供配电教程第4章 供配电一次系统.ppt

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1、4.2电弧本节教学要求掌握电弧的形成及熄灭条件熟悉电弧形成的物理过程、特性掌握直流电弧及交流电弧的特性及熄灭条件掌握开关电器常用的熄弧方法了解电气触头的类型、工作条件掌握接触电阻的形成、发展、后果及降低措施。12在大气中开断电路时，如果电源电压超过20V，被开断的电流超过80～100mA，在开关触头间通常会产生一团温度极高、发出强光和能够导电的近似圆柱形的气体——这就是电弧。一、概述电弧——为一种气体游离放电现象现象：开关电器开断电路时，触关间产生的耀眼的白光。4.2电弧1.什么是电弧3延长了电路的开断时间。电弧高温烧损开关的触头。电弧的主要危害：电弧的产生，一方面使电路仍旧保持导通

2、状态，延迟了电路的开断；另一方面，温度高达10000℃，将烧损开关的触头，并可能造成短路及破坏开关电器的绝缘，在最严重的情况下，甚至可能引起开关电气的爆炸和火灾。因此，在开关电器中要采取措施使电弧不产生，或者产生后使电弧存在的时间尽量缩短，以减轻其危害的程度。42、特征：①电弧的能量集中，温度极高，亮度很强例：10kV断路器断开20kA的电流，电弧功率达到1万kW以上②电弧由阴级区，阳极区和弧柱区组成。弧柱处温度最高，可达6000～7000℃到1万度以上,在弧柱周围温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰，电流几乎都从弧柱内部流过。5③电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃烧的电压很低。在大

3、气中，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅15～30v，在变压器油中1cm长的直流电弧的弧柱电压仅100～220v。④电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易变形。电弧在气体或液体的流动作用下或电动力作用下，能迅速移动、伸长或弯曲。6电弧原理二、电弧的形成触头间电弧燃烧的区域称为弧隙。弧隙中带电质点不断增多的游离过程可以由各种不同途径发生：（1）热电子发射；（2）强电场发射；（3）碰撞游离；（4）热游离。当切断路瞬间，动静触头间出现弧光放电，是由于其间的介质迅速游离，存在着一定浓度的带电质点，即带正电荷的离子和带负电荷的电子。产生电弧的根本原因：触头本身及其周围的介质含有大量可被游离的电子。7

4、气体、等离子体、金属的状态简图81.热电子发射在弧光放电过程中，电极表面少数点上有局部较集中的电流，同时因开关触头分离后，触头间接触压力及接触面积逐渐减小，接触电阻也随之增加，会使电极表面有相应高温，从而造成其中的电子获得很大的动能后逸出到周围空间。这种现象称为热电子发射，其强弱程度与阴极的材料及表面温度有关，是气体介质中带电质点产生的主要原因之一。电弧原理92.强电场发射在断路器触头分开的最初瞬间，触头电极的表面受到外加电压所形成的强电场的作用，金属电极表面的电子就会在电场力的作用下被拉出，即发生了所谓强电场发射。金属表面发射电子的数量决定于极间电场强度的高低。当电场强度超过107

5、V/cm时，即使金属表面温度不高，其电子发射量也会显著增加。电弧原理10电弧原理3.碰撞游离当有一定强动能的电子撞击到某种气体的中性质点时，可使其间电子被释放出来，游离成正离子和新的自由电子。被撞击的电子和原来的电子又会在电场作用下向阳极作加速运动，获得足够动能后，又将撞击其它中性质点，产生更多的自由电子和正离子，使带电质点浓度迅速增加。这一游离过程即称为碰撞游离。11电场游离（碰撞游离）示意图12电弧原理4.热游离在高温下，气体分子和原子热运动加快，它们互相碰撞，在温度足够高时会撞击产生离子和自由电子，这种现象称为热游离。13电弧原理三、电弧间隙的去游离在电弧放电发生后，介质中同时

6、存在着游离与去游离这样二个相反过程。去游离对应的是弧隙中带电粒子（正离子或自由电子）减少的过程，它进行的方式主要有两种：复合扩散直接复合间接复合（主要形式）高浓度→低浓度A++e→AA+e→A-A-+A+→2A14电弧原理再结合是指带异性电荷的质点相互接触，交换多余电荷而形成中性质点的现象，又称复合。1．复合15电弧原理电弧中扩散主要原因：（1）弧燃区域与周围介质中带电质点浓度不同；（2）两区域中温度的不同而引起。弧柱中带电质点不断扩散到介质中，并在介质中发生再结合，使得弧燃区域中导电质点数目减少，发生去游离。扩散的速率决定于电弧表面上带电质点数目，故与电弧直径成反比。2.扩散带电质

7、点从弧燃区域逃逸至周围介质中去称作扩散。16电弧原理四、电弧的熄灭电弧中存在的游离与去游离这二个性质相反过程的强弱对比就决定了电弧最终发展趋势，即当游离强于去游离时，电弧就会发生并燃烧激烈；若去游离与游离过程达到平衡，电弧就会稳定燃烧；而在去游离占有优势时，电弧的燃烧即将减弱并最终熄灭><=越燃越旺稳定燃烧最终熄灭17影响游离和去游离的因素E↓→运动速度↓→复合↑→Q↓→热游离↓①电弧温度：温度↓→速度↓→复合加强→Q↓热游离↓→Q↓使温度降低的方法有：吹