开关电器典型灭弧装置的工作原理
第三章灭弧原理及主要开关电器x
提高灭弧效率的方法包 括优化开关电器的结构 设计、采用新型灭弧材 料和加强电场控制等
定义：一种能够接通、承载和分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常 电路条件下接通、承载一定时间和分断电流的开关电器。
作用：主要用于控制和保护线路、电动机等电气设备，防止短路和过载电流对设 备造成损坏。
工作原理：断路器内部装有触头，当电路发生短路或过载时，触头会断开，切断 电流，从而保护电路和设备。
狭缝灭弧装置：利用狭缝对电弧的冷却和去游离作用，使电弧迅速熄灭。
适用性：根据使用环境和需求选择合适的开关电器
可靠性：确保开关电器能够稳定、可靠地工作
经济性：在满足使用和安全要求的前提下，选择性价比高的开关电器
安全性：选择符合安全标准的开关电器，确保使用过程中不会发生电击、火灾等安全事 故
熄灭
快速切断电流： 通过快速切断 电源来迅速熄
灭电弧
触头在分断过程中产生电弧 电弧在介质中传播，产生热量 触头附近的介质被加热，产生高压气体 高压气体将电弧吹离触头，使电弧熄灭
灭弧效率与开关电 器的性能密切相关
灭弧效率的提高有 助于减小电弧对开 关电器的损害
灭弧效率的评估指 标包括灭弧时间、 灭弧能量和电弧电 压等
主要特点：具有控制容 量大、可频繁操作、寿 命长等优点，但也有噪 音大、体积大等缺点。
应用场合：广泛应 用于电动机的控制 和保护，以及其他 各种电气控制系统。
熔断器是一种用于电路保护的开关电器 当电流超过规定值时，熔断器会因发热而熔断 熔断器具有短路保护功能，可以快速切断故障电路 熔断器的选择应考虑电路的额定电流和短路电流
灭弧原理：断路器在分断电路时会产生电弧，为了熄灭电弧，断路器内部装有灭 弧室或灭弧装置，通过拉长电弧并增加介质强度来熄灭电弧。
灭弧原理及主要开关电器
交流电弧电流在每一个半周内都通过零值，此时电弧的自然暂时熄灭，与电弧间 隙的去游离程度无关。此后，由于电流反向，电弧又重新点燃。电弧能否熄灭，决定 于电弧电流过零时，弧隙的介质强度恢复速度和恢复电压上升速度的竞争。 加强弧隙的去游离或减小弧隙电压的恢复速度，都可以促使电弧熄灭。
在几千伏或几万伏的高压断路器中灭弧，近阴极效应是无足轻重的。 有决定意 义的是电弧间隙即弧柱中的去游离过程，同时降低恢复电压上升的速度、幅度，抑制 恢复电压可能产生的高频振荡。
广泛采用的灭弧方法：
1.利用灭弧介质 电弧中的去游离程度，在很大程度上取决于电弧周围介质的特性，如介质的传热
能力、介电强度、热游温度和热容量。这些参数的数值越大，则去游离作用越强，电 弧就越容易熄灭。
空气的灭弧性能是各类气体中最差的，氢的灭弧能力是空气的7.5倍。用变压器 油作灭弧介质，使绝缘油在电弧的高温作用下分解出氢气和其他气体来灭弧。六氟化 硫（SF6）气体的灭弧能力比空气约强100倍。真空的介质强度比空气约大15倍。
采用不同灭弧介质可以制成不同类型的断路器，如空气断路器、油断路器、SF6 断路器、真空断路器等。由于空气灭弧性能差，而变压器油灭弧性能是依赖电弧电流 产生的高温分解出氢气灭弧，有易燃易爆危险。因此，当前高压断路器主要采用真空 介质及SF6气体介质，尤其是SF6气体具有无毒、不可燃、绝缘性能高和灭弧能力远 超过一般介质的特点，因而SF6断路器几乎独占了110kV及以上电压等级的断路器份 额。 2.采用特殊金属材料作灭弧触头
采用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料，可以减少热电子发 射和电弧中的金属蒸气，抑制弧隙介质的游离作用。同时，触头材料还要求有较高的 抗电弧、抗熔焊能力。常用的触头材料有铜、钨合金和银、钨合金等。
开关电器典型灭弧装置的工作原理
开关电器典型灭弧装置的工作原理开关电器作为现代电力系统中不可或缺的设备，在电力传输、配电和控制等方面扮演着重要的角色。
然而，在开关电器操作过程中，由于电流突然中断导致的电弧现象给电气设备和人身安全带来了巨大威胁。
为了解决这一问题，开关电器通常配备典型的灭弧装置，本文将介绍几种常见的灭弧装置及其工作原理。
一、消弧室消弧室是一种常见的灭弧装置，其结构特点在于采用开合时间大于或等于交流电流的零电压时长的方式实现电流零交流时消弧。
消弧室通常由两个可移动式电极、一定形状的可移动式活动触头和一定的灭弧介质组成。
当开关电器需要切断电流时，电极分开，触头与电极之间产生电弧。
随后，活动触头以合适的速度向电极移动，当电流通过零时，电极再次接近，最终将电弧排除在灭弧室中，从而实现消弧的目的。
二、磁增强器磁增强器是一种常用的灭弧装置，其原理基于磁场的作用。
磁增强器由线圈和磁芯组成，线圈连接在控制回路中。
当开关电器需要断开电流时，线圈中的电流流过，产生磁场。
磁场的作用使得电弧的移动受到约束，由于磁场的强大作用，电弧失去能量，电流被迫中断。
磁增强器通过这种方式有效地灭弧，确保了设备的安全和可靠性。
三、灭弧腔灭弧腔是一种常见的灭弧装置，其工作原理基于高速喷射气流。
灭弧腔通常由喷口、喷嘴和气体压力调节装置组成。
当开关电器需要切断电流时，喷射装置快速喷射高压气流，形成高速气流。
电弧在高速气流的作用下，受到气流的冷却和扩散，导致电弧能量不断减弱，最终熄灭。
灭弧腔通过喷射气流的方式实现灭弧，有效地保护了开关电器和附近设备的安全。
四、真空灭弧室真空灭弧室是一种高效的灭弧装置，其工作原理基于在真空环境中切断电流。
真空灭弧室由真空室、固定触头和活动触头以及灭弧介质组成。
当开关电器需要中断电流时，固定触头和活动触头分离并产生电弧。
在真空环境中，电弧的扩散速度受到限制，由于缺乏物质传递热量，电弧能量迅速耗散，最终中断电流。
真空灭弧室通过创造真空环境实现高效的灭弧效果，广泛应用于高压开关设备中。
开关电器典型灭弧装置的工作原理
开关电器典型灭弧装置的工作原理开关电器典型灭弧装置主要包括灭弧室、灭弧冲击器、灭弧剂和触头等组成。
当高压开关进行断电操作时，由于断开电源电流的存在，会在断口中产生电弧。
电弧是一种具有高温、高能量的气体导体，它的存在会导致电弧残压和电弧残流产生，严重影响开关电器的正常运行。
因此，通过灭弧装置来迅速灭除电弧是很重要的。
灭弧室是灭弧装置的关键组成部分，它是一个密闭的空间，其内的气体是由开关电器冷却系统提供的。
当电弧被引起时，其能量迅速传递到灭弧室中。
灭弧室内的气体经过一个精确设计的通道，使气体得以迅速冷却和扩散，在瞬间将电弧的温度降低到无法维持的程度，从而将电弧熄灭。
灭弧冲击器是灭弧室的核心部分，它通过产生机械冲击来灭除电弧。
灭弧冲击器的工作原理主要有两种方式：压缩气体方式和磁场作用方式。
压缩气体方式中，灭弧冲击器利用高压气体或压缩空气来产生机械冲击，将电弧的能量转化为机械能。
具体而言，当电弧被引起时，压缩气体或气体爆炸会产生冲击波，使电弧受到冲击而熄灭。
这种方式具有动作迅速、可靠性高的特点。
磁场作用方式中，灭弧冲击器利用电磁场的作用来灭除电弧。
具体而言，当电弧被引起时，灭弧冲击器中的线圈会产生磁场，在磁力的作用下，电弧受到磁力的挤压，电弧道被迅速拉长，电弧温度急剧降低，进而熄灭。
这种方式具有无须压缩气体的优点，但需要较大的电流来产生足够强的磁场。
除了灭弧冲击器，灭弧装置中的灭弧剂也起到重要作用。
灭弧剂是一种特殊的介质，能够吸收电弧的能量，并将其转化为其他形式的能量，如光能、声能和热能等。
常用的灭弧剂有光弧熄灭剂、喷雾熄弧剂等。
灭弧剂的作用是在灭弧过程中将电弧的能量迅速消耗掉，从而使电弧迅速熄灭，确保高压开关电器正常断路。
除了上述灭弧装置的主要组成部分外，还有一些辅助设备，如触头等。
触头主要用于控制开关电器的通断操作，通常是由导电材料制成，具有较好的导电性能和机械强度。
通过以上介绍可知，开关电器典型灭弧装置的工作原理是通过将电弧能量迅速转化为其他形式的能量，达到灭除电弧的目的。
简述开关电器中常用的灭弧方法
简述开关电器中常用的灭弧方法三相电路中，由于各种用电器的不同，产生的最大不平衡电流可能是额定电流的几倍，而过电流又是引起火灾的主要原因之一。
在发生过电流时，由于开关触头的作用，电流便以较小的电流I(相量和为对于每个发生过电流的回路来说，只要在灭弧罩上有足够的动触头，而静触头的作用只是防止过大的电流直接通过触头，并保证其他灭弧介质(如间隙)在允许的时间内放电，或者将已经产生的电弧熄灭即可。
常用的灭弧方法有：间隙灭弧、水灭弧和气体灭弧等三种。
(1)间隙灭弧利用空间场所使正常工作时不带电的金属材料(一般采用空气)，按电弧的走向形成一个气体间隙的灭弧方法称为间隙灭弧。
①自间隙法；②外间隙法；③自持放电法。
(2)水灭弧用水来熄灭电弧的灭弧方法叫做水灭弧。
在交流电弧的弧柱长度与弧柱截面积之比小于1.2的情况下，可以将电弧稳定地停留在空气间隙内，在长间隙的底部造成很高的气压，促使弧柱中的电子作快速运动，再从阴极表面逸出时与氧分子发生碰撞而发热。
在这种发热和发光的反复作用下，空气被电离成正离子和电子，弧柱被冷却，可防止电弧重燃。
因此，这种灭弧方法适用于短路电流的断路器以及高压电器的电弧熄灭。
对于中小容量电动机的过负荷电流或短路电流，可采用间隙水灭弧。
(3)气体灭弧在空气不足的条件下，靠气体本身的压力形成电弧的熄灭过程。
此方法可分为两种类型，即机械吹扫和电磁吹扫。
气体吹扫适用于电动机的启动和运行过程中的电弧灭弧，在断路器灭弧室或操作机构中采用压缩空气或二氧化碳进行吹扫。
电磁吹扫用于三相弧垂的控制，也可用于真空断路器和少油断路器的电弧熄灭。
实践表明，由于电弧与绝缘的直接作用而产生的热损耗是发生电弧熄灭时的主要热损耗。
所以提高电弧的热损耗速率，对防止电弧重燃是十分重要的。
下面是某些常用的灭弧装置的特点：①电弧熄灭电压高，是用于空载电动机转子灭弧时的灭弧装置。
②电弧熄灭后，能迅速恢复操作电压，防止因电弧再次引燃而引起电气火灾。
开关电器灭弧原理
开关电器灭弧原理开关电器主要用于控制电力系统中的电流，常用于开断电路中的负载电流。
在开关操作时，由于电流的存在，容易产生电弧，电弧会造成电器设备的损坏和短路等严重后果。
为了有效地避免电弧的产生和减小其对电器设备的危害，开关电器要具备灭弧功能。
灭弧原理主要包括了以下几个方面：1.快速分离快速分离是灭弧过程中的重要步骤，通过迅速分离开关触点，使得电弧路径拉长并被截断，从而有效地控制和消除电弧。
2.电磁吹弧电磁吹弧是一种常用的灭弧原理，通过电磁力将电弧移动到一个特定的区域，使其失去能量进而熄灭。
电磁吹弧装置一般由电磁线圈和吹气装置组成，电磁线圈产生磁场，吹气装置将气流送到电弧区域，通过电磁力和气流的共同作用，将电弧吹灭。
3.喷雾灭弧喷雾灭弧原理是利用高压喷射的液体或气体来吹灭电弧。
当电弧产生时，喷雾装置会将喷雾剂喷射到电弧区域，喷雾剂会瞬间蒸发，生成高压气体或液体冷却电弧，使其熄灭。
4.空气灭弧空气灭弧原理是利用高速流动的空气将电弧吹灭。
当开关触点分离时，电弧产生，同时启动空气灭弧装置，通过高速流动的空气将电弧吹灭。
5.液体灭弧液体灭弧原理是利用液体对电弧进行冷却和吸收能量，使其失去运动能量而熄灭。
液体灭弧主要使用矿油或硅油等绝缘材料进行灭弧。
6.气体灭弧气体灭弧原理是利用高纯度的惰性气体对电弧进行灭弧。
当电弧产生时，气体灭弧装置将惰性气体喷入电弧区域，气体会吸收电弧能量并抑制电弧继续燃烧，从而实现灭弧。
综上所述，灭弧原理主要包括快速分离、电磁吹弧、喷雾灭弧、空气灭弧、液体灭弧和气体灭弧等。
不同的灭弧原理适用于不同的开关电器和工作环境，通过选择合适的灭弧原理可以有效地控制和消除电弧，确保电器设备的安全运行。
开关电器典型灭弧装置的工作原理
开关电器典型灭弧装置的工作原理开关电器是现代电力系统中常见的重要设备，用于控制和保护电路的正常运行。
然而，当开关电器断开电路时，由于电流的存在，会产生电弧。
电弧是一种高温、高能量的放电现象，可能导致开关电器和周围设备的损坏，甚至引发火灾。
为了解决这一问题，开关电器通常配备了灭弧装置，用于有效地灭除电弧。
本文将介绍几种典型的灭弧装置，并详细阐述它们的工作原理。
1.磁场励磁式灭弧装置磁场励磁式灭弧装置是早期开关电器常用的一种灭弧装置。
其工作原理基于利用磁场力使电弧受到扰动和削弱，最终断开电路。
该装置由励磁线圈和灭弧室组成。
当电流突然改变时，励磁线圈产生瞬时磁场，使电弧受到力的作用被迫向上或向下偏离电弧通道，产生较大的接触电阻。
随着电弧接触电阻的增加，电流逐渐减小，直到达到灭弧的程度，电弧熄灭，断开电路。
2.气体灭弧装置气体灭弧装置是当前开关电器中常用的一种灭弧装置。
常见的气体灭弧装置有二氧化硫灭弧室和空气灭弧室等。
其工作原理都是基于将电弧引导到灭弧室中，通过气体的快速喷射和冷却来灭除电弧。
当电弧产生时，灭弧室内的气流会迅速形成一个狭窄的通道，将电弧束约束在其中。
气体喷射的速度和方向可以使电弧冷却和消散，从而使电弧的能量逐渐减小，最终使电弧熄灭。
3.油膜灭弧装置油膜灭弧装置是一种利用油膜扩散和冷却电弧的灭弧装置。
常见的油膜灭弧装置有油膜式断路器等。
其工作原理是通过在电弧通道上形成一层均匀的油膜，使电弧受到冷却和扩散。
电弧通道中的电流和电弧能量会将润滑油加热并将其蒸发，蒸汽进一步冷却和吸收电弧能量，使电弧迅速衰减。
油膜的扩散和吸热过程使电弧通道的电阻迅速增加，从而阻止了电流的进一步流动，实现了灭弧的效果。
4.固体灭弧装置固体灭弧装置是一种利用特殊的材料来抑制电弧的灭弧装置。
常见的固体灭弧装置有石英灭弧室和陶瓷灭弧室等。
其工作原理是电弧通过灭弧室时，固体材料产生的热量和气体使电弧温度骤然升高，从而使电弧失去能量。
开关电器典型灭弧装置的工作原理[专业知识]
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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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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
行业相关
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
由图5-6可见，当电流增大（横坐标向右）时，纵缝灭 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。
(10) 利用石英砂等固体颗粒介质，限制电弧直径的扩展 和加强冷却。
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
一、简单开断
在大气中利用机械方式
拉长电弧进行灭弧的原理与
图例。
（1）原理：电弧放长后，
图5-2 刀开关中的电弧拉长情况
电弧电压就增大，其静态伏 1— 闸刀 2—静触头 3—电弧
-安特性向上移动。
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
7．石英砂灭弧装置； 8．变压器油灭弧装置； 9．压缩空气灭弧装置； 10．SF6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； 3．附加晶闸管装置。
章 灭弧原理及开关电器
结论
通常，对中性点直接接地系统，两相接地断路及单 相接地故障时的工频恢复电压均较三相接地故障为低， 且认为三相直接短路的机会较少，故根据三相接地短路 时的故障，取首先开断相开断系数为1.3；
而对中性点不接地系统，一般以三相短路故障（接 地或不接地都相同）为最高，即首先开断相开断系数为 1.5。若计及在中性点不接地系统中的异地两相接地故 障，则计算短路电流开断相的工频恢复电压最大值， K1=1.73。该异地两相接地故障，通常是单相接地故障 的继发故障，且接地故障发生在断路器的不同侧的两相 处。
Ur(t)
Ur(t)
Ur(t)
o t1
to
to
t
介质强度和弧隙电压的恢复过程
(a)在t1时刻发生 击穿，电弧重燃
(b)电弧熄灭
(c)电弧熄灭
第二节 切断交流电路时电压的恢复过程
一、弧隙电压恢复过程分析 u
U0
Ur 非周期性
Ur0
t
u
2U0
1
U0
2 周期性
Ur0
t
结论：
1）当触头间并联电阻r<rcr时，电压恢复过程为非周期性； 当r>rcr时，电压恢复过程为周期性。
3. 利用灭弧介质或电流磁场吹动电弧。吹弧使带电离子扩散和强烈地冷 却而复合。在高压断路器中利用各种结构形式的灭弧室，使气体或油 产生巨大的压力并有力的吹向弧隙。有纵吹，横吹，纵、横混合吹弧 或环吹方式。
4. 采用多断口熄弧（1）多断口将电弧分割成多段，在相同触头行程下， 增加了电弧的总长度，弧隙电阻迅速增大，介质强度恢复速度加快。
第三节 交流电弧熄灭的基本方法
1. 利用灭弧介质。介质的传热能力、介电强度、热游温度和热容量等参 数的数值越大，则去游离作用越强，电弧就越容易熄灭。采用不同介 质可以制成不同类型的断路器，如空气断路器，油断路器、SF6断路器， 真空断路器等。
第五章开关电器典型灭弧装置的工作原理
§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 2、即使在油中简单地位长电弧，其灭弧能力也比在大气 中拉长电弧高得多。这是因为： (1) 油气的主要成分是氢，它在所有气体中具有最高 的导热系数和最小的粘度，这就使弧柱的热量容易散发。 (2) 在电弧的高温作用下，油的气化和分解过程非常 剧烈。油气形成后由于受到周围冷油的阻碍，体积不能迅速膨 胀，因而气泡中压力很高，通常可达（0.5~1）MP。
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§5-1 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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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 三、 纵缝灭弧装置
当磁场的方向为垂直于纸面
向里时，电弧AB、BC和CD段所受
B
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
被面积。
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 除此以外，电弧AB段和EF段相互作用产生一相吸电动 力、CD段和EF段相互作用产生一相斥电动力，使AB、CD和E F段压向绝缘册片；CD段和EF段对DE段相互作用也产生一相 斥电动力，使DE段向上运动。 这种灭弧装置充分利用了电弧自身磁场产生的电动力。
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§5-1 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。
开关电器典型灭弧装置的工作原理
开关电器典型灭弧装置的工作原理
灭弧装置，又称回路接地装置，是电器开关和控制设备配套使用的继
电器，准确地说，它是一种高压开关，具有自动接地保护功能的开关装置，用于控制和保护电力系统。
它能够自动检测系统发生异常，然后将系统的
回路接地，从而消除系统中的火花和灼热，以起到保护和控制的作用。
灭弧装置的工作原理是：当电器发生故障抬开跳闸时，会产生电弧，
引起电力系统失流，电弧所产生的热量会将电气设备的绝缘介质变质，可
能造成短路，致使电器回路发生短暂的失火现象，从而引起大量的无功功
率及谐波。
为了防止电器发生短暂失火现象，必须将系统的回路接地，及
时排出谐波，这就是灭弧装置的机理。
灭弧装置的主要由熔断器、射灯、熔丝、调整器、变压器、接触器、
电阻器等组成。
当故障发生时，由于电弧的出现，熔丝瞬间熔断，射灯受
到弧光刺激，向开关本身发出信号，接触器被触动，使开关本身发出的开
关命令无效，从而消除电弧，从而起到保护和控制的作用。
熔断器是灭弧装置的一个重要部件，它在发生异常时，可以瞬间熔断，阻断回路中电流的流动，产生保护功能，防止回路出现过载、短路的情况。
开关电器灭弧原理
⒉弧隙电压恢复过程ur（t）的计算：
变为直流电源突然合闸于R、L、C组成的串联电 路时，在C两端的电压变化过程uc，等值电路如图 2—35所示。
由图2—35可知，当Q突然合闸时，有
u
0＝iR＋L
di dt
＋u
c
(2—67)
i＝i1＋i
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。
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
短路时，电弧电流过便有先后，先过零的一相，电弧首先熄 灭，称为首先开断相。
在图2—38中，忽略电阻，只计电抗xL，即相电流滞后相应的 相电压90。。设U相为首先开断相，当U相电流过零时其电 弧熄灭，V、W相触头仍由电弧短接,由电路知识可得：
数值上，有UU＝UV＝UW＝Uph，式中Uph为相电压， Uu0’＝1.5 Uph (2—88) 首先开断相断口上的工频恢复电压为相电压1．5倍，如图
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；
第三章 灭弧原理及主要开关电器 3 5
射和电弧中的金属蒸气，抑制弧隙介质的游离作用。同时，触头材料还要求有较高的 抗电弧、抗熔焊能力。常用的触头材料有铜、钨合金和银、钨合金等。
3.采用灭弧介质或电流磁场吹动拉长与冷却电弧
在高压断路器中利用各种结构形式的灭弧室，使气体或油产生巨大的压力并有力 地吹向弧隙，将使带电离子扩散和强烈地冷却而复合。空气断路器利用充入压力约为 2.3MPa的干燥压缩空气作为吹动电弧的灭弧介质。SF6断路器利用压力为0.3～ 0.7MPa的纯净SF6气体作为灭弧介质在灭弧室吹动电弧，油断路器利用油和油在电弧
熄弧时的过电压，通常在大容量发电机出口断路器及110kV以上的高压断路器，特别
是特高压断路器上的断口处加装并联电阻，如图3-11所示。
图3-11 分、合闸并联电阻滞后分断和提前关合的动作原理
分闸时，主触头先打开，由于有并联电阻接入，不仅使主触头间产生的电弧容易 熄灭，而且使恢复电压的数值及上升速度都降低，并联电阻对电路的振荡过程起阻尼 作用，可能使振荡过程变成非周期振荡过程，从而抑制了过电压，当主触头间电弧熄 灭后，辅助触点打开，完全开断电路。合闸时，顺序相反，辅助触点先合，让其预合 在电阻性负荷上，然后合上主触头，避免合闸过电压。
图3-25 混合压气式灭弧室原理示意图 （a）开断初期；（b）开断过程中
4.配置大功率高性能的操动机构
由于特高压断路器灭弧室运动质量大，且要求分闸速度高，操作过程中传动及支 撑部分都受到较大冲击力，并且要满足5000次机械寿命要求。因而，操动机构必须大 功率、平稳可靠。为满足特高压电网对开断的系统稳定性及操作过电压水平的要求， 操动机构还必须能快速响应，同时分、合闸速度具有可调性能。
特高压断路器首先要求应能满足特高压电网大容量短路电流的开断能力，保证能
各类断路器的灭弧原理
引用各类断路器的灭弧原理电机设备2010-10-27 15:24:38 阅读30 评论0 字号：大中小订阅本文引用自缘分的天空《各类断路器的灭弧原理》引用缘分的天空的各类断路器的灭弧原理真空断路器灭弧原理？在真空断路器分断瞬间，由于两触头间的电容存在，使触头间绝缘击穿，产生真空电弧。
由于触头形状和结构的原因，使得真空电弧柱迅速向弧柱体外的真空区域扩散。
当被分断的电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，使电弧不能继续维持而熄灭。
电弧熄灭后的几μs内，两触头间的真空间隙耐压水平迅速恢复。
同时，触头间也达到了一定距离，能承受很高的恢复电压。
所以，一般电流在过零后，不会发生电弧重燃而被分断。
这就是其灭弧的原理。
SF6开关的灭弧原理10kV SF6断路器灭派性能优良，不仅在于SF6气体本身，而且采用旋弧式灭弧室。
目前，国内外在10kV电压级的SF6断路器研制上，广泛采用了具有良好灭弧性能的旋弧式灭抓室，它利用短路电流来建立磁场，使电弧在电磁力的作用下高速旋转，以达到自动灭弧的作用。
其灭弧原理从图1可见：当短路开始，电信号反馈到脱扣器，使开关分闸。
在分闸的瞬间，动触头和静触头之间就产生了电弧。
动触头继续向下运动，电弧很快转移到引弧电极上。
此时，绕在圆筒电极外而串联在静触头与圆筒电极之间的磁吹线圈通过短路电流，因而产生了磁场，于是电磁力驱使电弧高速旋转，在SF6气体中，电弧的高速旋转使得其离子体不断地与新鲜的SF6气体接触，以充分发挥六氟化硫的负电性，从而迅速地熄灭电弧。
油断路器的灭弧原理当油断路器开断电路时，只要电路中的电流超过0.1A，电压超过几十伏，在断路器的动触头和静触头之间就会出现电弧，而且电流可以通过电弧继续流通，只有当触头之间分开足够的距离时，电弧熄灭后电路才断开。
1OkV少油断路器开断20KA时的电弧功率，可达一万千瓦以上，断路器触头之间产生的电弧弧柱温度可达六七千度，甚至超过1万度。
油断路器的电弧熄灭过程是，当断路器的动触头和静触头互相分离的时候产生电弧，电弧高温使其附近的绝缘油蒸发气化和发生热分解，形成灭弧能力很强的气体（主要是氢气）和压力较高的气泡，使电弧很快熄灭。
开关电器中电弧的产生的原因和熄灭方法浅析
开关电器中电弧的产生的原因和熄灭方法浅析作者：张月华来源：《硅谷》2010年第09期摘要: 电弧是电力系统及电能利用工程常见的物理现象,对开关电器中开断电路时产生的电弧进行了解、分析,采取有效的措施熄灭电弧,这对电力系统的正常操作与安全运行有很重要的意义。
关键词: 开关电器;电弧;去游离;弧光放电中图分类号:TM91文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0510032-01开关电器是用来接通或开断电路的电气设备。
在发电厂与变电所中运行的发电机、变压器、进出线等回路,经常需要进行投入运行或退出运行,因此在发电厂与变电所中需装设必须的开关电器。
在开关电器触头接通或分开时,触头间可能出现电弧,电弧是电力系统及电能利用工程常见的物理现象。
对电弧的了解、分析,采取有效的措施熄灭电弧,这对电力系统的正常操作与安全运行有很重要的意义。
1 电弧的危害和特点电弧实际上是一种气体放电现象。
是在某些因素作用下,气体强烈游离、由绝缘变为导通的过程。
电弧形成后,由电源不断地输送能量,维持它燃烧,并产生很高的高温。
电弧燃烧时,中心区温度可达到10000K以上,表面温度也有3000～4000K。
同时发出强烈的白光,故称弧光放电为电弧。
电弧的高温,可能烧坏电器触头和触头周围的其他部件。
如果电弧较长时间不能熄灭,将会引起电器被烧毁甚至有爆炸的可能,危及电力系统的安全运行,造成人员的伤亡和财产的重大损失。
由于电弧是一种气体导电现象,所以在开关电器中,虽然电器触头已经分开,但是在出头间只要有电弧的存在,电路就没有断开,回路电流仍然存在,即开关电器失去了开断电路的作用。
影响电力系统的可靠运行。
2 电弧的产生和熄灭条件电弧的产生和熄灭过程,实际上是气体介质由绝缘变为导通和由导通又变为截止的过程。
2.1 电弧的产生条件。
1)触头开断初瞬间自由电子的生成。
触头刚分离时,由于触头间的间隙很小,在电压作用下其间形成很高的电场强度,当电场强度超过3×106V/m时,阴极触头表面的自由电子在强电场力的作用下,被拉出金属表面,强电场发射电子;同时,触头刚刚分离时,触头间的接触压力和接触面减小、接触电阻增大,使接触表面剧烈发热,局部高温,使此处电子获得动能发射出来。
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5
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； 3．附加晶闸管装置。
6
概
上述灭弧装置的灭弧原理是：
述
(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磁场，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；
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 (3) 在熄灭交流电弧过程中，当电流增大时，电弧的功 率增大，油气的形成加剧，气泡中油气温度增高和压力上升。 在压力较高的情况下，气泡壁处油的沸点升高，处于过热状 态。当电流减小到过零附近时，由于电弧功率减小，油气产 生的速度下降，但气泡在压力作用下仍继续膨胀，结果引起 气泡中油气的温度和压力迅速降低。此时气泡壁处油的沸点 下降，处于过热状态的油猛烈气化。由于气泡壁各处油的气 化速度不一致，在气泡内就形成了压力差。此压力差促使油 气产生混乱的运动，使刚刚形成的温度较低的油气进入弧柱 中，加强了弧柱的冷却。
llj＝KI0.6 0
0
式中
K——常数，当电源电压为500V时，K=0.75；250V时，
K=0.15； I 0 ——开断电流的起始值（有效值），单位为A。
0
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
（3）示例： 例一：刀开关拉长电弧。
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§5-1 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。
电器学
中南大学信息学院电气工程系
第五章
开关电器典型灭弧装置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： 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
2
第五章
开关电器典型灭弧装置的工作原理
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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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
八、变压器油灭弧装置
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
由图5-6可见，当电流增大（横坐标向右）时，纵缝灭弧装置中电 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。
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§5-1 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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§5-1 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 少电弧初始碰到的栅片数，从而减少进入的阻力。
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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基本内容
概 述 §5-1 §5-2 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。 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，
§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 2、即使在油中简单地位长电弧，其灭弧能力也比在大气 中拉长电弧高得多。这是因为： (1) 油气的主要成分是氢，它在所有气体中具有最高
的导热系数和最小的粘度，这就使弧柱的热量容易散发。 (2) 在电弧的高温作用下，油的气化和分解过程非常
剧烈。油气形成后由于受到周围冷油的阻碍，体积不能迅速膨 胀，因而气泡中压力很高，通常可达（0.5~1）MP。
述
(9) 在高真空中开断触头，利用弧隙中由电极金属蒸汽形成的弧柱 在电流过零时迅速扩散的原理进行灭弧； (10) 利用石英砂等固体颗粒介质，限制电弧直径的扩展和加强冷却。
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 一、拉长电弧
在大气中利用机械方式拉长 电弧进行灭弧的原理与图例。 （1）原理：电弧放长后，电 弧电压就增大，其静态伏-安特性 向上移动。
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；
8
概
(7) 利用压缩空气吹弧； (8) 利用SF6气体吹弧；
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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§5-1 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。
10
§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 （2）图解：如下图示，除依靠触头分开拉长电弧以外， 还可依靠导电回路的电流产生的磁场使电弧弯曲来拉长电弧。 前者沿电弧的轴向(亦称切向)拉长电弧，后者是沿着垂直于 弧轴的方向(亦称法向)拉长电弧。
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
依靠拉长电弧使之恰好熄灭的最短长度，称为临界长度，记为Llj。 其计算公式为：
§5-1 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 被面积。
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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第五章
开关电器典型灭弧装置的工作原理
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§5-1 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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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 三、 纵缝灭弧装置
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§5-1 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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§5-1 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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§5-1 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。
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§5-1 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产生的磁场过强，使得 触头的电磨损大大增加。
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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。