供配电技术 第2章 电气设备

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1、第二章电气设备第一节电弧的形成及灭弧措施第二节高压电气设备第三节低压电气设备思考题第一节电弧的形成及灭弧措施开关电器切除有电流通过的电路时，动、静触头之间会产生电弧。电弧的影响：（1）延长了短路电流的作用时间。（2）产生高温：可能烧损触头烧毁电气设备及导线电缆可能引起电路的弧光短路可能引起火灾和爆炸事故（3）损害人的视力。研究电弧的产生与熄灭过程，对制造厂家和运行部门都是非常重要的。一、电弧的形成（1）强电场发射触头刚分离的瞬间，触头间具有很高的电场强度E(V/m)，当E大于一定值时，金属触头表面的电子被将从阳极拉出，成为

2、自由电子，在电场力的作用下，自由电子向阳极加速运动。这种现象称强电场发射。（2）热电发射触头即将分开的瞬间，由于触头间压力和接触面积减小，接触电阻R增大，从而电能损耗I2R增大，在阳极表面出现炽热点。金属触头在高温作用下，亦将发射电子，这种现象称热电发射。一、电弧的形成（3）碰撞游离向阳极运动的自由电子，在运动过程中，碰撞到中性介原子，使其外围电子被撞出，分离成为自由电子和正离子的现象称为碰撞游离。当触头间的自由电子、正离子达到一定浓度时，中性介质被击穿变成了导电体，在外加电压作用下，大量的电子连续流向阳极，形成电流，开始

3、了弧光放电。这是电弧产生的最初阶段，随着触头距离增大，E减小，强电场发射与碰撞游离作用减弱。(4)热游离当电弧产生以后，介质分子在高温作用下，产生迅速且不规则的运动，并有很大的动能，它们相互碰撞时，同样可游离出自由电子和正离子，这种靠高温产生游离的方式，称为热游离。热游离是维持电弧燃烧的主要原因。二、熄灭电弧的常用方法（1）冷却灭弧法：降低电弧的温度，使离子运动速度减慢，这样不但使热游离作用减弱，同时离子的复合作用也增强，有利于电弧的熄灭。在交流电弧中，当触头间电压过零时，复合现象特别强烈。复合的速度也与电弧的温度有关，温

4、度愈低，复合作用就愈强烈，因此电弧就愈易熄灭。（2）速拉灭弧法：电弧的燃烧必须有一定的电弧电压来维持。如在开关触头断开时，加速触头分离，将电弧迅速拉长，从而降低了开关触头之间的电场强度，或者说电弧电压不足以维持电弧的燃烧，而使电弧熄灭。二、熄灭电弧的常用方法（3）短弧灭弧法：将长电弧切成几个短电弧是有利于灭弧的。一般均采用绝缘夹板夹着许多金属栅片组成灭弧栅，罩住开关触头的全行程。当开关触头分离时，长电弧在电动力和磁场力的作用下迅速移入灭弧栅，结果长电弧被灭弧片切割成一连串的短电弧，使触头间的电压不足以再击穿所有栅片间的气隙

5、，而使这些短电弧同时熄灭，并且不再复燃。图2－1为钢灭弧栅(又称去离子栅)将长弧切成若干短弧的情形。电弧进入钢片，一是利用了图2－2所示的电动力吹弧，另一是利用了图2－3所示的铁磁吸弧。钢片对电弧还有冷却降温的作用。图2－1钢灭弧栅对电弧的作用1一钢栅片2一电弧3一触头二、熄灭电弧的常用方法电弧进入钢灭弧栅钢片后，除短弧灭弧外，还有以下三种灭弧作用：电动力吹弧，图2－2所示铁磁吸弧，图2－3所示钢片对电弧还有冷却降温的作用图2－2电动力吹弧(分闸时)图2－3铁磁吸弧1-电弧；2-钢片二、熄灭电弧的常用方法（4）狭缝灭弧法：

6、利用狭缝窄沟灭弧是使电弧与固体介质接触，将电弧冷却，加强去游离。同时电弧在狭缝窄沟中燃烧，压力增大，特别是有产气材料时使去游离作用更加强烈，有利于电弧的熄灭。有的熔断器在熔管中充填石英砂，就是利用狭沟灭弧原理。有一种用耐弧的绝缘材料(如陶瓷)制成的灭弧栅，也同样利用了这种狭沟灭弧原理，如图2－4所示。图2－4绝缘灭弧栅对电弧的作用1一绝缘栅片2一电弧3一触头二、熄灭电弧的常用方法（5）吹弧灭弧法按吹弧的方向分，有横吹和纵吹两种，如图2－5所示按外力的性质分，有气吹、油吹、电动力吹和磁力吹等方式。低压刀开关迅速拉开刀闸时，不

7、仅迅速拉长了电弧，而且其本身回路电流产生的电动力作用于电弧，也吹动电弧使之加速拉长，如图2－2所示。有的开关采用专门的磁吹线圈来吹动电弧，如图2－6所示。也有的开关利用铁磁物质如钢片来吸动电弧，如图2－3所示，这相当于反向吹弧。图2－5吹弧方式a)横吹b)纵吹1-电弧；2-触头图2－6磁力吹弧1-磁吹线圈；2-灭弧触头；3-电弧二、熄灭电弧的常用方法（6）真空灭弧法：真空具有较高的绝缘强度，如将开关触头置于真空容器中，则当电流过零时即能熄灭电弧。为防止产生过电压，应当不使触头分开时电流突变为零。为此，宜在触头间产生少量金属

8、蒸汽，以便形成电弧通道。当交流电流自然下降过零前后，这些等离子态的金属蒸汽便在真空中迅速飞散而熄灭电弧。上述灭弧方法中，通常以冷却灭弧为基础，再配合其他灭弧方法，构成各种开关电器的灭弧装置。如高压隔离开关采用冷却灭弧加速拉灭弧；在充填石英砂的管形熔断器中，利用狭缝灭弧加冷却灭弧；在低压自动空气开关、接触