发电厂及变电站电气设备-电弧及电气触头

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1、主编：李家坤朱华杰主审：陈光会3电弧及电气触头发电厂及变电站电气设备FADIANCHANGJIBIANDIANZHANDIANQISHEBEI13.1电弧的基本问题13.2直流电弧的特性和熄灭23.3交流电弧的特性和熄灭33.4电气触头43电弧及电气触头目录2【知识目标】1．了解电弧的概念及特征，理解电弧的形成过程和燃烧熄灭的条件及影响电弧熄灭的因素；2．理解直流电弧的特性及燃烧工作点，掌握稳定燃烧方程式及熄灭的条件；3．理解交流电弧的动态伏安特性，理解弧隙电压恢复和介质电强度的恢复过程,掌握交流电弧熄灭的条件；4．理解各种电弧熄灭的方法、原理及开关装置的灭弧措施；5．了解电气触头

2、的概念分类及接触电阻的概念，理解触头的接触机理和影响接触电阻的因素。3电弧及电气触头3【能力目标】1．能够简述电弧的形成过程，解释燃烧电弧熄灭的条件；2．能够写出直流电弧沿弧长的电压分布方程，能够解释直流电弧稳定燃烧方程式；3．能够简述交流电弧的动态伏安特性，能够解释弧隙电压恢复过程和介质电强度恢复过程；4．能够认识、区分常见电气触头。3电弧及电气触头4电力系统中的电气设备，当切断通有电流的电路和接通具有电压的电路时，在分离和接通的触头之间便会产生电弧。电弧的温度较高，很容易烧毁触头，使触头周围的绝缘材料遭受破坏。如果电弧燃烧时间过长，设备内部压力过高，则很可能使电器设备发生爆炸等

3、事故。因此，当开关触头间出现电弧时，必须尽快予以熄灭。了解和分析电弧的形成机理，并采取有效的措施熄灭电弧，对电力系统的正常操作与安全运行有很重要的意义。3电弧及电气触头5高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备，其最大特点是能断开电路中的负荷电流和短路电流，因此，运行中其开断能力是标志性能的一项基本指标。所谓开断能力，就是指断路器在切断电流时熄灭电弧的能力，以保证其顺利地分、合闸电路的任务。3电弧及电气触头63.1电弧的基本问题3.1电弧的基本问题7电弧实际上是一种能量集中、温度很高、亮度很大的气体放电现象，就是一种具有强光和高温的电游离现象。其内因在于触头本身和周围介质中存在着大

4、量可被游离的电子，其外因为分断的触头间又存在足够大的电压，当同时具有上述两个条件时，触头间便可能产生强烈的电游离而形成电弧。游离就是中性质点转化为带电质点。3.1.1电弧的形成3.1电弧的基本问题8用开关切断有电流通过的电路时，在开关触头刚分离的瞬间便会产生电弧，如图3.1所示为直流电弧的组成示意图。图3.1直流电弧的组成3.1电弧的基本问题93.1.1.1电弧的特性（1）电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成，如图3.1所示。阴极和阳极附近的区域分别称为阴极区和阳极区，在阴极和阳极间的明亮光柱称为弧柱。弧柱区中心部位温度最高、电流密度最大，称为弧心；弧柱区周围温度较低、亮度明显减

5、弱的部分称为弧焰。（2）电弧的温度很高。电弧形成后，由电源不断地输送能量，维持其燃烧，并产生很高的温度。电弧燃烧时，能量高度集中，弧柱区中心温度可达到10000℃以上，表面温度也有3000～4000℃，同时发出强烈的白光，故称弧光放电为电弧。3.1电弧的基本问题10（3）电弧是一种自持放电，不同于其他形式的放电现象（如电晕放电、火花放电等），电极间的带电质点不断产生和消失，处于一种动态平衡。弧柱区电场强度很低，一般仅为10～200V／cm，很低的电压就能维持电弧的稳定燃烧而不会熄灭。（4）电弧是一束游离的气体，质量很轻，在电动力、热力或其他外力作用下能迅速移动、伸长、弯曲和变形。其

6、运动速度可达每秒几百米。3.1电弧的基本问题113.1.1.2触头间发生电弧的条件和物理过程触头周围的介质原本是绝缘的，电弧的产生说明绝缘介质变成了导电的介质，发生了物态的转化。任何一种物质都有三态，即固态、液态和气态，这三态随温度的升高而改变。当物质变为气态后，若温度再升高，一般要到5000℃以上，物质就会转化为第四态，即等离子体态。任何等离子体态的物质都是以离子状态存在的，具有导电的特性。因此，电弧的形成过程就是介质向等离子体态的转化过程。电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子和原子）被游离的结果。3.1电弧的基本问题12开关触头刚分离时，由于触头间的间隙很小，触头间会出现很高

7、的电场强度，当电场强度超过V/m时，阴极触头表面的电子在强电场的作用下被拉出来发生强电场发射。从阴极表面发射出来的自由电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，它们在奔向阳极的途中碰撞介质的中性质点（原子或分子），只要电子的运动速度足够高，其动能大于中性质点的游离能（能使电子释放出来的能量）时，便产生碰撞游离，原中性质点游离为正离子和自由电子。新产生的电子将和原有的电子一起以极高的速度向阳极运动，当它们和其他中性质点相碰撞时又再一次发生碰撞游离，依次连续发生。碰撞游离过