电弧及电气触头基本知识课件.ppt

1、电气设备电气设备第二章第二章 电弧及电气触头基本知识电弧及电气触头基本知识 第一节第一节 电弧的基本知识电弧的基本知识第二节第二节 电弧的特性和熄灭方法电弧的特性和熄灭方法 第三节电气触头基本知识第三节电气触头基本知识 电气设备电气设备课程要求重点难点教学内容思考练习第二章第二章 电弧及电气触头基本知识电弧及电气触头基本知识 第一节第一节 电弧的基本知识电弧的基本知识电气设备电气设备课程要求课程要求首页电气设备电气设备重点难点重点难点首页电气设备电气设备教学内容教学内容首页电气设备电气设备弧心：温度最高、电流密度最大的弧柱中心部位。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

2、较低、亮度明显减弱的部分。弧焰：弧柱周围温度较低、亮度明显减弱的部分。弧柱区中心可达到弧柱区中心可达到10000以上，表面温度也有以上，表面温度也有30004000。 电气设备电气设备电气设备电气设备触头开断瞬间产生少量的自由电子的原因：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：阴极的热电子发射或强电场发射。 热电子发射：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

3、能发射出来成为自由电子。发射出来成为自由电子。 强电场发射：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，当电场强度超过成很高的电场强度，当电场强度超过3106Vm时，阴极触头表面的电子时，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。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。 电气设备电气设备 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

4、足够大，碰撞时就能（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，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电子又去碰撞另外的中性原子此过程愈演愈烈，发展成为此过程愈演愈烈，发展成为“电子崩电子崩” 。 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

5、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，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。就形成了电弧。 游离：中性质点转化为带电质点的过程。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。平均自由行程以及气体的性质。 触头间电压越高，电场强度也触头间电压越高，电场强度也越高，则气体容易被击穿。越高，则气体容易被击穿。 注意：注意： 气体的压力越大，越不容气体的压力越大，越不容易产生电场游离。易产生电场游

6、离。电气设备电气设备电气设备电气设备电气设备电气设备使弧隙中正离子和自由电子减少。使弧隙中正离子和自由电子减少。 复合复合 扩散扩散 正负电荷中和成为中性质点的现象。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。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。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）介质的特性 （2）电弧的温度）电弧的温度 （3）气体介质压力）气体介质压力 （4）游离质点的密度）游离质点的密度 （5）触头材料）触头

7、材料 电气设备电气设备电气设备电气设备课程要求重点难点教学内容思考练习第二章第二章 电弧及电气触头基本知识电弧及电气触头基本知识 第二节第二节 电弧的特性和熄电弧的特性和熄灭方法灭方法 电气设备电气设备课程要求课程要求首页电气设备电气设备重点难点重点难点首页电气设备电气设备教学内容教学内容首页电气设备电气设备电气设备电气设备电气设备电气设备电弧的温度、直径以及电弧电压随时间变化。电弧的温度、直径以及电弧电压随时间变化。 电弧电压呈马鞍形变化，电流小时，电弧电压高，电流大时，电弧电压电弧电压呈马鞍形变化，电流小时，电弧电压高，电流大时，电弧电压减小且接近于常数。减小且接近于常数。A点：燃弧电压点

8、：燃弧电压B点：熄弧电压点：熄弧电压 由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟不上快速变化的电流，由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟不上快速变化的电流，所以电弧温度的变化总滞后于电流的变化，这种现象称为电弧的热惯性。所以电弧温度的变化总滞后于电流的变化，这种现象称为电弧的热惯性。 电流过零时，电弧自然熄灭。电流过零时，电弧自然熄灭。 如果电弧是稳定燃烧的，则电弧电流过零熄灭后，在另半周又会重燃。如果电弧是稳定燃烧的，则电弧电流过零熄灭后，在另半周又会重燃。 如果电弧过零后，电弧不发生重燃，电弧就熄灭。如果电弧过零后，电弧不发生重燃，电弧就熄灭。 电气设备电气设备 恢复过程：电弧电

9、流过零，电弧熄灭时，弧隙中去游离作用继续进行，恢复过程：电弧电流过零，电弧熄灭时，弧隙中去游离作用继续进行，弧隙电阻不断增大，弧隙介质的介电强度要恢复到正常状态值所需要的过程。弧隙电阻不断增大，弧隙介质的介电强度要恢复到正常状态值所需要的过程。 介质介电强度的恢复速度与冷却条件、电流大小、开关电器灭弧装置的介质介电强度的恢复速度与冷却条件、电流大小、开关电器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质有关。结构和灭弧介质的性质有关。 低压电器常利用近阴极效应来灭弧。低压电器常利用近阴极效应来灭弧。 影响介质介电强度恢复速率的主要因素：影响介质介电强度恢复速率的主要因素：（1）弧隙温度。）弧隙温度。 （2）弧

10、隙介质特性。）弧隙介质特性。 （3）灭弧介质的压力。）灭弧介质的压力。 （4）断路器触头的分断速度。）断路器触头的分断速度。电气设备电气设备 电流过零后，弧隙电压从熄弧电压恢复到电源电压的过程，用电流过零后，弧隙电压从熄弧电压恢复到电源电压的过程，用Uhf（t）表示，恢复过程与电路参数、负荷性质等有关。受电路参数）表示，恢复过程与电路参数、负荷性质等有关。受电路参数等因素的影响，电压恢复过程可能是周期性的变化过程，也可能是等因素的影响，电压恢复过程可能是周期性的变化过程，也可能是非周期性变化过程。非周期性变化过程。 不会在电压恢复过不会在电压恢复过程中出现过电压程中出现过电压 周期性振荡的恢周

11、期性振荡的恢复电压更容易超过弧复电压更容易超过弧隙介质强度，造成电隙介质强度，造成电弧重燃。弧重燃。 电气设备电气设备电气设备电气设备 利用灭弧介质（气体、油等）在灭弧室中吹动电弧，广泛应用在开利用灭弧介质（气体、油等）在灭弧室中吹动电弧，广泛应用在开关电器中，特别是高压断路器中。关电器中，特别是高压断路器中。 横吹横吹 纵吹纵吹 纵横吹纵横吹 熄弧时，利用多断口把电弧分解为多个相串联的短电弧，使电弧的总长度加熄弧时，利用多断口把电弧分解为多个相串联的短电弧，使电弧的总长度加长，弧隙电导下降；在触头行程、分闸速度相同的情况下，电弧被拉长的速度成长，弧隙电导下降；在触头行程、分闸速度相同的情况下

12、，电弧被拉长的速度成倍增加，促使弧隙电导迅速下降，提高了介电强度的恢复速度；另一方面，加在倍增加，促使弧隙电导迅速下降，提高了介电强度的恢复速度；另一方面，加在每一断口上的电压减小数倍，输入电弧的功率和能量减小，降低了弧隙电压的恢每一断口上的电压减小数倍，输入电弧的功率和能量减小，降低了弧隙电压的恢复速度，缩短了灭弧时间。复速度，缩短了灭弧时间。 迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱内的电位梯度，迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱内的电位梯度，增加电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和扩散作用，增加电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和扩散作用，如采用强力分闸弹簧。如采用强力分闸弹簧。 电气设备电气设备

13、铜钨合金和银钨合金铜钨合金和银钨合金 油、压缩空气、油、压缩空气、SF6气体、真空气体、真空利用一个金属灭弧栅将电弧分为多个短弧，利用近阴极效应的方法灭弧。利用一个金属灭弧栅将电弧分为多个短弧，利用近阴极效应的方法灭弧。 常用于低压开关电器中，如自动开关和电磁接触器等。常用于低压开关电器中，如自动开关和电磁接触器等。 广泛应用于低压开关。广泛应用于低压开关。电气设备电气设备电气设备电气设备课程要求重点难点教学内容思考练习第二章第二章 电弧及电气触头基本知识电弧及电气触头基本知识 第三节电气触头基本知识第三节电气触头基本知识 电气设备电气设备课程要求课程要求首页电气设备电气设备重点难点重点难点首

14、页电气设备电气设备教学内容教学内容首页电气设备电气设备（1）结构可靠；）结构可靠；（2）接触电阻小且稳定，即有良好导电性能和接触性能；）接触电阻小且稳定，即有良好导电性能和接触性能；（3）通过规定电流时，发热稳定而且温度不超过允许值；）通过规定电流时，发热稳定而且温度不超过允许值；（4）通过短路电流时，具有足够的动稳定性和热稳定性；）通过短路电流时，具有足够的动稳定性和热稳定性；（5）开断规定的短路电流时，触头不被灼伤，磨损尽可能小，）开断规定的短路电流时，触头不被灼伤，磨损尽可能小，不发生熔焊现象。不发生熔焊现象。电气设备电气设备不同压力作用时两触头表面的接触情况（不同压力作用时两触头表面的

15、接触情况（F2F1） 在开关电器中，一般在触头上附加钢性弹簧，以增大并保持触头间的在开关电器中，一般在触头上附加钢性弹簧，以增大并保持触头间的接触压力，使触头接触可靠，减小接触电阻并保持稳定。接触压力，使触头接触可靠，减小接触电阻并保持稳定。 材料：铜、黄铜和青铜等。材料：铜、黄铜和青铜等。为了防止氧化，通常在触头表面镀上一层锡或铅锡合金。为了防止氧化，通常在触头表面镀上一层锡或铅锡合金。镀锡铜触头：镀锡铜触头： 环境温度可在环境温度可在60以上，可用在户外装置，也可用在潮湿场所。以上，可用在户外装置，也可用在潮湿场所。 镀银触头：镀银触头： 用于户外装置或潮湿场所使用的大电流触头。用于户外装

16、置或潮湿场所使用的大电流触头。 钢制触头：钢制触头： 接触表面应镀锡，并涂上两层漆加以密封。接触表面应镀锡，并涂上两层漆加以密封。 铝制触头：铝制触头： 表面涂中性凡士林油加以覆盖，以防氧化。表面涂中性凡士林油加以覆盖，以防氧化。 电气设备电气设备直接连接直接连接 铝与铝：铝与铝：铜与铜铜与铜 （干燥室内（干燥室内 ）：）：直接连接直接连接 铜与铜铜与铜 （室外、高温潮湿、腐蚀性气体室内（室外、高温潮湿、腐蚀性气体室内 ）：）：搪锡搪锡 钢与钢：钢与钢： 搪锡或镀锌搪锡或镀锌 铜与铝（干燥室内铜与铝（干燥室内 ）：）： 铜搪锡铜搪锡 铜与铝（室外、空气湿度接近铜与铝（室外、空气湿度接近l00%

17、室内室内 ）：）： 过渡板，铜搪锡过渡板，铜搪锡钢与铝钢与铝/钢与铜钢与铜 ： 钢搪锡钢搪锡 电气设备电气设备 优点：压强较大、接触点较固定、接触电阻稳定、触头结构简单、自优点：压强较大、接触点较固定、接触电阻稳定、触头结构简单、自净作用较强。净作用较强。缺点：接触面积小、不宜通过较大电流、热稳定性差。缺点：接触面积小、不宜通过较大电流、热稳定性差。 用途：只用在工作电流和短路电流较小的情况，如继电器和开关电器辅用途：只用在工作电流和短路电流较小的情况，如继电器和开关电器辅助触点等。助触点等。电气设备电气设备 特点：压力强度较大，在同样压力下，线触头比面接触触头的特点：压力强度较大，在同样压力

18、下，线触头比面接触触头的实际接触点要多，接触面积比较稳定。触头间的运动形式是一个触头实际接触点要多，接触面积比较稳定。触头间的运动形式是一个触头沿另一个触头的表面滑动，从而可减小接触电阻，铜制线触头的接触沿另一个触头的表面滑动，从而可减小接触电阻，铜制线触头的接触电阻是平面触头的电阻是平面触头的1/21/3，广泛应用于高、低压开关电器中。，广泛应用于高、低压开关电器中。 特点：触头容量较大，接触点数和实际接触面积仍比较小，为特点：触头容量较大，接触点数和实际接触面积仍比较小，为保证触头的动稳定，减小接触电阻，就必须对触头施加更大的压力。保证触头的动稳定，减小接触电阻，就必须对触头施加更大的压力

19、。 电气设备电气设备母线之间，母线与电器引出端头的连接等。母线之间，母线与电器引出端头的连接等。 1）可拆卸的连接：采用螺栓连接方式，以方便安装和维修。）可拆卸的连接：采用螺栓连接方式，以方便安装和维修。 2）不可拆卸的连接：采用铆接或压接方式，触头连接后便不可拆卸。）不可拆卸的连接：采用铆接或压接方式，触头连接后便不可拆卸。防腐的方法一般是在触头连接后，在外面涂以绝缘漆、瓷釉或凡士林油等。防腐的方法一般是在触头连接后，在外面涂以绝缘漆、瓷釉或凡士林油等。 电气设备电气设备1）对接式触头）对接式触头 优点：结构简单，分断速度快。优点：结构简单，分断速度快。缺点：接触面不够稳定，易发生触头弹跳，没有自净作用，触头易被烧缺点：接触面不够稳定，易发生触头弹跳，没有自净作用，触头易被烧伤、动热稳定性较差。伤、动热稳定性较差。只适用于只适用于1000A以下的断路器中。以下的断路器中。 2）插入式触头）插入式触头优点：接触压力较小，有自洁作用，无弹跳，触头磨损小，动热稳定性好。优点：接触压力较小，有自洁作用，无弹跳，触头磨损小，动热稳定性好。缺点：除了刀形触头外，结构复杂，分断时间长。缺点：除了刀形触头外，结构复杂，分断时间长。 刀形触头刀形触头 瓣形触头瓣形触头 指形触头指形触头 电气设备电气设备豆形触头豆形触头 “Z”形滑动触头形滑动触头 滚动式滑动触头滚动式滑动触头 电气设备电气设备