开关电器典型灭弧装置

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
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；
给触头并联晶体管,并使之承担电路的通断，而触头 仅在稳态下工作
• 混合开关，图2－24
固体开关
• 新型材料的阻抗特性
1、附加同步开断装置
由于交流电流每秒要通过零点2f(f是电源频率)次。如果我们能使开
关电器的触头在电流过零瞬时分开，并以极高的速度拉开到足以承受恢复 电压而不发生间隙击穿的距离，则此时弧隙中将不产生电弧，也不存在所 谓热击穿阶段。 同时，由于弧隙是未电离的，只需较小的极间距离，就可承受较高的
（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。
28
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。
29
4.1 灭弧装置
F I2
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。
14
4.1 灭弧装置
四. 弧罩与纵缝灭弧装置 图2－21 为限制弧区扩展并加速冷却以削弱热电离，常 采用陶土或耐弧塑料制造的灭弧室。 纵缝：灭弧室缝隙方向与电弧轴线平行 目的：冷却电弧以灭弧 多缝：比单缝的阻力小； 纵向曲缝：
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。
9
4.1 灭弧装置
一. 灭火花电路 图2－19 用于继电器 本质：放电回路 图2-19中L、C、R的选择请参看P50. 二. 简单灭弧 拉长电弧：弧压增大，特性上移 空气冷却：介质恢复
度数值较高，从而使现有的灭弧装
置能够开断更大的电流。
43
2、附加晶闸管装置
晶闸管具有可控单向导电的性质。如图5-38a所示， 如果将它和开关电器S并联，并且当交流电流i的流向如图 中的方向时，将开关S的触头分开，同时使晶闸管V触发导 通，于是开断电流将从V中流过。
由于V的电压降大大低于生弧电压，弧隙中将无电弧。
九. 压缩空气灭弧装置 利用压缩空气增强灭弧
• 结构
– 棒－棒，管－管，棒－管
缺点：
• 结构复杂 • 灭弧能力过强，常引起电流截断导致高过电压 • 喷口堵塞可能导致弧柱冷却不够，导致电弧重燃 ——极限开断电流
在开断电路对，将预先储备好的压缩空气用管道引向燃弧区，利用
压缩空气猛烈吹弧和提高燃弧区的压力，使电弧熄灭的装置叫做压缩空 气灭弧装置。 按照气流吹弧的方向分横吹式和纵吹式两类。 横吹式缺点较多，已淘汰，现主要介绍纵吹式。
• 利用电弧段之间的电磁力使电弧与栅片紧密接触 来增强熄弧能力
金属栅片
• 切割成短弧 • 利用近极区效应增强熄弧能力
绝缘栅片灭弧装置 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。
• 显著增大接触面积，提高弧柱的冷却和消电离作用 • 电弧受到的阻力较大（需要较大的外加磁场）
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。
16
4.1 灭弧装置
五. 栅片灭弧装置 绝缘栅片
23
4.1 灭弧装置
七. 石英砂灭弧装置 应用: 熔断器 石英砂来限制弧柱的扩展并冷却电弧
• 1、短弧（多断口串联） • 2、高压气体（石英砂限值气体扩散） • 3、狭缝冷却
缺点：石英砂的熔解导致稳定燃弧现象出现
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。
• 1、熔体熔化和汽化，形成短弧 • 2、绝缘管产生高压气体
应用：熔断器
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。
22
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工作原理
32
4.1 灭弧装置
十. 六氟化硫（SF6）灭弧 正八面体分子结构，强负电性 • 即对电子有极大的亲和力，而粘合形成负离子——负离子质量为电 子的几千倍，在电场中移动缓慢，极大提高介质的恢复强度速度 常温下稳定：150度不易起化学反应 无色、无臭、无味、无毒、不燃、无腐蚀性 密度大，热容量高（易于灭弧） 高温会分解，但低温下极易恢复 击穿电压高（约为空气的2～3倍） 简单开断时，开断能力比空气强约100倍；而简单的辅助手段即可大幅 提高开断能力 缺点： • 易液化 • 不均匀电场中的击穿电压下降明显 • 电弧可以拉很长而很难截断
18
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。
F I2
例一：刀开关拉长电弧。
11
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。
12
4.1 灭弧装置
三. 磁吹灭弧装置 图2－20 电流：6——>8——>1； 铁心和夹板：减小磁路增大磁通； 考虑结构、磁通与灭弧等的优化
此后，当晶闸管V中交流电流过零时它将自动闭锁，于是 电路被开断。这种综合有触头开关电器和晶闸管而成的开
关称为混合式开关。
44
原理 混合式开关 优点：具有较高 的电寿命； 缺点：结构较复 杂，价格较昂贵. 示例：混合式交流接 触器，请参看教材 P54和图2-24. Skip
45
§4-2 开关电器典型灭弧装置的工作原理 一、拉长电弧
采用SF6作
为绝缘介质可以 大大减小绝缘间 隙的尺寸和缩小 电器的体积。
34
一个突出优点是它有很强的灭弧能力。
35
4.1 灭弧装置
十一.真空灭弧 真空度：在1.33×10-3Pa以下时
• 电子自由行程很大，达43m ，不易碰撞 • 空气分子自由行程达7.6m • 介质击穿条件：
– 电子碰撞粒子时期电离（电场电离）以产生更多的电子
– mm级别开距
• 介质强度恢复快 • 操作频率高 • 结构简单，体积小，重量轻，操作噪声小
缺点：
• 过电压高，截流 • 击穿电压受电极表面粗糙度和污染程度影响很大
– 电弧使电极，特别是阴极光洁度影响极大
4.1 灭弧装置
十二.无弧分断 交流电流过零点分断，并使介质强度以足够快的速 度恢复
• 同步开关，图2－23
恢复电压。这种开断电路的方法叫做同步开断，而相应的开关电器叫做同
步开关。
40
由上述可见，这种理想的同步开关可以无需采用灭弧装置。然而， 事实上，实现这一方案非常困难。 其原因主要是： (1） 技术上还不能保证开关电器的触头稳定地每次恰在电流过
零时分开；
(2)还没有比较简便的方法使开关电器的动触头获得所需的高速 度。
加同步装置、附加晶闸管装置。
通过本章的学习，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。
3
基本内容
概 述 §4-1 灭弧装置
§4-2
开关电器典型灭弧装置的工作原理
§4-3 提高灭弧装置开断能力的辅助方法
小 结
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。
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。
46
§4-2 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。
第四讲 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
2
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
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