院,3.1开关电器中的电弧,开关电器,主要内容 1.开关电器中电弧的产生、特点和常用的灭弧方法。 2. 闸刀开关、交流接触器、热继电器、低压断路器等低压开关电器的工作原理和结构。 3.高压断路器、隔离开关、熔断器、高压负荷开关、重合器和分段器等高压开关电器的分类、原理等。,开关电器,开关电器是用来接通或切断电路的电气设备。发电厂、变电站中的设备的投入或退出、系统运行方式的改变都必须用开关电器进行。 开关电器主要是指断路器、隔离开关、熔断器、负荷开关、闸刀开关、接触器、起动器等电气设备。,开关电器分类,根据开关电器在电路中担负的任务，可分为： （

2、1）仅用来正常工作情况下，断开或闭合工作电流。如高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器、磁力启动器。 （2）仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流。若高、低压熔断器。 （3）既用来断开或闭合工作电流，也用来断开或闭合过负荷电流或短路电流。如高压断路器、低压自动空气断路器等。 （4）不要求断开或闭合工作电流，但具备一定的切、合电容电流和环流的能力，在检修时则用来隔离电压。如隔离开关等。,第一节 开关电器中的电弧,一、电弧的特点和危害 特点：电弧实际上是一种气体放电现象。是在某些因素下，气体强烈游离、由绝缘变为导通的过程。电弧形成后，由电源不断输入能量，维持它燃烧，并产生很高的高温。电弧燃烧时，中

3、心区温度可到10000K以上，表面温度也有3000-4000K。同时发出强烈的白光，故称弧光放电为电弧。,危害：电弧的高温，可能烧坏电器触头和触头周围的其他部件。如果电弧较长时间不能熄灭，将会引起电器被烧毁甚至爆炸的可能，危及电力系统的安全运行，造成人员的伤亡和财产的重大损伤。,二、电弧的基本理论,二、电弧的基本理论,二、电弧的基本理论,二、电弧的基本理论,二、电弧的基本理论,二、电弧的基本理论,二、电弧的基本理论,二、电弧的基本理论,三、交流电弧特性及灭弧条件,（1）交流电弧的特性,交流电压和电流随时间作周期性变化，每一周期内电流两次通过零值。电流过零时，电弧自动熄灭，而后随电压的升高，电弧

4、又重新点燃。,由于弧柱的热惯性电弧温度变化即热游离程度变化滞后于电流变化，电弧电压呈现马鞍型，即电流瞬时值高时，电弧温度高、直径大，所以电弧电压低且基本保持常数，而电流瞬时值小时，电弧温度低、弧柱直径小，这时电弧电压则高。对于每半个周期而言，前半部电压略高于后半部电压，这是因为后半部温度略高于前半部所致。,交流电弧每半周期过零一次，电流过零时，电弧将自动熄灭，但电弧中的带电粒子并不随电流消失，到下半周期电压增高后，电弧又重新燃烧。因此，对交流电弧而言，电弧的熄灭问题是电弧过零后弧隙是否再次击穿而重燃。只有电弧过零后不再重燃，电弧才能熄灭。,（2）交流电弧的灭弧条件,弧隙介质强度的恢复过程是指在

5、电弧电流过零时电弧熄灭，而弧隙的绝缘能力要经过一定时间恢复到绝缘的正常状态的过程。 影响弧隙介质恢复的因素，除了介质的种类、状态、电极材料、形状等外，还有近阴极效应。,近阴极效应： 但电流过零极性改变是，弧隙中剩余带电粒子的运动方向也随之改变，由于电子的质量比正离子小得多，弧隙极性改变时，电子能迅速地向相反方向运动，而正离子却几乎不动，这样，在新阴极附近形成了只有正离子的离子空间。其电导很低，显示出一定的介质电强度，约在0.11微秒的短暂时间内有150250V的起始介质电强度。这种现象有利于电弧的熄灭。随后，弧隙介质电强度恢复的快慢，主要取决于冷却条件。,交流电弧熄灭条件,四、交流电弧灭弧方法

6、,电弧能否熄灭，决定电弧过零时，弧隙介质电强度的恢复与弧隙恢复电压上升速度的比较。加强弧隙的去游离或减少弧隙的电压的恢复速度，都可以促使电弧熄灭。 方法有： 1.吹弧 2.采用多断口灭弧 3.短电弧灭弧 4.利用优质灭弧介质 5.采用特殊高熔点金属材料作灭弧触点 6.利用固体介质的狭缝灭弧,1.吹弧,2.采用多断口灭弧,3.短电弧灭弧,这种灭弧方法是近阴极效应的利用。当触点间发生电弧后，由于磁场的作用，把电弧吸引到栅片内，将长弧分割成一串短电弧。电弧过零时，每个短电弧的阴极附近立即出现 150 一 250V 的介质电强度。如果触点间的电压小于各个间隙介质电强度的总和，电弧将会熄灭。这种灭弧方法

7、在低压开关电器中效果显著。,4.利用优质灭弧介质,电弧中的去游离强度，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、介质电强度、热游离温度和热容量。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。 氢气的灭弧能力是空气的 7.5 倍，所以利用变压器油作灭弧介质，绝缘油在电弧的高温作用下分解出氢气（ H2约占 70 一 80 % ）和其他气体来灭弧；,六氟化硫（ SF6）是良好的负电性气体，氟原子具有很强的吸附电子的能力，能迅速捕捉自由电子而成为稳定的负离子，为复合创造了有利条件，因而具有很好的灭弧性能， SF6 气体的灭弧能力比空气约强 100 倍； 若用真空作为灭弧介质，弧隙间质点很少，碰撞游离的可能性大大减少，况且弧柱对真空的带电质点的浓度差和温度差很大，有利于扩散。真空的介质电强度比空气约大 15 倍。因此，采用不同的介质可制造成不同类型的断路器。,5.采用特殊高熔点金属材料作灭弧触点,电弧中的去游离强度在很大程度上取决于触点材料。若采用熔点高、导热系数和热容量大的高温金属作触点材料，可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸汽，抑制游离作用。常用的触点材料有铜钨合金和银钨合金等。,6.利用固体介质的狭缝灭弧,低压开关也广泛采用狭缝灭弧装置，它由石棉水泥和陶土材料压制成的灭弧罩和磁吹装置构成，如图 3 -7 所示，触点间产生电弧