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电弧的产生和灭弧的方法

电弧产生的条件


断开电路时,触头间电压大于10~20V;电流大于80~100mA

带电质点的来源:

 ①电极发射大量自由电子

强电场发射——强电场力

热电子发射——高温

 ②电极间弧柱气体游,产生大量的电子和离子

碰撞游离——电场力的作用,由高速运动的电子作用产生

热游离——高温(起弧),由中性质点热运动碰撞产生


电弧的特点


电弧的放电现象是一种气体自持放电。

电弧是一种离子通道(载流通道):只有触头间的电弧熄灭后,电流才真正切断。

电弧的温度很高、能量大:容易烧坏触头,或使触头周围的绝缘材料遭受破坏。

电弧燃烧时间过长,压力过高,有可能使电器发生爆炸事故,例如开关柜内部电弧故障。

质量轻,在外力的作用下易变形。

电弧的熄灭关键是加强去游离作用。

介质的游离作用导致电弧产生 。


介质的去游离作用将电弧熄灭


1.去游离:正、负质点相互吸引中和为中性质点。

2.熄弧条件  游离与去游离谁主导?

当游离大于去游离时,电弧电流加大(剧烈燃烧)

当游离等于去游离,电弧电流不变(稳定燃烧) 

当游离小于去游离,电弧电流下降(熄灭)


去游离方式


①复合  异性质点靠近而相互中和的现象,冷却。

②扩散  带电质点逸出弧柱外的现象,吹弧。


影响游离和去游离的因素


①电弧温度:热游离下降,能量Q下降,速度下降,复合加强,能量下降。

使温度降低的方法有:吹弧、拉长电弧、或与冷却介质表面接触。

②电场强度:电场强度下降,运动速度下降,复合增强,能量Q下降,热游离降低。

③气体介质的压力:压力下降,自由行程缩短,离子浓度增强,复合加强。

真空数目少,磁撞游离下降,扩散增强。

④介质特性:包括气体的介电强度、导热系数、热量量、电负荷。

⑤电极材料:铜、银、铜钨、银钨合金具有熔点高、导热能力强、热容量大的特点,可减少热电子发射和弧柱中的金属蒸气。


熄灭电弧的基本方法


提高触头的开断速度(分闸弹簧)

冷却电弧(油、SF6、真空、压缩空气)

拉长电弧

吹弧

增大绝缘介质气体压力

将触头置于真空灭弧室中

将长弧分割成多段短弧。


交流电弧的特性及熄灭


电弧在自然过零时将自动熄灭,但下半周期随着电压的升高,电弧会重燃。

若电流过零时,电弧不再重燃,电弧就此熄灭。


交流电弧的熄灭


弧隙介质电强度的恢复过程Uj

Uj——弧隙介质能够承受而致使弧隙击穿的最小电压


过程:

电流过零前——电弧的温度高,热游离强烈,弧隙的导电性能好。

电流过零时——弧隙温度剧降,热游离减弱,弧隙失去导电性能而恢复为绝缘介质。

电流过零后——温度继续下降,弧隙介质电强度逐渐回升。这种现象称为交流电路的近阴极效应。

Uhf——电压由熄弧电压恢复到电源电压的过程。


过程

1、电流过零前,电弧电阻很小,电源电压大部分降落在线路或负载的阻抗上。

2、电流过零时,电弧熄灭,最后变为绝缘介质,电源电压全部加在弧隙上。


交流电弧的灭弧方法


(1)提高触头的分闸进度

——迅速拉长电弧,电场E下降,冷却与扩散加大。


(2)采用多断口灭弧

——拉长迅速加大,行程降低, 灭弧时间减少,提高了灭弧能力。


(3)吹弧——加强冷却和扩散;

横吹——将电弧吹弯吹长;

纵吹——将电弧吹细。


(4)利用固体介质的狭缝狭沟灭弧

——冷却,表面吸附电子,加强复合。

如:介质纵缝灭弧罩

介质填料灭弧管


(5)利用短弧原理灭弧    

交流电路:电流自然过零时,每一短弧有150~250V电压。