第六章开关电器典型灭弧装置的工作原理

断能力的辅助方法，便于在以后的工程实践中灵活
运用。
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基本内容
概 述
§6-1
§6-2 小 结
开关电器典型灭弧装置的工作原理
提高灭弧装置开断能力的辅助方法
4
概
述
当电源电压超过数十伏、开断电流在数十安以上时，为 减少电弧对触头的烧损和限制电弧扩展的空间，通常需要采 取加强灭弧能力的措施，为此而采用的装置称为灭弧装置。
第六章 开关电器典型灭弧 装置的工作原理
教学目的与要求： 掌握在当今开关电器中所使用的灭弧装置的灭 弧原理，熟悉提高灭弧装置开断能力的辅助方法。 教学重点与难点：
金属栅片灭弧装置、真空灭弧装置、SF6灭弧装
置、石英砂灭弧装置。
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本章教学基本内容
1．开关电器典型灭弧装置的工作
2．提高灭弧装置开断能力的的灭弧辅助方法 ：并 联低值电阻、附加同步装置、附加晶闸管装置。 通过本章的学习，学生掌握当今开关电器中所 使用的灭弧装置的灭弧原理，熟悉提高灭弧装置开
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
当铁心不饱和时，如果磁吹线圈开断大电流时产生
的磁场适当，则在开断小电流时将因电动力过小而引起吹 弧困难。当然，通过设计也能使磁吹线圈在开断小电流时 产生的磁场适当。 但这样做，一方面将使磁吹线圈的匝数增加，增大
了线圈体积和多用有色金属；另一方面将使开断大电流时
§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 由于受到绝缘栅片的阻挡，电弧弯曲成如图5-9中A~G曲 线所示的形状。
当磁场的方向为垂直于纸面
B
向里时，电弧AB、BC和CD段所受 的电动力都使电弧压向绝缘栅片
顶部，增大与栅片表面的接触面
积，从而加强了电弧的冷却和消 电离作用；而DE段所受的电动力 使电弧向上拉长，更加深入栅片 间隙和增加电弧与绝缘栅片的接 触面积。
§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
五、金属栅片(又称去离子栅)灭弧装置：
这种灭弧装置的原理构造如图5-10 a所示。
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 灭弧室1内部有许多由厚度为2~3mm钢板冲成的横向栅片2。 栅片外表面镀铜以增大传热能力和防止钢片生锈。 每一栅片冲有三角形的缺口。栅片缺口错开的作用为减
弧装置中电弧的“伏—安特性”随电弧电流 增加而下降的程度比自由燃弧时的“伏—安 特性”下降程度要缓得多，特别当电流很大 时，E可以认为是常数。 随着缝宽的减小和电弧横向运动速度的 提高，电弧的“伏—安特性”也将升高，这 表明灭弧能力也随之增强。 采用多纵缝可以减小电弧进入上部窄缝 的阻力，在驱动电弧运动的电磁力给定时， 可以采用比单纵缝灭弧室更小的缝隙。这使 灭弧空壁对电弧的冷却和消电离作用更强。
产生的磁场过强，使得触头的电磨损大大增加。
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
为缓和上述矛盾，可以通过适当选择磁吹线圈的匝数 以及铁心和钢夹板的截而积，使得开断小电流时磁场加强， 在开断大电流时则由于磁路饱和而磁场不致过强。这样，电 弧所受到的电动力将不再随开断电流成平方倍数地增加。
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 三、 纵缝灭弧装置 所谓纵缝就是灭弧室的缝隙方向与电弧的轴线平行。 灭弧装置的工作原理：利用磁吹线圈产生的磁场将电 弧驱入耐弧绝缘材料(石棉、水泥、陶土等)制成的具有纵 缝的灭弧室中进行灭弧。它既可用于熄灭直流电弧，也可 用于熄灭交流电弧。
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
六、固体产气灭弧装置
某些固体绝缘材料如钢纸(亦称反白)、有 机玻璃等，在电弧的高温作用下能迅速气化， 产生大量主要成分为氢及其化合物的气体。
利用这些材料的产气性质进行灭弧的灭弧 装置称为固体产气灭弧装置。
图5-13是利用串联短弧和高气压两种方式 灭弧。其中，钢纸管在电弧的高温作用下分解， 产生气体，使压力提高。
少电弧初始碰到的栅片数，从而减少进入的阻力。
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
在电弧进入栅片之后，电弧电压变为
U nU0 El
’ h
’
金属栅片灭弧装置既能用于熄灭直流电弧，也能用于熄 灭交流电弧。
U N 当熄灭直流电弧时： n U0
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 图5-11表示厚为2mm、片 距5mm的平板形栅片的灭弧装 置开断350A电流时，介质初始 恢复强度Ujf0和Kjf与n变化的关 系是不成比例。其原因是电弧
（3）示例： 例一：刀开关拉长电弧。
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 例二：利用流过导电回路的特制线圈的电流在燃弧期间产 生磁场，使电弧迅速移动和拉长。图b）还增加了引弧角。
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
二、磁吹线圈：
可用于低压直流和交 流接触器中。对后者，为 减少涡流损耗和避免由于 钢夹板中磁通与电弧电流 相位不同而产生反向电动 力，铁心2上可开一槽或者 用硅钢片叠成。
7
概
述
(5) 在封闭的灭弧室中，利用电弧自身能量分解固体材料，
产生气体，以提高灭弧室中的压力，或者利用产生的气体进行
吹弧；
(6) 利用电弧自身能量，使变压器油分解成含有大量氢
气的气体并建立起很高的压力，再利用此压力推动冷油和气体
去吹弧；
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概
(7) (8) (9)
述
利用压缩空气吹弧； 利用SF6气体吹弧； 在高真空中开断触头，利用弧隙中由电极金属蒸汽
这些灭弧装置的灭弧原理主要有下列十几种：
1．简单开断； 3．纵缝灭弧装置； 5．金属栅片灭弧装置； 2．磁吹灭弧装置； 4．绝缘栅片灭弧装置； 6．固体产气灭弧装置，
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概
述
8．变压器油灭弧装置；
10．SF6灭弧装置；
7．石英砂灭弧装置；
9．压缩空气灭弧装置； 11．真空灭弧装置。
此外，为了增加灭弧装置的开断能力，通常可以采用 下列辅助方法： 1．在弧隙两瑞并联电阻； 2. 附加同步开断装置；
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 多纵缝灭弧装置广泛用于低压接触器中。 四、绝缘栅片灭弧装置
灭弧装置如图5-8所示。
其中，灭弧室l中装有用耐弧 绝缘材料制成的几片绝缘栅片2， 栅片的边缘和电弧3的轴线垂直。 当开断电流时，在触头4和5之 间产生的电弧在导电回路的磁场 作用下向上运动。
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 (4) 在某些情况 下，还可利用被开断 电流产生的电动力使 电弧弯曲和靠近气泡 壁，加强对弧柱的冷 却作用。
按照油或油气与 电弧作用的方式，自 能吹弧灭弧装置又可 分为横吹、纵吹、纵 横吹和环吹四种。
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 自能吹弧装置的特点: 开断电流越大，则单位时间内产生的气体越多，灭弧室 内压力越高，吹弧力量越强，于是燃弧时间越短； 当开断较小电流时，灭弧室内压力越低，吹弧力量减弱， 燃弧时间增长，实际上没有吹弧作用，即相当于在油中简单 开断。
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
八、变压器油灭弧装置
1、分类：
（1）自能式：利用电弧自身的能量将油蒸发分解而成 油气，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行吹弧。 （2）外能式：用外界能量(通常是储存在弹簧中的能量) 推动活塞，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行灭弧。 （3）混合式：兼用上述两种能量，提高灭弧室中的压 力以驱动油或油气进行吹弧。
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
如图5-14所示，灭弧期间管内的压力可达4.8MPa。
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
图5-15是利用产气原理提高气压，再利用气压进行灭弧的高压跌落 式熔断器熔管的原理结构图。
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
当短路电流通过时，熔丝3被熔断产生电弧，于是弹簧6长度缩短，
3．附加晶闸管装置。
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概
述
上述灭弧装置的灭弧原理是： (1) 在大气中依靠触头分开时的机械拉长，使L增大； (2) 利用流过导电回路或特制线圈的电流在燃弧区产生 Байду номын сангаас场，使电弧迅速移动和拉长； （3）依靠磁场的作用，将电弧驱入用耐弧材料制成的狭 缝中，以加强电弧的冷却和消电离； (4) 用金属板将电弧分隔成许多串联的短弧；
石英砂灭弧装置。
图中 熔管1用瓷制成，2和3分别为端盖和接线板。
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 七、石英砂灭弧装置：
利用石英砂限制弧柱的扩展并冷却电弧使之熄灭的装置，叫做
石英砂灭弧装置。
图中 熔管1用瓷制成，2和3分别为端盖和接线板。
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
石英砂熔断器釆用了多断口串联、提高弧隙中气压以加强电离气体 的扩散作用，以及利用狭缝冷却电弧共三种灭弧原理，所以它的灭弧能力 强，限流作用非常显著。
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
按缝隙的尺寸和形式，它们又 分两种，如图5-5所示。 图5-5a表示一单纵缝灭弧装 置的原理结构。图中，1为用耐弧 绝缘材料制成的灭弧室壁，2为磁
吹线圈的钢夹板，3为电弧。
通常上部缝宽小于熄灭电弧
的直径。
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
当电流增大（横坐标向右）时，纵缝灭
进入栅片分成很多短弧后，它
们在灭弧室中的运动速度不同、 运动方向也不同。
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§6-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 金属栅片灭弧装置广泛用 于低压开关电器中。 其主要缺点是灭弧室除电 弧能量损耗之外，还有栅片中 电阻、磁滞和涡流引起的损耗。 加之栅片间隙较小，阻碍了热 量的散发。这些都使灭弧室的 温度容易升向，从而引起灭弧 条件恶化。 因此，这种灭弧装置不适 用于过分频繁操作的场所。