电弧的特性和熄灭方法.ppt

第二章 高压开关电器,第一节 开关电器中的电弧（二）,教学内容,本节教学内容一、直流电弧的特性二、直流电弧的熄灭三、交流电弧的特性 四、交流电弧的熄灭 五、熄灭交流电弧的基本方法,首页,一、直流电弧的特性,稳定燃烧的直流电弧压降由阴极区压降、弧柱压降和阳极区压降三部分组成。电弧阴极区压降近似等于常数，它与电极材料和弧隙的介质有关；弧柱压降与弧长成正比；阳极区的电压降比阴极区的小。,二、直流电弧的熄灭,熄灭直流电弧方法：1.冷却或拉长电弧，增大电弧电阻和电弧电压；2.增大线路电阻，如熄弧过程中串入电阻；3.长弧分割成串联短弧，利用短弧的特性，使得电弧电压大于触头施加的电压时，则电弧即可熄灭。在高压大容量的直流电路中（如大容量发电机的励磁电路），一方面采用冷却电弧和短弧原理的方法来熄弧，另一方面采用逐步增大串联电阻的方法来熄弧。,三、交流电弧的特性,1.动态特性 2.热惯性 3.“自然过零”,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，电弧电压减小且接近于常数。,A点：燃弧电压B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，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。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。,四、交流电弧的熄灭,电弧重燃取决于弧隙介质绝缘能力或介电强度和弧隙电压的恢复。1.弧隙介质介电强度的恢复,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。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。,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：（1）弧隙温度。（2）弧隙介质特性。（3）灭弧介质的压力。（4）断路器触头的分断速度。,四、交流电弧的熄灭,2.弧隙电压的恢复过程,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。,不会在电压恢复过程中出现过电压,周期性振荡的恢复电压更容易超过弧隙介质强度，造成电弧重燃。,四、交流电弧的熄灭,3.交流电弧不发生电击穿的条件 Uj（t）Uhf（t）在交流电弧的灭弧中，应充分利用交流电流的自然过零点，采取有效的措施，加大弧隙间去游离的强度，使电弧不再重燃，最终熄灭。,五、熄灭交流电弧的基本方法,1.吹弧2.采用多断口灭弧 3.提高分闸速度,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。,横吹:吹弧方向与电弧轴线相垂直,纵吹:吹动方向与电弧轴线一致,纵横吹:将纵吹和横吹结合起来,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，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。,五、熄灭交流电弧的基本方法,4.用耐高温金属材料制作触头5.采用优质灭弧介质6.短弧原理灭弧 7.利用固体介质的狭缝灭弧装置灭弧,用熔解点高、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气，减弱游离过程，利于电弧熄灭。如铜钨合金和银钨合金,灭弧介质的特性，如导热系数、介电强度、热游离温度、热容量等，对电弧的游离程度有很大影响，这些参数值越大，去游离作用越强。油、压缩空气、SF6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。,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。,磁场产生的方法：,（1）磁吹线圈与电路串联,（2）磁吹线圈与电路并联,（3）永久磁铁,思考练习,思考练习1.交流电弧有什么特征？熄灭交流电弧的条件是什么？2.什么是近阴极效应？3.什么是弧隙介质介电强度和弧隙恢复电压？4.断路器断口并联电阻和电容的作用是什么？5.开关电器中常采用的基本灭弧方法有哪些？各自的灭弧原理是什么？,本节结束！,