开关电器灭弧原理.ppt

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1、第二章开关电器灭弧原理第七节开关电器中电弧的产生和熄灭一、电弧现象及电弧特征1．电弧现象：在触头开断有电流的电路时，触头间产生强烈而又刺眼的亮光的现象。电弧是介质被击穿的放电现象。2、其主要特征如下。(1)电弧是一种能量集中、温度很高、亮度很强的放电现象。(2)电弧分析时可看作由阴极区、弧柱区及阳极区3部分组成。(3)电弧是一种自持放电现象，即电弧一旦形成，维持电弧稳定燃烧所需的电压很低。(4)电弧是一束游离气体，很轻，易变形，在外力作用下(如气体、液体的流动或电动力作用)会迅速移动、伸长或弯曲3、电弧的特点：⑴

2、电弧燃烧期间，电路中的电流仍以电弧的方式维持着。（可看作特殊导电区域或元件）⑵电弧的温度极高，如电弧长久不熄灭，就会烧坏触头和触头附近的绝缘，⑶如电弧长久不熄，延长断路时间，会危害电力系统的安全运行。结论：切断电路时，必须尽快熄灭电弧。二、电弧的产生与维持1．电弧的形成：电弧的产生主要是触头间产生大量自由电子的结果。游离：一定条件下，中性质点分为正离子和电子的现象去游离：一定条件下，离子和电子还原为中性质点的现象阴极发射(场致、热致）电子（起因）→电子高速运动→碰撞游离（重要因素）→击穿（量变到质变）→电流大增→

3、热效应、光效应→热游离（主要因素）→维持发展⑴阴极在强电场作用下发射电子：触头分开瞬间，触头间会形成很强的电场强度E(E=U／d)⑵阴极在高温下发生热电子发射：分开过程中：接触电阻↑↑→触头间温度↑↑→导体内电子能量↑↑⑶碰撞游离：由高速运动的电子作用产生，（如图2—26所示）使中性质点游离为新的自由电子和正离子，这种游离过程称碰撞游离。接触电阻好大呀！导体真热！热致发射电子的过程示意图好大的场强！导体真热！电子电子E＝U／d糟糕！我要被拉出去了别撞我！好大力呀我被撞游离了！成电子和正离子了⑷热游离使电弧维持和发

4、展①定义：介质的分子和原子强烈的不规则的热运动，当那些具有足够动能的中性质点互相碰撞时，又可游离出自由电子和正离子，这种现象称热游离。②电弧维持和发展：在电弧高温下，一方面阴极继续发生热电子发射，另一方面金属触头在高温下熔化蒸发，以致介质中混有金属蒸汽，使弧隙电导增加，并在介质中发生热游离，使电弧维持和发展。热游离足以维持电弧的燃烧。中性质点中性质点中性质点中性质点电子正离子电子正离子电子中性质点正离子三、电弧中的去游离：复合和扩散1．复合去游离⑴定义：异号离子或正离子与自由电子互相吸引而中和成中性质点的现象，称

5、复合去游离。⑵复合去游离过程：借助于中性质点进行的，即电子在运动过程中，先附着在中性质点上，形成负离子，然后质量和运动速度大致相等的正、负离子复合成中性质点。⑶加快复合去游离的方法：①拉长电弧，使电场强度E下降，电子运动速度减慢，复合的可能性增大；②加强电弧冷却，使电子热运动的速度减慢，有利于复合；③加大气体介质的压力，可使带电质点的密度增大，自由行程减少，有利于复合。电子中性质点负离子正离子中性质点复合及复合去游离过程示意电子2．扩散去游离⑴定义：自由电子与正离子从弧柱逸出而进入周围介质中的现象，称为扩散去游离

6、。⑵扩散去游离有三种形式：①浓度差形成扩散：由于弧柱中带电质点的浓度比周围介质高得多，使带电质点向周围介质扩散，扩散速率与电弧直径成反比；②温度差形成扩散：由于弧柱的温度比周围介质高得多，使带电质点向周围介质扩散；③用高速冷气吹弧增强扩散：吹弧可使电弧拉长，使电弧表面的带电质点浓度增加，并带走弧柱中的带电质点。扩散出去的带电质点，因冷却而复合为中性质点。扩散去游离现象3、电弧的熄灭：⒈若游离作用大于去游离作用，则电弧电流增大，电弧愈加强烈燃烧；⒉若游离作用等于去游离作用，则电弧电流不变，电弧稳定燃烧；⒊若游离作用

7、小于去游离作用，则电弧电流减小，电弧最终熄灭。⒋电弧的熄灭，采取措施加强去游离作用而削弱游离作用。四、交流电弧的特性(1)交流电弧的伏安特性为动态特性。（电弧的温度、电阻及电弧电压随时间而变化,电弧温度的变化总是一滞后于电流的变化，如图2—27(a)所示。(2)电弧电压的波形呈马鞍形变化。燃弧电压大于熄弧电压。(3)电流每半周过零一次，电弧会暂时自动熄灭。结论：电流过零时，采取适当措施使弧隙间介质的绝缘能力达到不被弧隙外施电压击穿的程度，则下半周电弧就不会重燃而熄灭，从而断开电路。过零灭弧点弧隙电阻看作动态的电阻

8、就好理解了五、交流电弧的熄灭条件①弧隙介质强度的增大(即弧隙的绝缘能力，或称弧隙的耐压强度)；ud（t）②加于弧隙的电压(称恢复电压)的增大。Ur（t）电弧电流过零时，是熄灭电弧的有利时机，但电弧是否能熄灭，取决于上述两方面竞争的结果。ud（t）›Ur（t）1．弧隙介质强度恢复过程电弧电流过零时，弧隙介质的绝缘能力由起始介质强度逐渐增强的过程，称为弧隙介质强度恢复过程，用