发电厂变电站电气设备 第3章 电弧及电气触头的基本知识

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1、第三章电弧及电气触头的基本知识第一节电弧的基本知识教学内容本节教学内容一、电弧的特点二、电弧的主要危害三、电弧的产生四、电弧的熄灭首页一、电弧的特点电弧：是一种能量集中、温度很高、亮度很大的气体导电现象。1.电弧的组成：电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成2.电弧温度很高，发出强烈的白光，故称弧光放电为电弧。3.电弧是一种自持放电，很低的电压就能维持电弧的稳燃烧而不会熄灭。4.游离的气体，质量轻，迅速移动、伸长、弯曲和变形。运动速度可达每秒几百米。弧心：温度最高、电流密度最大的弧柱中心部位。弧焰：弧柱周围温度较低、亮度明显减弱的部分。弧柱区中心可达到10000℃以上，表面温度也有3000～4

2、000℃。二、电弧的主要危害1.电弧的高温，可能烧坏电器触头和触头周围的其他部件；对充油设备还可能引起着火甚至爆炸等危险。2.在开关电器中，触头间只要有电弧的存在，电路就没有断开，电流仍然存在，电弧的存在延长了开关电器断开故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。3.容易造成飞弧短路、伤人或引起事故扩大。三、电弧的产生电弧的产生实际上是气体介质在某些因素作用下，发生强烈游离，产生很多带电质点，由绝缘变为导通的过程。电弧能成为导电通道，是由于电弧的弧柱内存在大量的带电粒子，这些带电粒子的定向运动形成电弧。1.自由电子的产生阴极的热电子发射或强电场发射：触头开断瞬间产生少量的自由电子的原因。热

3、电子发射：触头刚分离时，触头间的接触压力和接触面积不断减小，接触电阻迅速增大，使接触处剧烈发热，局部高温使此处电子获得动能，就可能发射出来成为自由电子。强电场发射：触头刚分离时，由于触头间的间隙很小，在电压作用下间隙形成很高的电场强度，当电场强度超过3×106V／m时，阴极触头表面的电子就可能在强电场力的作用下，被拉出金属表面成为自由电子。三、电弧的产生2.碰撞游离形成电弧碰撞游离：自由电子，在电场力作用下加速运动，不断与中性气体质点（原子或分子）撞击，如果电场足够强，自由电子动能足够大，碰撞时就能将中性原子外层轨道上的电子撞击出来，脱离原子核内正电荷吸引力的束缚，成为新的自由电子。失去自由电

4、子的原子则带正电，称为正离子。新的自由电子又去碰撞另外的中性原子…此过程愈演愈烈，发展成为“电子崩”。当带电粒子积累到一定的数量时，介质的导电性质发生改变，由绝缘体变为导体，在外加电压的作用下，电流通过触头间隙，发出声响和强烈的白光，就形成了电弧。游离：中性质点转化为带电质点的过程。电场游离主要取决于电子运动速度，即取决于电场强度、电子的平均自由行程以及气体的性质。触头间电压越高，电场强度也越高，则气体容易被击穿。气体的压力越大，越不容易产生电场游离。三、电弧的产生3.热游离维持电弧热游离：发生雪崩式碰撞游离形成电弧后，产生高温，气体中粒子运动速度增大，使原子外层轨道电子脱离原子核内正电荷束缚

5、力成为自由电子。气体温度愈高，粒子运动速度愈大，原子热游离的可能性也愈大，维持电弧稳定燃烧。综上所述，由于热电子发射或强电场发射在触头间隙中产生少量的自由电子，这些自由电子与中性分子发生碰撞游离并产生大量的带电粒子，从而形成气体导电，即产生电弧，一旦电弧产生后，将由热游离作用来维持电弧燃烧。电弧的形成过程就是介质向等离子体态的转化过程。三、电弧的产生4.影响游离作用的物理因素（1）温度越高，热游离越强烈。（2）压力越大，行程越小，碰撞游离越小。（3）电压越高越容易将间隙击穿。（4）开断距离增大则减小间隙中的电场强度。（5）不同介质游离电场不同，热游离温度不同。（6）不同金属的蒸汽有不同的游离电

6、压。四、电弧的熄灭电弧的熄灭过程实质：气体介质由导通又变为截止的过程，是电弧区域内已电离的质点不断发生去游离的结果。1.去游离过程2.影响去游离的物理因素使弧隙中正离子和自由电子减少。复合扩散正负电荷中和成为中性质点的现象。电弧中的自由电子和正离子散溢到电弧外面，并与周围未被游离的冷介质相混合的现象。要使电弧熄灭，必须使去游离作用强于游离作用。（1）介质的特性（2）电弧的温度（3）气体介质压力（4）游离质点的密度（5）触头材料思考练习思考练习1.电弧具有什么特征？它对电力系统和电气设备有哪些危害？2.电弧是如何形成的？3.电弧的游离和去游离方式各有哪些？影响去游离的因素是什么？本节结束！第三章

7、电弧及电气触头的基本知识第一节电弧的特性和熄灭方法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。短弧：几毫米长，电弧电压主要由阳极