电弧及电气触头的基本理论.ppt

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1、泸州职业技术学院,电气一次,1,第3章 电弧及电气触头的基本理论,高压电奇观,泸州职业技术学院,电气一次,2,教学要求：掌握电弧的特征 了解电弧形成的原因及电弧熄灭的基本方法 影响触头电阻的因素。重 点：电弧熄灭的基本方法。影响触头电阻的因素。难 点：电弧形成的原因,泸州职业技术学院,电气一次,3,3-1 电弧的形成和熄灭,.电弧产生的条件：断开电路时，触头间电压大于1020V；电流大于80100mA 2.带电质点的来源：电极发射大量自由电子强电场发射强电场力热电子发射高温电极间弧柱气体游，产生大量的电子和离子碰撞游离电场力的作用，由高速运动的电子作用产生热游离高温（起弧），由中性质点热运动碰

2、撞产生,3.1.电弧的形成：大量带电质点在电场力的作用定向运动,泸州职业技术学院,电气一次,4,3.电弧的形成,阴极发射（起因）碰撞游离（重要因素）击穿（量变到质变）热游离（主要因素）维持发展,泸州职业技术学院,电气一次,5,电弧的放电现象是一种气体自持放电。电弧是一种离子通道（载流通道）：只有触头间的电弧熄灭后，电流才真正切断。电弧的温度很高、能量大：容易烧坏触头，或使触头周围的绝缘材料遭受破坏。电弧燃烧时间过长，压力过高，有可能使电器发生爆炸事故。质量轻，在外力的作用下易变形,4.电弧的特点,泸州职业技术学院,电气一次,6,关键是加强去游离作用 介质的游离作用电弧产生 介质的去游离作用电弧

3、熄灭1去游离：正、负质点相互吸引中和为中性质点。2熄弧条件 游离与去游离谁主导？当游离去游离电弧电流（剧烈燃烧）当游离=去游离电弧电流不变（稳定燃烧）当游离去游离电弧电流（熄灭）,带电质点不断消失,3.1.2 电弧的熄灭,泸州职业技术学院,电气一次,7,复合 异性质点靠近而相互中和的现象。冷却 扩散 带电质点逸出弧柱外的现象。吹弧影响游离和去游离的因素电弧温度：热游离Q速度复合加强Q使温度降低的方法有：吹弧、拉长电弧、或与冷却介质表面接触。电场强度：E运动速度复合Q热游离气体介质的压力：F自由行程缩短离子浓度复合 真空数目少磁撞游离扩散介质特性：包括气体的介电强度、导热系数、热量量、电负荷电极

4、材料：铜、银、铜钨、银钨合金具有熔点高、导热能力强、热容量大的特点，可减少热电子发射和弧柱中的金属蒸气。,3.去游离方式,泸州职业技术学院,电气一次,8,提高触头的开断速度（分闸弹簧）冷却电弧（油、SF6、真空、压缩空气）拉长电弧吹弧增大绝缘介质气体压力将触头置于真空灭弧室中将长弧分割成多段短弧。,4.熄灭电弧的基本方法,泸州职业技术学院,电气一次,9,3.2 直流电弧的特性及熄灭,泸州职业技术学院,电气一次,10,3.2.1 特 性,1.静态伏安特性曲线 为发弧电压、即产生电弧的最小电压值,泸州职业技术学院,电气一次,11,=阴极区电压+弧柱区电压+阳极区电压,2.电弧电压分布图,泸州职业技

5、术学院,电气一次,12,Uh=阴极区电压U阴极区+弧柱区UH+阳极区U阳极区或：U阴极区，大小与ih无关，在空气中U=811V UH与ih呈线性关系 U阳极区 U阴极区、且随ih增大而减小甚至为零短弧：几个mm长、主要由U阴极区+U阳极区组成,UH近似于零长弧：几个cm几个m长，主要由UH组成,2.电弧电压分布图,泸州职业技术学院,电气一次,13,近阴极效应（短弧原理）,将长弧沿垂直方向切割成多段电弧串联，每一段即构成一个短弧，获得一个阴极区压降。如果加在触头间的电压小于各段短弧的阴极电压之和，则电弧就不能维持而熄灭。,泸州职业技术学院,电气一次,14,3.2.2 直流电弧的工作点,具有直流电

6、弧的RL电路,泸州职业技术学院,电气一次,15,E电源电压。iR电阻电压。电感电阻电压Uh电弧电压,1.电压方程式,2.直流电弧的熄灭条件,泸州职业技术学院,电气一次,16,3.2.3 直流电弧的熄灭方法,1.拉长电弧2.开断电路时在电路中逐级串人电阻3.在断口上装灭弧栅4.冷却电弧 直流电弧的熄灭注意事项 在直流电路中不能采用灭弧能力太强的开关电器，避免产生过电压。,泸州职业技术学院,电气一次,17,33 交流电弧的特性及熄灭,泸州职业技术学院,电气一次,18,Uh马鞍形状。A BA燃弧电压 B熄弧电压,3.3.1 特 性,1.动态伏安特性曲线：电弧电压和电流随时间不断变化，每一周期，电流过

7、零2次,泸州职业技术学院,电气一次,19,电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周期随着电压的升高，电弧会重燃。若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此熄灭。2.热惯性：电弧温度的变化滞后于电流的变化,3.3.1 特 性,泸州职业技术学院,电气一次,20,3.3.2 交流电弧的熄灭,1.弧隙介质电强度的恢复过程UjUj弧隙介质能够承受而致使弧隙击穿的最小电压 过程：电流过零前电弧的温度高，热游离强烈，弧隙的导电性能好电流过零时弧隙温度剧降，热游离减弱，弧隙失去导电性能而恢复为绝缘介质。电流过零后温度继续下降，弧隙介质电强度逐渐回升。这种现象称为交流电路的近阴极效应。（电流极性改变后的0.11.0秒瞬间

8、,有Uj=150250V）,泸州职业技术学院,电气一次,21,2.弧隙电压的恢复过程Uhf,Uhf电压由熄弧电压恢复到电源电压的过程。过程1、电流过零前，电弧电阻很小，电源电压大部分降落在线路或负载的阻抗上。2、电流过零时，电弧熄灭，最后变为绝缘介质，电源电压全部加在弧隙上。,泸州职业技术学院,电气一次,22,3.交流电弧的熄灭条件,两曲线无交点,泸州职业技术学院,电气一次,23,4.交流电弧的灭弧方法,(1)提高触头的分闸进度 迅速拉长电弧，E，冷却与扩散(2)采用多断口灭弧 拉长迅速，行程，灭弧时间提高了灭弧能力(3)吹弧加强冷却和扩散 横吹将电弧吹弯吹长 纵吹将电弧吹细,泸州职业技术学院

9、,电气一次,24,(4)利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 冷却,表面吸附电子，加强复合。如：介质纵缝灭弧罩 介质填料灭弧管(5)利用短弧原理灭弧 交流电路：电流自然过零时，每一短弧有150250v电压。直流电路：每一短弧的阴极区有811v电压降。,4.交流电弧的灭弧方法,泸州职业技术学院,电气一次,25,(6)磁吹 利用电磁力驱动和拉长电弧至固体介质灭弧罩或金属栅灭弧罩中(7)高压力气体介质灭弧 磁撞游离，复合(8)真空灭弧 碰撞游离，热游离，扩散,4.交流电弧的灭弧方法,泸州职业技术学院,电气一次,26,34 电气触头,泸州职业技术学院,电气一次,27,1.概念：通过接触传导电流的两个或以上的金属

10、导体的端接部分。2.影响接触电阻的因素及降低其值的措施：（1）触头材料：铜铝过渡接头片（2）接触压力：（3）接触形式：点、线、面接触的用途（4）接触面的加工情况：平而不是光,3.4.1 概述,指两个或几个导体之间相互接触的部分,接触电阻,触头质量,决定,泸州职业技术学院,电气一次,28,1.结构可靠 2.由良好的导电性能和接触性能。3.通过规定的电流时，发热温度不超过规定值。4.开断规定容量的电流时有足够的抗熔焊和抗电弧烧伤能力5.通过短路电流时，具有足够的动稳定和热稳定。,3.4.2 对电气触头的要求,泸州职业技术学院,电气一次,29,3.4.3 触头的分类和结构,按接触面的形式划分,平面触

11、头,线触头,点触头,按结构形式划分,滑动触头,固定触头,可断触头,刀形触头,指形触头,插座式触头,泸州职业技术学院,电气一次,30,习题及思考题,31 何为电弧？简述断路器触头开断时断口电弧的形成过程及由此 而确定的基本灭弧方法。32 直流电弧稳定燃烧的条件为何？灭弧栅何灭弧室在灭弧原理上由何差别？33 交流电弧电流有何特点？熄灭交流电弧的条件是什么？34 什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？它们与哪些因素有关？35 在直流电弧和交流电弧中，将长电弧分割成短电弧灭弧室利用了什么原理？36 电气触头主要有哪几种接触形式？各有什么特点？37 如果电气触头发生振动是什么原因造成的？有什么危害？,泸州职业技术学院,电气一次,31,