灭弧原理及主要开关电器
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。
开关电器的灭弧
开关电器的灭弧电弧是电气设备运行中经常发生的物理现象，其特点是光亮很强和温度很高。
它不仅对触头有很大的破坏作用，电弧的产生对供电系统的安全运行有很大影响。
首先，电弧延长了电路开断短路电流的时间。
在开关分断短路电流时，开关触头上的电弧就延长了短路电流通过电路的时间，使短路电流危害的时间延长，这可能对电路设备造成更大的损坏。
同时，电弧的高温可能烧坏开关的触头，烧毁电气设备和导线电缆，甚至可能引起火灾和爆炸事故。
此外，强烈的电弧可能损伤人的视力，严重的可导致人失明。
因此，开关设备在结构设计上就要保证其操作时电弧能迅速地熄灭。
我们知道电弧的产生会对供电系统的安全运行产生非常不利的影响，因此有必要了解下电弧产生的原因：在实际中，开关触头在分断电流时之所以会有电弧，原因在于触头本身及触头周围的介质中含有大量的可被游离的电子。
当分断的触头之间存在足够大的外施电压的条件下，这些电子就有可能被强烈电离而产生电弧。
那么要使电弧熄灭，就必须使触头间电弧中的去游离率大于游离率，即其中离子消失的速率大大于离子产生的速率。
所以在电气设备的运行中，常常会采用下列几种方法灭弧：速拉灭弧法、冷却灭弧法、吹弧灭弧法、长弧切短灭弧法、狭沟或狭缝灭弧法、真空灭弧法和六氟化硫灭弧法。
1.速拉灭弧法：这是开关电器中普遍采用的最基本的一中灭弧法。
迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降，离子的复合迅速增强，从而加速断乎的熄灭。
这种方法是利用开关中装设的强有力的断路弹簧，快速分断触头，迅速拉长电弧，最终达到灭弧的目的。
2.冷却灭弧法：通过降低电弧的温度，使电弧中的高温游离减弱，正负离子的复合增强，使电弧加速熄灭。
这种方法在开关电器中也应用普遍，也是一种基本的灭弧方法。
以上两种灭弧法都是利用空气的流动降温灭弧的，低压小功率电器开关基本上都是空气自然冷却灭弧。
如一般接触器、转换开关等。
3.吹弧灭弧法：利用外力（如气流、油流或电磁力）来吹动电弧，使电弧加速冷却，同时拉长电弧，降低电弧中的电场强度，使离子的复合和扩散增强，从而加速电弧的熄灭。
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。
开关电器灭弧原理
开关电器灭弧原理开关电器灭弧原理是保证开关电器能够安全可靠地切断或接通电路的重要机制。
在开关电器切断或接通电路时，由于断开或接触的两个电极中断电弧的产生，这种电弧如果不得到有效的控制，就会给电器设备和人身安全带来严重威胁。
因此，灭弧原理是开关电器设计和运行的重要内容。
一、灭弧原理概述灭弧，即将电弧在安全且稳定的条件下熄灭或压制到一定程度，使其不再对开断或接通电路产生影响。
灭弧原理的基本要求是要求电弧的能量得到控制，从而确保电弧不会破坏电器设备和导线绝缘，并且不会对操作人员造成伤害。
二、灭弧原理分类按照灭弧原理的不同机制，可以将灭弧分为以下几类：1.空气灭弧原理：通过空气的强制流动或拉长电弧长度的方式，使电弧能量耗散，达到灭弧的目的。
常见的空气灭弧原理有磁吹灭弧和液压灭弧等。
2.气体灭弧原理：通过在电弧周围加入特定气体以改变电弧特性，从而控制电弧的能量耗散和熄灭。
常见的气体灭弧原理有气体断流器和充气式断路器等。
3.真空灭弧原理：通过将开关装置内的气体抽空，形成真空环境，从而提高电弧阻断能力和灭弧效果。
真空灭弧原理的例子包括真空断路器和真空开关等。
4.粉末灭弧原理：将特定的灭弧粉末投入到电弧中，通过灭弧粉末的物理、化学反应来降低电弧能量和灭弧。
粉末灭弧原理的代表有高压直流断路器。
1.磁吹灭弧原理：磁吹灭弧原理是通过在电弧产生后在电弧路径上施加强制的磁场，使电弧弯曲和膨胀，从而扩大电弧长度。
这样电弧中的等离子体能量耗散迅速，达到灭弧的效果。
磁吹灭弧原理广泛应用于空气断路器和真空断路器中。
2.液压灭弧原理：液压灭弧原理是通过将液体介质射入电弧中，使电弧弯曲和冷却，从而压制和灭弧。
液压灭弧器在高压直流断路器和气体断流器等开关电器中得到应用。
3.充气式断路器：充气式断路器是通过在电弧路径中注入高压气体，使电弧得到压制和灭弧。
充气式断路器通过调节注气量和压力来控制灭弧效果。
这种原理用于高压开关设备。
4.真空断路器和真空开关：真空断路器和真空开关是通过在开关装置内部建立真空环境来实现灭弧的。
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。
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法开关电器中电弧是如何产生的电孤是一种气体放电现象，它有两个特点：一是电弧中有大量的电子、离子，因而是导电的，电孤不熄灭电路继续导通，要电弧熄灭后电路才正式断开;二是电弧的温度很高，弧心温度达4000～5000摄氏度以上，高温电弧会烧坏设备造成严重事故，所以必须采取措施，迅速熄灭电弧。
电弧产生和熄灭的物理过程简述如下：在开关断开过程中，由于动触头的运动，使动、静触头间的接触面不断减小，电流密度就不断增大，接触电阻随接触面的减小就越来越大，因而触头温度升高，产生热电子发射。
当触头刚分离时，由于动、静触头间的间隙极小，出现的电场强度很高，在电场作用下金属表面电子不断从金属表面飞逸出来，成为自由电子在触头间运动，这种现象称为场致发射。
热电子发射、场致发射产生的自由电子在电场力作用下加速飞向阳极，途中不断碰撞中性质点，将中性质点中的电子又碰撞出来，这种现象称作碰撞游离。
由于碰撞游离的连锁反应，自由电子成倍地增加(正离子亦随之增加)，大量的电子奔向阳极，大量的正离子向负极运动，开关触头间隙便成了电流的通道，触头间隙间介质被击穿就形成电弧。
由于电弧温度很高，在高温的作用下，处在高温下的中性质点由于高温而产生强烈不规则的热运动，在中性质点互相碰撞时，又将被游离而形成电子和离子，这种因热运动而引起的游离称为热游离。
热游离产生大量电子和离子维持触头间隙间电弧。
产生电弧主要由碰撞游离，维持电弧主要依靠热游离。
开关电器中电弧熄灭常用哪些方法开关电器中电弧熄灭常用的方法如下：(1)利用气体或油熄灭电弧。
在开关电器中利用各种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，电弧在气流或油流中被强烈地冷却和去游离，并且其中的游离物质被未游离物质所代替，电弧便迅速熄灭。
气体或油吹动的方式有纵吹和横吹两种，纵吹使电弧冷却变细，然后熄灭;横吹是把电弧拉长切断而熄灭。
不少断路器采用纵横混合吹弧方式，以取得更好灭弧效果。
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。
列举现代开关电器采用的灭弧方法
列举现代开关电器采用的灭弧方法
现代的开关电器采用的灭弧方法各具特色，它们在提高了安全性、可靠性和功耗方面起到
巨大的作用。
下面我们从几种典型的灭弧方法来谈谈：
一、空气灭弧
空气灭弧是一种在开关导体之间形成电流弧的过程，当异常电流达到某个值时，空气电弧
会自动开始被分解，并在空气中消失，从而起到终止有害电弧的作用。
空气灭弧可以很好
地降低开关电器的功耗，而且电器本身不会被损坏，因此具有很高的可靠性。
二、油浸灭弧
油浸灭弧是一种用油浸没的开关电器来灭弧的方法，这种电器包含了一定数量的油浴，在
这种条件下，当异常电流通过时，油浴中的灰尘会和电流一起产生火花现象，从而使电弧
分解而熄灭。
这种方法的灭弧效果较为完善，可靠性高，但油浴的使用可能带来安装和维
护的不便。
三、温度灭弧
温度灭弧也被称为温度熔断，是指采用异步电机的温度检测机制来熔断特定电流，使电流
通断从而灭弧。
这种方法可以有效降低功耗，可以阻止大异常电流出现，相较于传统的灭
弧方法具有更高的安全性和可靠性。
以上三种灭弧方法都可以用于现代的开关电器，起到非常重要的作用，不仅可以节约能源、提高效率，而且可以在很大程度上保障用户的安全。
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法在使用开关电器时，电器接触点之间产生的电弧是一个常见的问题。
电弧不仅会对电器开关造成损坏，还可能引起事故。
本文将讨论开关电器中电弧产生的原因以及如何灭弧。
电弧产生原因1.负载开关：当电器开关负载开关时，开关接点会形成瞬时火花，产生电弧。
2.电器开关操作：当人工操作电器开关时，因为手指与开关通电，造成飞跃电弧，会导致接触点燃烧甚至爆炸。
3.负载线路开关：线路切换时出现的电容反击现象，会造成瞬间高电压并产生电弧。
4.非正常负荷的开关：如果未关闭负载而斩断电线，那么负载会引起绕组过热或烧坏，从而产生电弧。
电弧灭除方法1.电弧灭除器：电弧灭除器是一种专业用于灭弧的设备。
它使用电容器和电磁线圈来“吞噬”电弧。
该装置能够将电弧熄灭并迅速将电路分离，从而保护电器和参与者的安全。
2.使用交流电源：交流电源每半周期都会变换极性，这样电弧可以在短时间内自然熄灭。
但在直流电源中，极性不变，电弧会持续存在，危险性更大。
3.开关电流下降：通过使开关电流下降来控制电弧的产生。
因为电弧只在电流大于零时存在，一旦电路的电流足够小，电弧就会熄灭。
4.开关电器的选择：为了减少电弧产生的可能性，应选择合适的开关电器。
耐压和断电容量等参数应符合负载要求，而且开关应具有防止弹簧松动的功能。
5.气体灭弧技术：在某些情况下，气体灭弧技术也可以用于灭弧。
例如，在高压电路中，气体灭弧技术通常用于避免大电流引起的短路现象。
在这种情况下，在电流大到一定程度时，气体会发生离子化，抑制电流。
结论在选择和使用开关电器时，我们应该考虑电器的设计和使用特性，避免过载和过时使用。
并选择适当的灭弧方法保障电路的稳定和使用安全。
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。
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。
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
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-开关电器中电弧产生原因及灭弧方法开关电器中电弧是如何产生的电孤是一种气体放电现象，它有两个特点：一是电弧中有大量的电子、离子，因而是导电的，电孤不熄灭电路继续导通，要电弧熄灭后电路才正式断开;二是电弧的温度很高，弧心温度达4000～5000摄氏度以上，高温电弧会烧坏设备造成严重事故，所以必须采取措施，迅速熄灭电弧。
电弧产生和熄灭的物理过程简述如下：在开关断开过程中，由于动触头的运动，使动、静触头间的接触面不断减小，电流密度就不断增大，接触电阻随接触面的减小就越来越大，因而触头温度升高，产生热电子发射。
当触头刚分离时，由于动、静触头间的间隙极小，出现的电场强度很高，在电场作用下金属表面电子不断从金属表面飞逸出来，成为自由电子在触头间运动，这种现象称为场致发射。
热电子发射、场致发射产生的自由电子在电场力作用下加速飞向阳极，途中不断碰撞中性质点，将中性质点中的电子又碰撞出来，这种现象称作碰撞游离。
由于碰撞游离的连锁反应，自由电子成倍地增加(正离子亦随之增加)，大量的电子奔向阳极，大量的正离子向负极运动，开关触头间隙便成了电流的通道，触头间隙间介质被击穿就形成电弧。
由于电弧温度很高，在高温的作用下，处在高温下的中性质点由于高温而产生强烈不规则的热运动，在中性质点互相碰撞时，又将被游离而形成电子和离子，这种因热运动而引起的游离称为热游离。
热游离产生大量电子和离子维持触头间隙间电弧。
产生电弧主要由碰撞游离，维持电弧主要依靠热游离。
开关电器中电弧熄灭常用哪些方法开关电器中电弧熄灭常用的方法如下：(1)利用气体或油熄灭电弧。
在开关电器中利用各种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，电弧在气流或油流中被强烈地冷却和去游离，并且其中的游离物质被未游离物质所代替，电弧便迅速熄灭。
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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。
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
多个灭弧装置串联的积木式结构的断路器在开断位置及开断过程中，由于灭弧装 置的导电部分与断路器底座和大地间分布电容的存在，每一个断口在开断位置的电压 分配和开断过程中的恢复电压分配将出现不均匀现象，影响到整个断路器的灭弧能力。 通常在断路器的多断口上加装并联电容，只要电容量足够大断口上的电压分布就接近 相等，从而保证了断路器的灭弧能力。
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3-10 断路器加装并联电容 (a)断路器中电容分布 (b)断口电压分布计算图
5.提高断路器触头的分离速度 迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降，同时使电弧的表面突然增大，有利于
电弧的冷却和带电质点向周围介质中扩散和离子复合。为此，在高压断路器中都装有 强有力的分闸操动机构，以加快触头的分断速度。 6.断路器加装并联电阻 上述几种方法，着重于提高断路器介质强度的恢复上升速度。而系统恢复电压上 升的速度及幅值，对交流电弧的熄灭具有决定性影响。为了降低恢复电压上升速度及 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。
吹动方向与弧柱轴线平行的称为纵吹，它使电弧冷却变细；吹动方向与弧柱轴线 垂直的称为横吹，它使电弧拉长，表面积增大并加强冷却。在断路器更多地采用纵、 横混合吹弧或环吹方式，其熄弧效果更好。
4.采用多断口熄弧 每相采用两个或更多的断口串联，在断路器分闸时，由操动机构将断路器各个串
联断口同时拉开，断口把电弧分割成多个小电弧段，把长弧变成短弧。在相等的触头 行程下，多断口比单断口的电弧拉得长，而且电弧被拉长的速度也增加，加速了弧隙 电阻的增大。同时，由于加在每个断口的电压降低，使弧隙恢复电压降低，亦有利于 熄灭电弧。
如图3-10所示，断路触头之间形成的电容，C0为断路器整个带电灭弧室部分通过绝 缘支架之间形成的电容，通常C0远大于CQ。可见，靠近接地端的断口电压U2由于 CQ与C0并联作用，必远远小于电源端的断口电压U1。为此，在两个断口并入比C0与 CQ大得多的电容，这个电容称为均压电容，可使两断口上的电压分布近于相等，以 确保断路器的灭弧性能。
弧隙介质强度恢复过程Ud(t)主要由断路器灭弧装置的结构和灭弧介质性质决定， 而恢复电压Ur(t)的上升过程主要取决于系统电路的参数。
如图3-9所示，当恢复电压按Ur1变化 时，在t1时间之后，由于恢复电压大于介 质强度，电弧即重燃；如按Ur2 变化，则 电弧就不会重燃。
图3-9 介质强度与恢复电压曲线 这两种过程是相互有关系的，即恢复电压速度与弧隙的介质强度有关，而弧隙的 介质强度又受电压恢复速度的影响。因此，应将它们看成一个复杂现象的两方面，虽 然如此，有条件地将恢复电压看成独立的现象，有助于更深刻地理解在开断不同形式 的电路时，断路器中电弧的熄灭条件。长弧和短弧的熄灭有较显著的差异。
（1）短弧的熄灭 在电流经过零值后，阴极附近空间的介质强度立刻恢复的现象，即近阴极效应呈
现的起始介质强度150～250V， 就是220V以下低压开关电器中交流电弧容易熄灭的 原因。
由于这种低电压开关电器的功率不大，在断路时，开关电器触头往往不大发热， 因此电弧在电流第一次经过零值时即熄灭。只有当切断很大电流，触头炽热时，才发 生延时电弧。这种近阴极效应呈现的起始介质强度，也可用在380V以上的低电压开 关电器的电弧熄灭。 （2）长弧的熄灭
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 作用下分解出的气体吹动电弧，真空断路器利用电弧电流产生的横向或纵向磁场吹动 电弧使之冷却。