电弧理论和开关设备教案

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1、幻灯片1第4章供配电系统的常用电气设备§4.1概述§4.2电弧的产生及灭弧方法§4.3电力变压器§4.4互感器§4.5熔断器§4.7低压开关设备§4.6高压开关设备§4.9成套配电装置§4.8避雷器小结1幻灯片2§4.1概述4.1.1电气设备的定义供配电系统的电气设备是指用于发电、输电、变电、配电和用电的所有设备，包括发电机、变压器、控制电器、保护设备、测量仪表、线路器材和用电设备（如电动机、照明用具）等。按设备所属回路分（1）一次回路及一次设备一次回路供配电系统中用于传输、变换和分配电力电能的主电路一次设备或一次电器设置在一次回

2、路中的电气设备（2）二次回路及二次设备二次回路指用来控制、指示、监测和保护一次回路运行的电路二次设备或二次电器设置在二次回路中的电气设备。2幻灯片33．按在一次电路中的功能分（1）变换设备用来按电力系统工作的要求变换电压或电流的电气设备，如变压器、互感器等。（2）控制设备用于按电力系统的工作要求控制一次电路通、断的电气设备，如高低压断路器、开关等。（3）保护设备用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护用电气设备，如熔断器、避雷器等。（4）补偿设备用来补偿电力系统中无功功率以提高功率因数的设备，如并联电容器等。（5）成套设备(装置)

3、按一次电路接线方案的要求，将有关的一次设备及其相关的二次设备组合为一体的电气装置，如高低压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱等。§4.1概述3幻灯片44.2.1电弧及其主要危害电弧—一种高温、强光的电游离现象，开关电器和线路中一种必然的物理现象，是电流的延续。1．电弧的主要特征（1）能量集中，发出高温、强光。（2）自持放电，维持电弧稳定燃烧所需电压很低。（3）游离的气体，质轻易变。2．电弧的危害（1）延长了电路的开断时间，从而使故障对供配电系统造成更大的损坏。（2）高温使开关触头变形、熔化，从而导致接触不良甚至损坏。（3）高温可

4、能造成人员灼伤甚至直接或间接的死亡，强光可能损害人的视力。（4）引起弧光短路，严重时造成爆炸事故。§4.2电弧的产生及灭弧方法4幻灯片54.2.2电弧的产生1．产生电弧的根本原因触头间很大电场强度和很高的温度导致触头本身的电子及触头周围介质中的电子被游离而形成电弧电流。2．产生电弧的游离方式（1）高电场发射强电场把触头表面的电子拉出，形成自由电子并发射到触头间隙中。（2）热电发射触头表面的电子吸收足够的热能而发射到触头间隙中形成自由电子向间隙四周发射出去。（3）碰撞游离高速移动的自由电子碰撞中性质点，使中性质点游离成带正电的正离子

5、和自由电子。不断的碰撞使触头间隙中正离子和自由电子数越来越多，形成“雪崩”现象，当离子浓度足够大时，介质被击穿而产生电弧。（4）高温游离电弧形成后的高温，加强了正离子和自由电子的游离。触头越分开，电弧越大，高温游离也越显著。注：高电场发射和热电发射的游离方式在触头分开之初占主导作用碰撞游离和高温游离使电弧持续和发展它们是互相影响，互相作用的。5幻灯片61．电弧熄灭的条件去游离率大于游离率，即其中离子消失的速率大于离子产生的速率。2．去游离方式（1）复合正、负带电质点重新结合为中性质点电弧中温度越低，电场强度越弱，截面越小，介质的性

6、质越稳定，密度越高，复合愈快。（2）扩散电弧中的带电质点向电弧周围介质散发开去，使弧区带电质点的浓度减少。电弧与周围介质的浓度差越大，电弧与周围介质的温度差越大，电弧截面越小，扩散就越强烈。3．交流电弧的熄灭电流过零时，电弧将暂时熄灭，弧柱温度急剧下降，高温游离中止，去游离大大增强，阴极附近空间的绝缘强度迅速增高。由于交流电流每一个周期两次过零值，在熄灭交流电弧时，就是充分利用这一特点来加速电弧的熄灭。4.2.3电弧的熄灭6幻灯片71．速拉灭弧法是开关电器中最基本的灭弧方法。高低压断路器中都装有强力的断路弹簧，目的就是加速触头的分

7、断速度。2．冷却灭弧法利用介质如油等来降低电弧的温度从而增强去游离来加速电弧的熄灭。3．吹弧灭弧法利用外力如气流、油流或电磁力来吹动电弧，使电弧拉长，同时也使电弧冷却，电弧中的电场强度降低，复合和扩散增强，加速电弧熄灭。（1）按吹弧的方向(相对电弧方向)分纵吹和横吹，如图4–1a和图4–1b所示。4.2.4开关电器中常用的灭弧方法7幻灯片8（2）按施加外力的性质来分，气吹、油吹、磁力吹和电动力吹等。如图4–2所示的低压刀开关迅速拉开刀闸时电动力吹弧使电弧加速拉长。如图4–3所示采用专门的磁吹线圈来吹弧。4.2.4开关电器中常用的灭

8、弧方法8幻灯片9如图4–4所示利用铁磁物质钢片来吸动电弧，这相当于反向吹弧。4.2.4开关电器中常用的灭弧方法9幻灯片104．长弧切短灭弧法如图4–5所示，利用金属片（如钢栅片）将长弧切成若干短弧。当外施电压(触头间)小于电弧上的电压降时，电弧不能