开关电器中的灭弧原理

交流电弧的熄灭方法
熄灭交流电弧的方法
一、提高触头的分闸速度 二、采用多断口 三、吹弧
■ 吹弧气流产生的方法 ■ 吹弧的方向
四、短弧原理灭弧 五、利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 六、采用耐高温金属材料制作触头 七、采用优质灭弧介质
▉ 提高触头的分闸速度
迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱中的电位梯度，增加 电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和扩散的作用。因此， 现代高压开关中都采取了迅速拉长电弧的措施灭弧，如采用强 力分闸弹簧，其分闸速度已达16m/s以上。
加速触头的分离速度，迅速拉长电弧。
无弹簧
静触头 动触头
有弹簧
静触头 动触头
▉ 采用多断口
每一相有两个或多个断口相串联。在熄弧时，多断口把电 弧分割成多个相串联的小电弧段。多断口使电弧的总长度加 长，导致弧隙的电阻增加；在触头行程、分闸速度相同的情况 下，电弧被拉长的速度成倍增加，使弧隙电阻加速增大，提高 了介质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。
▉ 吹弧 — 吹弧方向法…（2）
采用多断口时，加在每一断口上的电压成倍减少，降低了 弧隙的恢复电压，亦有利于熄灭电弧。在要求将电弧拉到同样 的长度时，采用多断口结构成倍减小了触头行程，也就减小了 开关电器的尺寸。
▉ 采用多断口
▉ 吹弧 — 吹弧气流产生法
用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时，可以将带电质点吹到 弧隙以外，加强了扩散，由于电弧被拉长变细，使弧隙的电导 下降。吹弧还使电弧的温度下降，热游离减弱，复合加快。按 吹弧气流的产生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分为以下几种。
1. 吹弧气流产生的方法有： （1）用油气吹弧 用油气作吹弧介质的断路器称为油断路器。在这种断路器 中，有用专用材料制成的灭弧室，其中充满了绝缘油。当断路 器触头分离产生电弧后，电弧的高温使一部分绝缘油迅速分解 为氢气、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等气体，其中氢的灭弧 能力是空气的7.5倍。这些油气体在灭弧室中积蓄能量，一旦 打开吹口，即形成高压气流吹弧。
2．电弧是导体。开关电器的触头虽然已经分开，但是触头 间如有电弧存在，电路就还没有断开，电流仍然存在。
3．电弧是一种自持放电现象，即电弧一旦形成，维 持电弧稳定燃烧所需的电压很低。如，大气中1cm 长的直流电弧的弧柱电压只有15－30V，在变压器 油中也不过100－200V。
4．电弧是一束游离气体，质量很轻，容易变形，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，对敞露在大气中的电弧 尤为明显。如，在大气中开断交流110kV、5A的电 流时，电弧长度超过7m。电弧移动速度可达每秒几 十米至几百米。
▉ 吹弧 — 吹弧方向法… （1）
2. 按吹弧的方向分为： （1）纵吹 吹弧的介质（气流或油流）沿电弧方向的吹拂称为纵吹， 纵吹能增强弧柱中的带电质点向外扩散，使新鲜介质更好地与 炽热电弧接触，加强电弧的冷却，有利于迅速灭弧。 （2）横吹 横吹时气流或油流的方向与触头运动方向是垂直的，或者 说与电弧轴线方向垂直。横吹不但能加强冷却和增强扩散，还 能将电弧迅速吹弯吹长。有介质灭弧栅的横吹灭弧室，栅片能 更充分地冷却和吸附电弧，加强去游离。在相同的工作条件下， 横吹比纵吹效果要好。
电弧现象
1．电弧是一种能量集中、温度很高、亮度很强的放电现象。 如10kV少油断路器开断20kA的电流时，电弧功率高达 10000kW以上，造成电弧及其附近区域的介质及其强烈的 物理化学变化，可能烧坏触头及触头附近的其他部件。 如果电弧长期不灭，将会引起电器被烧毁甚至爆炸，危 机电力系统的安全运行，造成重大损失。所以，切断电 路时，必须尽快熄灭电弧。
▉吹弧 —吹弧气流产生法...（2）
（2）用压缩空气或六氟化硫气体吹弧 将20个左右大气压的压缩空气或5个大气压左右的六氟化 硫气体（SF6）先储存在专门的储气罐中，断路器分闸时产生 电弧，随后打开喷口，用具有一定压力的气体吹弧。 （3）产气管吹弧 产气管由纤维、塑料等有机固体材料制成，电弧燃烧时与 管的内壁紧密接触，在高温作用下，一部分管壁材料迅速分解 为氢气、二氧化碳等，这些气体在管内受热膨胀，增高压力， 向管的端部形成吹弧。
开动脑筋，自主学习： 按照已经划分的小组，使用网络搜索下列问
题，并将自己认为准确的答案发送至班级微信群。
1、电弧的概念 2、电弧的产生 3、电弧的分类 4、电弧的危害 5、电弧的用途 6、如何熄灭电弧
▉ 电弧放电的特征
1. 电弧的概念 当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头 刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。 2.电弧的本质 电弧的实质是一种气体放电现象。 3. 电弧放电的特征 （1）电弧由三部分组成。包括阴极区、阳极区和弧柱区。 （2）电弧温度很高（100000C）。 （3）电弧是一种自持放电现象。 （4）电弧是一束游离的的气体。
开断电路时电弧的产生过程
开断电路时电弧的产生过程
▉ 电弧放电的危害
（1）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间， 加重了电力系统短路故障的危害。
（2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏 绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。
（3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造 成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。
直流电弧的特性
定义：在直流电路中产生的电弧叫直流电弧
1.电弧电压分布图
阴 极 区
-
阳
弧柱区
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极
区
+
U3
U2
Uh
U1
电弧电压＝阴极区压降＋弧柱压降＋阳极区压降
Uh U1 U2 U3
直流电弧的熄灭方法 1.拉长电弧 2.开断电路时在电路中逐级串入电阻
3.在断口上装灭弧栅 4.冷却电弧
3.在断口上装灭弧栅 4.冷却电弧
开关在断开的状态时，动、静触头间一般是不导电的绝缘气体。
为什么在切断有电流通过的电路时会形成导电的弧道？
开关设备进行切断电路或关合电路时，若动、 静触头之间的电场强度大于介质强度，则触头之间 的绝缘气体被击穿，成为游离状态，在游离状态下 的气体具有很强的导电性能，这实质上是绝缘介质 转变成了导电体，也就是形成了电弧。