开关电器中的灭弧原理课件.pptx

1、1、电弧的、电弧的概念概念2、电弧的、电弧的产生产生3、电弧的、电弧的分类分类4、电弧的、电弧的危害危害5、电弧的、电弧的用途用途6、如何熄灭电弧如何熄灭电弧开动脑筋，自主学习：开动脑筋，自主学习： 按照已经划分的小组，使用网络搜索下列问按照已经划分的小组，使用网络搜索下列问题，并将自己认为准确的答案发送至班级微信群。题，并将自己认为准确的答案发送至班级微信群。 电弧放电的电弧放电的特征特征 1. 电弧的概念电弧的概念 当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。 2.电弧的本质电弧的本质 电弧的实质是一种气体放电现象。 3. 电弧放电的

2、特征电弧放电的特征 （1）电弧由三部分组成。包括阴极区、阳极区和弧柱区。 （2）电弧温度很高（100000C）。 （3）电弧是一种自持放电现象。 （4）电弧是一束游离的的气体。电弧现象电弧现象1电弧是一种能量集中、温度很高、亮度很强的放电现象。电弧是一种能量集中、温度很高、亮度很强的放电现象。如如10kV少油断路器开断少油断路器开断20kA的电流时，电弧功率高达的电流时，电弧功率高达10000kW以上，造成电弧及其附近区域的介质及其强烈的以上，造成电弧及其附近区域的介质及其强烈的物理化学变化，可能烧坏触头及触头附近的其他部件。物理化学变化，可能烧坏触头及触头附近的其他部件。如果电弧长期不灭，将

3、会引起电器被烧毁甚至爆炸，危如果电弧长期不灭，将会引起电器被烧毁甚至爆炸，危机电力系统的安全运行，造成重大损失。所以，切断电机电力系统的安全运行，造成重大损失。所以，切断电路时，必须尽快熄灭电弧。路时，必须尽快熄灭电弧。2电弧是导体。开关电器的触头虽然已经分开，但是触头电弧是导体。开关电器的触头虽然已经分开，但是触头间如有电弧存在，电路就还没有断开，电流仍然存在。间如有电弧存在，电路就还没有断开，电流仍然存在。3电弧是一种自持放电现象，即电弧一旦形成，维电弧是一种自持放电现象，即电弧一旦形成，维持电弧稳定燃烧所需的电压很低。如，大气中持电弧稳定燃烧所需的电压很低。如，大气中1cm长的直流电弧的

4、弧柱电压只有长的直流电弧的弧柱电压只有1530V，在变压器，在变压器油中也不过油中也不过100200V。4电弧是一束游离气体，质量很轻，容易变形，在电弧是一束游离气体，质量很轻，容易变形，在外力作用下（如气体、液体的流动或电动力作用）外力作用下（如气体、液体的流动或电动力作用）会迅速移动、伸长或弯曲，对敞露在大气中的电弧会迅速移动、伸长或弯曲，对敞露在大气中的电弧尤为明显。如，在大气中开断交流尤为明显。如，在大气中开断交流110kV、5A的电的电流时，电弧长度超过流时，电弧长度超过7m。电弧移动速度可达每秒几。电弧移动速度可达每秒几十米至几百米。十米至几百米。 开关设备开关设备进行切断电路或关

5、合电路时，若动、进行切断电路或关合电路时，若动、静触头之间的电场强度大于介质强度，则触头之间静触头之间的电场强度大于介质强度，则触头之间的绝缘气体被击穿，成为游离状态，在游离状态下的绝缘气体被击穿，成为游离状态，在游离状态下的气体具有很强的导电性能，这实质上是绝缘介质的气体具有很强的导电性能，这实质上是绝缘介质转变成了导电体转变成了导电体，也就是，也就是形成了电弧。形成了电弧。 为什么在切断有电流通过的电路时会形成导电的弧道？为什么在切断有电流通过的电路时会形成导电的弧道？开关在断开的状态时开关在断开的状态时，动，动、静触头间一般是不导电的绝缘气体。、静触头间一般是不导电的绝缘气体。开开断电路

6、时断电路时电弧的产生过程电弧的产生过程开断电路开断电路时时电弧的产生过程电弧的产生过程 电弧放电电弧放电的危害的危害 （1）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。 （2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。 （3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。定义定义：在直流电路中产生的电弧叫直流电弧在直流电路中产生的电弧叫直流电弧1.电弧电压分布图电弧电压分布图321UUUUh电弧电压阴极区压降弧柱压降阳极区压降电弧电压阴极区压降弧柱压降阳极区压降直流直流电弧的特

7、性电弧的特性1.1.拉长电弧拉长电弧2.2.开断电路时在电路中逐级串入电阻开断电路时在电路中逐级串入电阻3.3.在断口上装灭弧栅在断口上装灭弧栅4.4.冷却电弧冷却电弧3.3.在断口上装灭弧栅在断口上装灭弧栅4.冷却电弧冷却电弧交流电弧的熄灭方法交流电弧的熄灭方法熄灭熄灭交流电弧的方法交流电弧的方法一、提高触头的分闸速度一、提高触头的分闸速度二、采用多断口二、采用多断口三、吹弧三、吹弧 吹弧气流产生的方法吹弧气流产生的方法 吹弧的方向吹弧的方向四、短弧原理灭弧四、短弧原理灭弧五、利用固体介质的狭缝狭沟灭弧五、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六、采用耐高温金属材料制作触头

8、七、采用优质灭弧介质七、采用优质灭弧介质 提高触头的提高触头的分闸速度分闸速度 迅速拉长电弧，有利于迅速减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取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16m/s以上。无弹簧无弹簧有弹簧有弹簧加速加速触头的分离速度，迅速拉长电弧。触头的分离速度，迅速拉长电弧。 采用多断口采用多断口 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

9、，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。在要求将电弧拉到同样的长度时，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。 采用多采用多断口断口 吹弧吹弧 吹弧气流产生吹弧气流产生法法 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. 吹弧气流产生的方法有：吹弧气流产生的方法有： （1）用油气吹弧）用油气吹弧 用油气作吹弧介质的

10、断路器称为油断路器。在这种断路器中，有用专用材料制成的灭弧室，其中充满了绝缘油。当断路器触头分离产生电弧后，电弧的高温使一部分绝缘油迅速分解为氢气、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等气体，其中氢的灭弧能力是空气的7.5倍。这些油气体在灭弧室中积蓄能量，一旦打开吹口，即形成高压气流吹弧。 吹弧吹弧 吹弧气流产生法吹弧气流产生法.（2） （2）用压缩空气或六氟化硫气体吹弧）用压缩空气或六氟化硫气体吹弧 将20个左右大气压的压缩空气或5个大气压左右的六氟化硫气体（SF6）先储存在专门的储气罐中，断路器分闸时产生电弧，随后打开喷口，用具有一定压力的气体吹弧。 （3）产气管吹弧）产气管吹弧 产气管由纤维、塑料

11、等有机固体材料制成，电弧燃烧时与管的内壁紧密接触，在高温作用下，一部分管壁材料迅速分解为氢气、二氧化碳等，这些气体在管内受热膨胀，增高压力，向管的端部形成吹弧。 吹弧吹弧 吹弧方向法吹弧方向法 （1） 2. 按吹弧的方向分为：按吹弧的方向分为： （1）纵吹）纵吹 吹弧的介质（气流或油流）沿电弧方向的吹拂称为纵吹，纵吹能增强弧柱中的带电质点向外扩散，使新鲜介质更好地与炽热电弧接触，加强电弧的冷却，有利于迅速灭弧。 （2）横吹）横吹 横吹时气流或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，栅片能更充分地

12、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 吹弧方向法吹弧方向法（2） 吹弧吹弧 吹弧方向法吹弧方向法（3） （3）纵横吹）纵横吹 横吹灭弧室在开断小电流时因室内压力太小，开断性能较差。为了改善开断小电流时的灭弧性能，可将纵吹和横吹结合起来。在大电流时主要靠横吹，小电流时主要靠纵吹，这就是纵横吹灭弧室。 短弧原理灭弧短弧原理灭弧 灭弧装置是一个金属栅灭弧罩，利用将电弧分为多个串联的短弧的方法来灭弧。由于受到电磁力的作用，电弧从金属栅片的缺口处被引入金属栅片内，一束长弧就被多个金属片分割成多个串联的短弧。如果所有串联短弧阴极区的起始介质强度或阴极区的电压降的总

13、和永远大于触头间的外施电压，电弧就不再重燃而熄灭。采用缺口铁质栅片，是为了减少电弧进入栅片的阻力，缩短燃弧时间。 利用固体介质的利用固体介质的狭缝狭沟灭弧狭缝狭沟灭弧 灭弧装置的灭弧片是由石棉水泥或陶土制成的。触头间产生电弧后，在磁吹装置产生的磁场作用下，将电弧吹入又灭弧片构成的狭缝中，把电弧迅速拉长的同时，使电弧与灭弧片内壁紧密接触，对电弧的表面进行冷却和吸附，产生强烈的去游离。原理图如所示。 石英砂熔断器中的熔丝熔断时，在石英砂的狭沟中产生电弧。由于受到石英砂的冷却和表面吸附作用，使电弧迅速熄灭。同时，熔丝气化时产生的金属蒸汽渗入石英砂中遇冷而迅速凝结，大大减少了弧隙中的金属蒸汽，使得电弧

14、容易熄灭。原理图如所示。 利用固体介质的利用固体介质的狭缝狭沟灭弧狭缝狭沟灭弧 用耐高温用耐高温金属材料作触头金属材料作触头、优质灭弧介质优质灭弧介质 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（SF6）气体、真空等作为灭弧介质。1. 电弧的概念电弧的概念 当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。2.电弧的本质电弧的本质 电弧的实质是一种气体放电现象。3.电弧的危害电弧的危害（1）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。（2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。（3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。4.熄灭交流电弧的方法熄灭交流电弧的方法 （1）提高触头的分闸速度（2）采用多断口（3）吹弧 （4）短弧原理灭弧 （5）利用固体介质的狭缝狭沟灭弧（6）采用耐高温金属材料制作触头 （7）采用优质灭弧介质