电弧及灭弧装置
《电力机车电器》题库
《电力机车电器》题库第二章电弧及灭弧装置一、填空题1、带电粒子从电弧区转移到周围介质中去的现象称为（扩散）。
2、热辐射是发热体的热量以（电磁波）形式传播能量的过程。
3、交流电器设备的发热主要由( 导体和线圈的)损耗、( 铁心的)损耗和( 触头的)损耗引起。
4、在放电间隙中，同时存在着两种过程：（游离）和（消游离），它们是矛盾的统一体。
5、按照电流性质电弧可分为（直流电弧）和（交流电弧）。
6、电器在工作过程中，产生多种损耗，其中主要的损耗有（铜损耗）、（铁损耗），高压电器还要考虑（介质损耗）。
二、判断题1、金属栅片灭弧装置在交流中的应用比直流电器中的应用更为广泛。
（√）2、交流电弧比直流电弧容易熄灭。
（√）3、利用回路电动力拉长电弧时，电流越小越好。
（×）4、电弧属于气体放电的一种形式。
（√）5、直流电弧熄灭的原理是过零熄灭。
（×）三、选择题1、电弧的（B ）区是电弧中温度最高、亮度最强的区域。
A、近阴极区B、弧柱区C近阳极区2、拉开刀开关时使电弧拉长属于（A ）A、机械力拉长B、电动力拉长C、磁吹灭弧3、交流电弧主要采用（ B ）来灭弧。
A、磁吹灭弧B、金属栅片灭弧C、真空灭弧4、磁吹灭弧是利用了（A ）方法来灭弧的？A、拉长电弧B、灭弧罩灭弧C、真空灭弧D、金属栅片灭弧四、简答题1、什么是电动力？触头电动力是怎样引起的？载流导体处在磁场中会受到力的作用，载流导体间相互也会受到力的作用，这种力称为电动力。
触头闭合通过电流时，在触头间有电动力存在。
这是因为触头表面不管加工怎样平整，从微观上看仍然是凹凸不平的。
由于接触面积远小于触头表面积，电流线在接触点处产生收缩，由此而引起触头间的电动斥力。
2、交流电磁铁吸合不好且有噪声，试分析原因。
在电磁铁工作过程中，决定其能否将衔铁吸合的是平均吸力的大小，即通常所说的交流电磁铁吸力。
由于单相交变磁通所产生的吸力在每一周期内有两次经过零点，所以在工频电路上，每秒钟内有100次经过零点。
熄灭交流电弧的基本方法
熄灭交流电弧的基本方法
1. 切断电源：最直接的方法是切断电源，停止供电，这样电弧就会自动熄灭。
2. 使用隔离设备：在处理带电设备时，可以使用隔离设备（如隔离开关、断路器等）来切断电弧的通路，防止电弧继续存在。
3. 使用灭弧装置：灭弧装置可以用来控制和熄灭电弧，常见的灭弧装置有灭弧室、灭弧圈等。
4. 使用电流限制器：电流限制器可以限制电弧的电流，使其不足以维持电弧燃烧，从而熄灭电弧。
5. 使用灭弧剂：灭弧剂是一种能够吸收电弧能量的物质，可以通过喷洒或注入的方式将灭弧剂引入电弧室中，从而熄灭电弧。
6. 使用灭弧器：灭弧器是一种专门用于熄灭电弧的装置，可以通过将电弧引导到灭弧装置中，利用其特殊结构和材料来熄灭电弧。
请注意，熄灭交流电弧时需要采取相应的安全措施，以确保人员和设备的安全。
如果不熟悉电弧的处理方法，请及时寻求
专业人士的帮助。
电弧及灭弧装置
电弧的分类
按电流种 类
• 直流电弧 • 交流电弧 • 脉冲电弧
按电弧的 状态
• 自由电弧（如雷电） • 压缩电弧（如等离子弧）
按电极材 料
• 熔化极电弧 • 不熔化极电弧
日常生活中的电弧现象
• 雷电
日常生活中的电弧现象
• 电弧焊
日常生活中的电弧现象
• 开关电弧（电器使用中产生的电弧）
电器在切断负载电流或者短路电流时， 只要动静触头间的电压大于10-12v，电 流大于80~100mA，就会产生耀眼的白 光。切断的电流越大，电弧就越强烈。 电弧的产生是电器在使用使用过程中不
直流电弧及其熄灭
➢动伏安特性曲线（下图2、3曲线）
从B点开始快速减小电流，得曲线3，由 于弧隙间的消游离作用跟不上电流的变 化，与静伏安特性曲线的同一点相比， 消游离程度高，弧电阻低，弧电压也就 低。此时特性曲线3位于静伏安特性曲线
缓慢改变R，电流变 化缓慢，每一点都是 在稳定燃烧状态下测
得的
直流电弧及其熄灭
• 一、直流电弧的伏安特性 ➢动伏安特性曲线（下图2、3曲线）
快速改变R，电流变 化迅速，游离（或消 游离）跟不上电流的
变化。
直流电弧及其熄灭
➢动伏安特性曲线（下图2、3曲线）
从A点开始快速增加电流，得曲线2，由 于弧隙间的游离作用跟不上电流的变化， 与静伏安特性曲线的同一点相比，游离 程度低，弧电阻高，弧电压也就高。此 时特性曲线2位于静伏安特性曲线的上方。
电弧产生的物理过程
1、阴极热电子发射
触头开断过程中，接触面积越来越小，接触处的电阻越来越大，触头表 面的温度剧增加，金属内由于热运动急剧活跃的自由电子克服金属内正 离子的吸力而从阴极表面发射出来，这种主要是由于热作用所引起的发 射称为热发射。温度越低和逸出的功越大时，热发射的电流密度越小。 逸出功为电子克服金属内正离子的吸引力而逸出金属表面所消耗之功。
电弧的产生和熄灭
一、电弧旳危害和特点
1. 电弧旳概念
当开关电器开断电路时，电压和电流到达一定值时，触头
刚刚分离后，触头之间就会产生强烈旳白光，称为电弧。
2.电弧旳本质
电弧旳实质是一种气体放电现象。 表面3000-
3. 电弧放电旳特征
4000度，弧 心温度可达
（1）电弧温度很高。
10000度
（2）电弧是一种自持放电现象。 （3）电弧是一束游离旳旳气体。
经过分析，可见交流电弧在交流电流自然过 零时将自动熄灭，但在下半周伴随电压旳增 高，电弧又重燃。假如电弧过零后，电弧不 发生重燃，电弧就此熄灭。
u
A
u h2
u h1
C
B
B'
O
i
C'
A'
交流电弧旳伏安特征
弧隙介质能够承受外 加电压作用而不致使弧隙 击穿旳电压称为弧隙旳介 质强度。当电弧电流过零 时电弧熄灭，而弧隙旳介 质强度要恢复到正常状态 值还需一定旳时间，此恢 复过程称之为弧隙介质强 度旳恢复过程。
2. 扩散 扩散是弧柱中旳带电质点逸出弧柱以外，进入周围介质 旳现象。扩散有三种形式： （1）温度扩散，因为电弧和周围介质间存在很大温差， 使得电弧中旳高温带电质点向温度低旳周围介质中扩散， 降低了电弧中旳带电质点； （2）浓度扩散，这是因为电弧和周围介质存在浓度差， 带电质点就从浓度高旳地方向浓度低旳地方扩散，使电弧 中旳带电质点降低； （3）利用吹弧扩散，在断路器中采用高速气体吹弧，带 走电弧中旳大量带电质点，以加强扩散作用。
恢复电压＝瞬态恢复电压＋工频恢复电压
交流电弧旳熄灭条件 1.假如电源电压恢复过程不小于介质强度恢复过程，
气隙被击穿，电弧重燃。 2.假如电源电压恢复过程低于介质强度恢复过程，
低压电器电弧的灭弧方法
低压电器电弧的灭弧方法低压电器电弧是指在低压电路中产生的电弧现象。
电弧的产生会导致电路故障、设备损坏甚至引发火灾等危险。
因此，及时有效地灭弧是电力系统运行中非常重要的一项工作。
低压电器电弧的灭弧方法主要包括以下几种：1. 电弧熄灭器：电弧熄灭器是一种专门用于灭弧的装置。
它通过在电弧产生的瞬间产生一个与电弧相反方向的电流，使得电弧能量迅速耗散，从而使电弧迅速熄灭。
电弧熄灭器的工作原理是利用电感和电容形成的谐振电路，通过合理的电路设计能够有效地将电弧能量转换成其它形式的能量，使电弧迅速熄灭。
2. 油浸灭弧罩：油浸灭弧罩是一种常用的灭弧装置。
它通过将电弧所在的区域浸入特殊的灭弧油中，利用油的性质来实现灭弧的目的。
油浸灭弧罩能够有效地抑制电弧的产生和扩展，使电弧能量迅速耗散，从而实现灭弧的效果。
同时，油浸灭弧罩还能起到隔离和冷却的作用，保护周围的设备和人员不受电弧的伤害。
3. 空气灭弧装置：空气灭弧装置是一种利用空气的特性来灭弧的装置。
它通过在电弧所在的区域喷射高速气流，使电弧受到强力的冲击和扰动，从而使电弧能量迅速耗散，达到灭弧的目的。
空气灭弧装置具有操作简便、灭弧效果好等优点，广泛应用于低压电器中。
4. 粉末灭弧装置：粉末灭弧装置是一种利用粉末的特性来灭弧的装置。
它通过在电弧所在的区域喷射灭弧粉末，利用粉末的绝缘性和吸热性来实现灭弧的目的。
粉末灭弧装置能够迅速吸收电弧的能量，将电弧能量转化为粉末的热能，从而使电弧迅速熄灭。
粉末灭弧装置在灭弧效果和安全性方面都有较好的表现。
5. 电弧探测器：电弧探测器是一种用于检测电弧的装置。
它能够实时监测电路中是否存在电弧，并能够迅速发出报警信号。
电弧探测器可以通过检测电弧的光辐射、电流、电压等参数来判断电弧的存在，并能够准确地定位电弧的位置。
一旦检测到电弧，电弧探测器会及时发出报警信号，提醒人员采取相应的灭弧措施，避免电弧的危害。
低压电器电弧的灭弧方法有电弧熄灭器、油浸灭弧罩、空气灭弧装置、粉末灭弧装置和电弧探测器等。
电弧及灭弧装置.
射；同时，由于触头的间隙很小，使得电压强度很高，产生强
电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，加速向阳 极运动，发生碰撞游离，导致触头间隙中带电质点急剧增加， 温度骤然升高，产生热游离并且成为游离的的主要因素，此时， 在外加电压作用下，间隙被击穿，形成电弧。
5、电弧熄灭的物理过程
（1）复合
复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。又分为直接复合和 间接复合。 复合的速度受温度的影响喝大，温度越高复合几率越小。 加强复合方式：①冷却电弧 ②加入大量的新鲜气体分子
电弧及灭弧装置
学习目标
• 理解交、直流电弧的伏安特性； • 理解交流电弧较直流电弧易于熄灭的原因；
• 掌握交、直流电弧常用的熄弧方法；
• 掌握常用灭弧装置的结构及作用原理。
引言
• 在有触点电器中，触头接通和分断电流的过程中往往伴随 着气体放电现象－－电弧的产生及熄灭。电弧对电器具有 一定的危害。
①近阴极效应
②灭弧方法
正离子因其能动性差，来不及向新阴极移动
薄膜绝缘介质
刚得到负极性的阴极来不及逸出新的电子
②灭弧方法 根据灭弧方法的不同，介质强度继续增长的情况也不 一样。
介质强度的恢复： UJF=UJF0+KJF*t
UJF0---决定于近阴极效应的起始介质恢复强度
KJF-----决定于灭弧方法的介质强度恢复速度 t----介质强度恢复时间
小
学习本章时，注意以下知识点： 1、概念 2、电弧产生的物理过程
结
本章所接触到的概念较多，需注意掌握和理解。如：近极压降、近阴极效应 注意掌握在此过程中起主要作用的是哪些；理解各物理现象及影响因素。 3、电弧熄灭的物理过程 理解复合及扩散的概念及影响因素。 4、电弧的熄灭 理解交、直流电弧的伏安特性；理解交流电弧较直流电弧易于熄灭的原因；掌握 交、直流电弧常用的熄弧方法；掌握常用灭弧装置的结构及作用原理。 5、断开感性电路时产生的过电称之为内部过电压，其危害性较大，应掌握减小 或抑制过电压产生的方法。
电器基础知识—电弧及灭弧装置(列车电器)
CONTENTS
1
拉伸电弧 STRETCHING ARC
2
灭弧栅 ARC EXTINGUISHING GRID
3
灭弧罩 ARC SHIELD
4
气吹灭弧 AIR BLOW OUT ARC
5
真空灭弧 VACUUM ARC EXTINGUISHING
PART 01
拉伸电弧
STRETCHING ARC
1 拉伸电弧
由于气吹灭弧的灭弧能力较强，故一般运用在高压电器中。
4 气吹灭弧
1－动触头 2－灭弧室瓷罩 3－静触头 4－压缩空气 5－电弧
PART 05
真空灭弧
VACUUM ARC EXTINGUISHING
5 真空灭弧
真空灭弧是使触头电 弧的产生和熄灭在真 空中进行，它是依据 零点熄弧原理，以真 空为熄弧介质工作的。
PART 04
气吹灭弧
AIR BLOW OUT ARC
4 气吹灭弧
气吹灭弧是利用压缩空气来熄灭电弧。
压缩空气作用于电弧，可以很好地冷却电弧、提高电弧区的压力、很快带走残余的游离气 体，所以有较高的灭弧性能。 压缩空气沿电弧径向吹入，然后通过动触头的喷口、内孔向大气排出，电弧的弧根能很快 被吹离触头表面，因而触头接触表面不易烧损。
PART 02
灭弧栅
ARC EXTINGUISHING GRID
2 灭弧栅
– 利用的是短弧灭弧原理。 – 栅片：由外镀薄钢片和石棉绝缘板组成，彼此绝缘片距2-3mm，安装在触点上方的灭
弧罩内。
2 灭弧栅
– 利用的是短弧灭弧原理。 – 栅片：由外镀薄钢片和石棉绝缘板组成，彼此绝缘片距2-3mm，安装在触点上方的灭
3 灭弧罩
交流接触器常用灭弧装置.
常用灭弧装置
5.零点熄弧
原理：当真空接触器开断电流时, 由于电弧的高温
使触头材料蒸发, 在触头间形成许多金属蒸气, 真 空电弧就在金属蒸气中“燃烧”。因为真空电弧 的电压降很低( 约在20V 左右) , 因而不宜靠增加电 弧压降来熄弧。只有当交流电弧自然过零时, 由于 周围介质是真空, 使得触头间的金属蒸气以极快的 速度扩散到周围空间中去, 这样, 在电弧过零后的 极短的时间内( 约几个微秒) , 触头间就立即恢复到 原来的“真空”状态, 这就是利用的真空的第二个 特点: 介质强度恢复速度快, 可高达25kV/ μs。因此, 电弧过零后几乎立即熄灭, 一般不重燃, 燃弧时间 小于半个周波。
常用灭弧装置
6.气吹灭弧装置 ➢原理：利用压缩空气来熄灭电弧的。压缩
空气作用于电弧，可以很好地冷却电弧、 提高电弧区的压力、很快带走残余的游离 气体，所以有较高的灭弧性能。 ➢种类 （1）横吹 （2）纵吹
1－动触头；2－灭弧室瓷罩；3－静 触头；4－压缩空气；5－电弧。
常用灭弧装置
7.油吹灭弧装置 ➢原理：将电弧置于液体介质（一般为变压
城市轨道交通车辆技术专业教学资源库
交流接触颗器粒常知用识灭点弧装置
XX陈X 首原
常用灭弧装置
1.机械力拉长电弧 （1）纵向拉长 （2）横向拉长 2.多断点灭弧 ❖在电路中常采用桥式触头 3.零点熄弧原理
双断点和电动力灭弧
常用灭弧装置
4.灭弧罩 ➢原理：让电弧与固体介质相接触，降低电
弧温度，从而加速电弧熄灭，同时也避免 电弧飞溅。 ➢种类 （1）纵向窄缝灭孤罩
常用灭弧装置
4.灭弧罩 ➢种类 （2）纵向宽缝灭孤罩
常用灭弧装置
4.灭弧罩 ➢种类 （3）迷宫式灭孤罩
第十三章 电弧及灭弧装置
第十三章电弧及灭弧装置在有触点电器中，触头接通和分断电流的过程中往往伴随着气体放电现象一电弧的产生及熄灭。
电弧对电器具有一定的危害。
本章通过对电弧现象的介绍，分析其产生和熄灭的过程，从而找出并介绍在电器常用的灭弧方法及装置，以解决电弧在电器中的影响。
第一节电弧的物理基础一、电弧现象及特点电弧属于气体放电的一种形式。
气体放电分为自持放电与非自持放电两类，电弧属于气体自持放电中的弧光放电。
试验证明，当在大气中开断或闭合电压超过10V、电流超过0.5A的电路时，在触头间隙（或称弧隙）中会产生一团温度极高、亮度极强并能导电的气体，称为电弧。
由于电弧的高温及强光，它可以广泛应用于焊接、熔炼、化学合成、强光源及空间技术等方面。
对于有触点电器而言，由于电弧主要产生于触头断开电路时，高温将烧损触头及绝缘，严重情况下甚至引起相间短路、电器爆炸，酿成火灾，危及人员及设备的安全。
所以从电器的角度来研究电弧，目的在于了解它的基本规律，找出相应的办法，让电弧在电器中尽快熄灭。
我们借助一定的仪器仔细观察电弧，可以发现，除两个极（触头）外，明显的分为3个区域，即近阴极区、近阳极区及弧柱区。
如图13—1所示。
图13—1 电弧3个区及电位降、电位梯度分布近阴极区的长度约等于电子的平均自由行程（小于m 610 ）。
在电场力的作用下正离子向阴极运动，造成此区域内聚集着大量的正离子而形成正的空间电荷层，使阴极附近形成高电场强度（约为m V /10~1076）。
正的空间电荷层形成阴极压降，其数值随阴极材料和气体介质的不同而有所变化，但变化不大，约在10－20V 之间。
近阳极区的长度约等于近阴极区的几倍。
在电场力的作用下自由电子向阳极运动，它们聚集在阳极附近而且不断被阳极吸收而形成电流。
在此区域内聚集着大量的电子形成负的空间电荷层，产生阳极压降，其值也随阳极材料而异、但变化不大，稍小于阴极压降。
由于近阳极区的长度比近阴极区的长，故其电场强度较小。
机车车辆制动装置——电弧及灭弧装置之二
图2－20 气吹灭弧装置 1－动触头；2－灭弧室瓷罩；3－静触头；4－压缩 空气；5－电弧。
▪ 五、横向金属栅片灭弧
▪ 横向金属栅片又称去离子栅，它利用的是短弧灭弧原理。用磁性材料的金属片置于电弧中， 将电弧分成若干短弧，利用交流电弧的近阴极效应和直流电弧的近极压降来达到熄灭电弧的 目的。
▪ 横向金属栅片灭弧情况如图2－21所示。栅片的材料一般采用铁。当电弧靠近铁栅片时，由 于铁片为磁性材料，所以栅片本身就具有一个把电弧拉入栅片的磁场力（当电弧移近金属栅 的上沿时，铁栅片又具有把电弧拉回的特性，可防止电弧逸出栅外，烧损它物）。当电弧被 这个磁场力或外力作用刚进入铁片栅中时，由于磁阻较大，铁片栅对电弧的吸力不大。为了 减小电弧刚进入铁栅片时的空气阻力，铁栅片作成楔口并交叉装配，如图2－21(b)所示，即 只让电弧先进入一半铁片栅中以增大最初接触电弧的铁片片距。随着电弧继续进入铁片栅中， 磁阻减小，铁片对电弧的拉力增大，足以使电弧进入所有的铁片栅中。电弧进入栅片后分成 许多串联短弧，电流回路产生作用于各短弧上的电动力使短弧继续发生运动。此时应注意短 弧被拉回向触头方向运动的力，它会使电弧重燃并烧损触头。为了消除这种现象，可以采用 凹形栅片和O形栅片。铁栅片在使用时一般外表面要镀上一层铜，以增大传热能力和防止铁 片生锈。
▪ 导弧角2是根据回路电动力原理设置的，用来引导电弧很快离开触头且按 一定方向运动，以保护触头接触面免受电弧的烧伤。
▪ 由于磁吹线圈与电路的连接方式不同而形成串激线圈和并激线圈之分。
▪ 上述所介绍的这种磁吹线圈和触头相串联的激磁方法称为串激法。它的 优点是：电流流向改变但磁吹力方向不变，即磁吹方向不随电流极性的 改变而改变。具有这种磁吹的电器称为“无极性电器”。同时因为是串 激，通过磁吹线圈的电流与弧电流相同，因此弧电流越大则灭弧效力就 越强；反之弧电流小时，灭弧效力就弱。所以串激法适用于切断大电流 的电器中。
电弧及灭弧装置
电弧熄灭的方法及装置
2．横缝灭弧罩 为了加强冷却效果，横缝灭弧罩往往以多缝的结构 型式使用，也就是称为横向绝缘栅片，如图3-6所示。 当电弧进入灭弧罩后，受到绝缘栅片的阻挡，电弧在外 力作用下便发生弯曲，从而拉长了电弧，并加强了冷却 。为了分析电弧与绝缘栅片接触时的情况，以图3-7来 放大说明：设磁通方向为垂直向里，电弧AB、BC和CD段 所受的电动力都使电弧压向绝缘棚片顶部，而DE段所受 的电动力使电弧拉长，CD段和EF段相互作用产生斥力。 这样一些力的作用，使电弧拉长并与缝壁接触面增大而 且紧密，所以能收到比较好的灭弧效果。
电弧分类 1〉流种类可分为：交流电弧、直流电弧和脉冲电弧 。 2〉按电弧的状态可分为：自由电弧和压缩电弧（如 等离子弧）。 3〉按电极材料可分为：熔化极电弧和不熔化度达成千上万K足 以烧伤触头、使之迅速损坏;它 也能使触头熔焊、破坏电器的 正常工作，甚或酿成火灾刀人 员伤亡等严重事故; 它还会产 生干扰附近的通信设施的高次 谐波 益处：电弧焊、电弧熔炼和弧光 灯等是专门利用电弧的设备， 电器本身可借助电弧以防止产 生过高的过电压和限制故障电 流。
电弧熄灭的方法及装置
导弧角2是根据回路电动力原理设置的，用来 引导电弧很快离开触头且按一定方向运动，以保 护触头接触面免受电弧的烧伤。由于磁吹线圈与 电路的连接方式不同而形成串激线圈和并激线圈 之分。上述所介绍的这种磁吹线圈和触头相串联 的激磁方法称为串激法。它的优点是：电流流向 改变但磁吹力方向不变，即磁吹方向不随电流极 性的改变而改变。具有这种磁吹的电器称为“无 极性电器”。同时因为是串激，通过磁吹线圈的 电流与弧电流相同，因此弧电流越大则灭弧效力 就越强；反之弧电流小时，灭弧效力就弱。
电弧熄灭的方法及装置
一、拉长电弧 电弧拉长以后，电弧电压就增 大，改变了电弧的伏安特性 。在直流电弧中，其静伏安 特性上移，电弧可以熄灭。 在交流电弧中，由于燃弧电 压的提高，电弧重燃困难。 电弧的拉长可以沿电弧的轴向 (纵向)拉长，也可以沿垂直 于电弧轴向(横向)拉长，如 3-1图所示。
电弧及灭弧装置通用课件
随着触头间隙的增大，电场强度逐渐增大，当电场强度足 够大时，自由电子在电场中获得足够的能量，撞击气体分 子，使其电离产生新的自由电子和正离子。
电弧的物理特性
01
02
03
高温
电弧温度高达几千度，使 得触头熔化、蒸发，产生 高温烧蚀。
高压
电弧放电产生的高温使得 气体迅速膨胀，形成高压 。
强烈的光辐射
灭弧装置在电力系统中主要用于抑制或消除开关设备产生的电弧，常见的灭弧装置 有金属氧化物避雷器、六氟化硫断路器等。
这些灭弧装置能够有效地抑制电弧的产生和扩散，保护电力系统的安全稳定运行。
灭弧装置在电动机保护中的应用
电动机在运行过程中，如果出 现缺相、过载或短路等故障， 会产生电弧，烧毁电动机。
灭弧装置在电动机保护中主要 用于抑制或消除电动机产生的 电弧，常见的灭弧装置有热继 电器、熔断器等。
真空灭弧装置
磁吹灭弧装置
利用真空环境下的高绝缘性能和低气体分 子量，实现快速灭弧，适用于高压、大电 流的场合。
利用磁场作用将电弧吹向灭弧室，实现快 速灭弧，适用于中高压、大电流的场合。
ห้องสมุดไป่ตู้
灭弧装置的选择依据
电流大小
根据电路中的电流大小选择合 适的灭弧装置，大电流场合应 选择自动灭弧装置或磁吹灭弧
装置。
电弧产生强烈的光辐射， 对人的眼睛和皮肤有伤害 。
电弧的分类
长弧
长弧的长度大于电极直径的数倍 ，电弧电压较高，电流较小。
短弧
短弧的长度小于电极直径的数倍 ，电弧电压较低，电流较大。
02
灭弧装置的重要性
灭弧装置的作用
熄灭电弧
灭弧装置的主要作用是熄 灭电弧，以防止电弧对电 路和设备造成损坏。
灭弧装置原理
灭弧装置原理
灭弧装置是一种用于控制电弧的装置，常用于高压电力系统中。
其原理是在电路中加入电感和电容，通过电感储存电能，电容控制电流，使电弧能够被迅速熄灭，保护系统的安全运行。
在高压开关中，当电流达到一定值时，电极之间会产生电弧。
电弧会造成能量损失和设备损坏，并对工作环境和人员造成安全威胁。
因此，需要采取措施来控制电弧的产生和发展。
灭弧装置可分为机械式和电磁式两种。
机械式灭弧装置通过机械运动将电极分开，使电弧断开。
电磁式灭弧装置则采用电感和电容的原理，将电弧能量收集起来，然后迅速熄灭电弧。
电磁式灭弧装置的电感和电容组成了一个LC电路。
当电流产生电弧时，电感会储存电能，电容则会控制电流。
当电弧在电路中传播时，电感会将电弧能量储存起来，直到电弧传播到一定程度时，电弧能量达到最大值，电容就会将储存的电能释放出来，形成一个反向电流，使得电弧迅速熄灭。
总之，灭弧装置是一种可靠的控制电弧的装置，其原理基于电感和电容。
适当使用灭弧装置可以有效保护电力系统的安全运行。
- 1 -。
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。
电弧的形成及灭弧措施
电弧的形成及灭弧措施电弧的热效应在实际生产中应用很充分，比如：电焊机、电弧炼钢炉等，都是利用电弧产生的巨大热量使金属熔化。
但在电器中，电弧的存在却是百害而无一利。
电弧产生的高温会使触头熔化、变形，进而影响其接通能力，大大降低电器工作的可靠性和使用寿命，因而在电器中，必须采取适当的灭弧措施。
1、电弧的产生电弧的产生实际上是弧光放电到气体游离放电的一个演变过程。
触头分离时，触头导电截面由面到点发生变化，在触头即将分离的瞬间，全部负载电流集中于未断开的一个点，从而形成极高的电流密度，产生大量热量，使触头的自由电子处于活跃状态。
触头分离后的那一刻，两触头间间隙极小，形成了极高的电场强度。
活跃的电子在强电场力的作用下，由阴极表面逸出，向阳极发射，这个过程产生了弧光放电。
高速运动的电子撞击间隙中的气体分子，使之激励和游离，形成新的带电粒子和自由电子，使运动电子的数量进一步增加。
这个过程如同滚雪球一般，会在触头间隙中形成大量的带电粒子，使气体导电而形成了炽热的电子流即电弧。
后面的过程就是气体游离放电过程。
电弧一经产生，便在弧隙中产生大量的热量，使气体的游离作用占主导地位，特别是当高温产生的金属蒸气进入弧隙后，气体热游离作用更为显著。
所以电压越高、电流越大，电弧区的温度就越高，电弧的游离因素也就越强。
与此同时，也存在抑制气体游离的因素。
一方面，已经处于游离状态的正离子和电子会重新复合，形成新的中性气体分子；另一方面，高度密集的高温离子和电子，要向周围密度小、温度低的介质扩散，使弧隙内离子和自由电子的浓度降低，电弧电阻增加、电弧电流减小，热游离减弱。
当以上去游离过程与气体热游离过程平衡时，电弧将处于稳定燃烧状态。
电弧的应用就是保持这种状态。
2、灭弧措施对电器来讲，尽快熄灭电弧，防止电弧对触头系统造成损害是必需的。
那么，如何熄灭电弧呢？先看维持电弧燃烧的条件。
维持电弧燃烧的条件主要有两点，一是保持电弧的燃烧温度，从而保持足够的自由电子浓度；二是保持维持整个弧柱的电动势，从而保持电子的高速运动。
灭弧装置的构成
灭弧装置的构成灭弧装置是一种用于控制和消除高压电力系统中产生的电弧现象的设备。
电弧是指电流在两个电极之间发生的放电现象，会导致电力系统的故障和事故。
灭弧装置的构成主要包括灭弧室、灭弧室密封装置、灭弧介质、灭弧室壳体、灭弧室排气装置等。
灭弧室是灭弧装置的核心部件，用于容纳电弧和消耗电弧能量。
灭弧室通常由导电材料制成，具有良好的导电性能和耐高温性能。
灭弧室内部的电弧会在短时间内吸收大量能量，使电弧能量迅速减小，从而达到灭弧的效果。
为了保证灭弧室内的电弧不对外泄漏，灭弧装置还需要配备灭弧室密封装置。
灭弧室密封装置通常由绝缘材料制成，能够有效地隔离灭弧室和外部环境。
该密封装置能够防止灭弧室内的气体泄漏，并保持灭弧室内的高真空状态，以提高灭弧效果。
灭弧介质是灭弧装置的另一个重要组成部分，用于提供灭弧室内的绝缘性能和冷却效果。
常用的灭弧介质有空气、油、SF6等。
空气灭弧介质是最常见的一种，它具有良好的绝缘性能和冷却效果，并且对环境友好。
油灭弧介质具有良好的绝缘性能和自灭弧能力，但需要定期更换。
SF6灭弧介质具有优异的绝缘性能和自灭弧能力，但对环境有一定的污染。
灭弧室壳体是灭弧装置的外部保护结构，通常由金属材料制成，能够有效地防止灭弧室内的电弧和高温气体对外部环境的影响。
灭弧室壳体还具有良好的导热性能，能够快速散热，保持灭弧室内的温度稳定。
为了排除灭弧室内的气体和热量，灭弧装置还需要配备排气装置。
排气装置通常包括排气阀和排气管道，能够将灭弧室内的气体和热量引出，以保持灭弧室内的高真空状态和适宜的温度。
灭弧装置的构成包括灭弧室、灭弧室密封装置、灭弧介质、灭弧室壳体和排气装置等。
这些部件相互协作，能够有效地控制和消除高压电力系统中产生的电弧现象，保障电力系统的正常运行和安全稳定。
在电力系统中广泛应用的灭弧装置，为电力行业的发展和电力设备的安全运行提供了重要保障。
灭弧的方法与途径
灭弧的方法与途径灭弧是指通过合适的方法和途径来消除电路中产生的电弧现象。
电弧是由电流突然中断或电压突变引起的一种放电现象，会产生高温、大气压力和电磁波等危害。
为了保证电气设备的安全运行，需要采取相应的措施来防止和灭除电弧。
本文将介绍一些常见的灭弧方法和途径。
一、灭弧方法1. 使用灭弧装置：灭弧装置是一种专门用于消除电弧的设备，可通过快速切断电流或提供额外的能量来灭除电弧。
常见的灭弧装置包括灭弧继电器、灭弧线圈和灭弧柜等。
这些装置在电路中起到了保护作用，能够在电弧产生后迅速切断电路，防止火灾和设备损坏。
2. 使用灭弧剂：灭弧剂是一种特殊的化学物质，能够迅速将电弧熄灭。
常见的灭弧剂包括硼酸盐、氟化合物和二氧化碳等。
在电弧发生时，将灭弧剂喷洒到电弧区域，可以迅速吸收和消耗电弧的能量，使其熄灭。
3. 使用灭弧设备：灭弧设备是一种专门设计用于灭除电弧的设备，可以通过控制电弧的电流、电压和时间等参数来达到灭弧的目的。
常见的灭弧设备包括灭弧电阻、灭弧电容和灭弧电感等。
这些设备能够有效地控制电弧的产生和扩散，保证电路的安全运行。
二、灭弧途径1. 增加电路的短路电流：短路电流是指在电路中发生故障时，电流通过故障点形成的短路路径。
增加电路的短路电流可以有效地灭弧，因为较大的电流能够产生更多的能量，迅速将电弧熄灭。
常见的方法包括增加电源容量、降低电阻和增加电流限制器等。
2. 提高电路的耐电弧能力：耐电弧能力是指电路在电弧发生时能够承受的电能大小。
提高电路的耐电弧能力可以延缓电弧的形成和扩散，从而减少电弧的危害。
常见的方法包括增加电缆的绝缘层厚度、使用耐电弧材料和改善接地系统等。
3. 优化电路的设计：合理的电路设计可以减少电弧的产生和扩散，从而达到灭弧的目的。
常见的优化方法包括合理选择电器元件、减少电路的长度和提高电路的接地质量等。
此外，还可以采用分段控制、局部灭弧和限制电弧能量等措施，进一步提高电路的安全性。
灭弧的方法和途径多种多样，可以根据具体情况选择合适的措施。
电弧熄灭的方法
电弧熄灭的方法
1.断开电路：当发生电弧时，可以通过切断电路来熄灭电弧。
这可以通过在电路中断开开关，或者通过使用断路器、熔断器等设备来实现。
2.增加电阻：通过增加电路中的电阻，可以减小电流流过电弧的能量，从而使电弧逐渐减弱并熄灭。
这可以通过在电路中添加电阻器或者电感等元件来实现。
3.使用灭弧装置：灭弧装置是专门用于熄灭电弧的设备。
灭弧装置可以通过迅速加大电弧上的电阻来消耗电弧能量，或者通过将电弧切割成较小的段来减小电弧能量，从而熄灭电弧。
4.使用灭弧剂：灭弧剂是一种可以用于熄灭电弧的特殊物质。
灭弧剂可以快速冷却电弧，并形成绝缘层，从而熄灭电弧。
灭弧剂可以通过洒在电弧上，或者通过喷洒、注入等方式应用到电弧区域。
请注意，在进行上述操作时，应当采取相应的安全措施，并确保操作人员具备相应的专业知识和技能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6、直流电弧及其熄灭
（1）直流电弧的伏安特性 （2）电弧能量 （3）直流电弧的熄灭 （4）熄弧时的过电压
(1)直流电弧的伏安特性 实验：在两个铜极之间敞开的空气 中，有稳定燃烧的电弧。测得电弧 长度LDH1.调节回路电流，分别测量 电弧电流IDH和电弧两端电压UDH，绘 出其伏安特性曲线。
(2)电弧能量 ①直流电弧稳定燃烧时，电弧所产生的功率为PDH=UDHIDH,此功率几 乎全部转变为热量散失到周围介质中去。 PDH=UDHIDH=PCD+PFS+PDL
纵向宽缝式灭弧罩
③纵向曲缝
纵向曲缝式灭弧罩
(2)横缝灭弧罩
电弧在横向绝缘栅片灭弧罩中的放大图
横向绝缘栅片式灭弧罩 1－灭弧罩；2－电弧。-
6、油冷灭弧装置
油冷灭弧是将电弧置于液体介质(一般为变压器油)中，电弧将油汽化、 分解而形成油气。 油气中主要成分是氢，在油中以气泡的形式包围电弧。氢气具有很高 的导热系数，这就使电弧的热量容易散发。另外，由于存在着温度差， 所以气泡产生运动，又进一步加强了电弧的冷却。 若再要提高其灭弧效果，可在油箱中加设一定机构，使电弧定向发生 运动，这就是油吹灭弧。由于电弧在油中灭弧能力比大气中拉长电弧大 得多，所以这种方法一般用于高压电器中，如油开关。
（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。
2.电弧的结构
阴 极 区 弧柱区 阳 极 区
U2 U1
+
U3 Uh
电弧电压＝阴极区压降＋弧柱压降＋阳极区压降
U h U1 U 2 U 3
3.电弧的分类
（1）短弧：弧长小于弧径的电弧 特点：物理过程主要决定于阴极，电弧压降主要反应的是极前压降 （2）长弧：弧长大大超过弧径的电弧 特点：电弧压降主要由弧柱压降决定 关键：了解掌握电弧内在的物理过程及其基本规律是进行如何熄灭电 弧的落脚点。
2．多断点灭弧 在电路中常用桥式触头。
3.电动力灭弧
4.磁吹灭弧 结构特点：在触头电路中串入一个磁吹线圈，产生的磁 通通过磁性夹板5引向触头周围。 作用：电弧电流越大，吹弧能力越强。
磁吹灭弧装置示意图 1－磁吹铁心；2－导弧角；3－灭弧罩；4－磁吹线圈； 5－铁夹板；6－静触头；7－动触头；8－绝缘套。
• 那么可以简单地确定交流电弧熄灭条件为：交流电弧电流过零后，如果 弧隙介质强度恢复的速度超过了弧隙电压恢复的速度，则电弧熄灭。反 之，电弧重燃，如图2－10所示。
交流电弧熄灭的条件
（a）重燃；（b）熄Βιβλιοθήκη 。图2－11 并联电阻灭弧原理
电弧熄灭的方法及装置
• 通过前面的一系列理论分析，我们可以找出加速电弧熄灭的很多方法， 例如：拉长电弧、降低温度、将长弧变为短弧、将电弧放置于特殊介质 中，增大电弧周围气体介质的压力等。为了减少电弧对触头的烧损和限 制电弧扩展的空间，通常要将这些方法加以应用，为此而采用的装置称 为灭弧装置。 • 一个灭弧装置可以采用某一种方法进行熄弧。但在大多数情况下，则是 综合采用几种方法，以增加灭弧效果。例如拉长和冷却电弧往往是一起 运用的。
（2）电压恢复过程 触头两端电压从熄弧电压UxH恢复到工频恢复电压E0的 过程，称为电压恢复过程。
影响因素：
①线路功率因素角 ②线路接线方式
图2－9 电压恢复过程 （a）非振荡电压恢复过程；（b）
振荡电压恢复过程。
(3)交流电弧熄灭的条件
• 交流电弧过零后弧隙间介质强度的恢复和电压的恢复是两个对立的过程。 因为介质强度恢复过程主要是弧隙内部带电粒子不断减少的过程，而电 压恢复过程则相反，它使弧隙中的气体产生新的游离而使带电粒子不断 增加。
（3）碰撞游离 当高速运动的电子积聚足够大的动能时，就会从中性质 点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称为
碰撞游离。
（4）热游离 弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很
大的中性质点互相碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，
这种现象称为热游离。 热游离实质上也是撞击游离，只不过发生撞击的原因是 高温引起而不是电场引起的。
（2）扩散
扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围冷介质的现象。
扩散分类： ①温度扩散 ②浓度扩散 ③利用吹弧扩散
游离与消游离
电弧同时存在着游离和消游离作用。电弧的燃 烧情况就取决于同时存在着的游离作用和消游 离作用的这对矛盾的斗争及其转化。 游离>消游离：电弧就会发生 游离<消游离：电弧趋于熄灭 游离=消游离：稳定燃烧状态
的轴线和电弧轴线相平行的称为纵缝，两者相垂直的则称为横缝。
(1)纵缝灭弧罩
① 纵向窄缝
特点：在频繁开断电流时，缝内 残余的游离气体不易排出，这对熄 弧不利。所以此种形式适用于操作 频率不高的场合。
纵向窄缝式灭弧罩
② 纵向宽缝
特点：纵向宽缝的灭弧情况，宽 缝灭弧罩的特点与窄缝的正好相反， 冷却效果差，但排出残余游离气体的 性能好
5、灭弧罩 灭弧罩是让电弧与固体介质相接触，降低电弧温度，从而加速 电弧熄灭的比较常用的装置。 将灭弧罩壁与壁之间构成的间隙称作“缝”，其为基本组成单 元 分类： 缝的数量可分为单缝和多缝
缝的宽度与电弧直径之比可分为窄缝与宽缝。缝的宽度小于电 弧直径的称窄缝，反之，大于电弧直径的称宽缝。
缝的轴线与电弧轴线间的相对位置关系可分为纵缝与横缝。缝
交流电弧的伏安特性
2、电弧的熄灭 交流电弧电流过零期间，同时存在两个对立的基本过程
（1）介质强度恢复过程 电弧电流值下降至零，弧隙温度迅速下降，使得弧隙 由导电状态变为介质状态。 （2）弧隙电压恢复过程。 电弧电流过零点以后，加在弧隙上的电压值逐渐升高 的过程。
（1）介质强度恢复过程 影响因素：①近阴极效应
• 本节通过对电弧现象的介绍，分析其产生和熄灭的过程， 介绍电器常用的灭弧方法及装置，以解决电弧在电器中的 影响。
电弧现象及特点
• 电弧是气体中的一股强烈电子流，属于气体放电的一种形式。 • 电子的源泉是阴极，接受电子的是阳极，外观像一团亮度极高、 温度极高的火焰。 • 产生电弧的极限条件：电路中的电流和电压必须大于某一最小生 弧电流(ISH)和最小生弧电压(USH)
电弧产生的条件：分断过程中电压10~20V电 流80~100mA；或者高压电击穿、闪络等。
电弧的危害和应用 （1）危害：破坏绝缘，造成短路，损伤电器 设备。造成 人身伤害事故。
（2）应用：电焊
1.电弧的危害 （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。
7、交流电弧及其熄灭
1.交流电弧的特点 2.交流电弧的熄灭
1.交流电弧的特性
在交流电路中，电流瞬时值随时间变化，因而电弧的温
度、直径以及电弧电压也随时间变化，电弧的这种特性称为 动特性。 由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟 不上快速变化的电流，所以电弧温度的变化总滞后于电流的 变化，这种现象称为电弧的热惯性。 交流电弧在交流电流自然过零时将自动熄灭，但在下半周随 着电压的增高，电弧又重燃。如果电弧过零后，电弧不发生重燃， 电弧就此熄灭。
电弧及灭弧装置
学习目标
• 理解交、直流电弧的伏安特性； • 理解交流电弧较直流电弧易于熄灭的原因；
• 掌握交、直流电弧常用的熄弧方法；
• 掌握常用灭弧装置的结构及作用原理。
引言
• 在有触点电器中，触头接通和分断电流的过程中往往伴随 着气体放电现象－－电弧的产生及熄灭。电弧对电器具有 一定的危害。
小
学习本章时，注意以下知识点： 1、概念 2、电弧产生的物理过程
结
本章所接触到的概念较多，需注意掌握和理解。如：近极压降、近阴极效应 注意掌握在此过程中起主要作用的是哪些；理解各物理现象及影响因素。 3、电弧熄灭的物理过程 理解复合及扩散的概念及影响因素。 4、电弧的熄灭 理解交、直流电弧的伏安特性；理解交流电弧较直流电弧易于熄灭的原因；掌握 交、直流电弧常用的熄弧方法；掌握常用灭弧装置的结构及作用原理。 5、断开感性电路时产生的过电称之为内部过电压，其危害性较大，应掌握减小 或抑制过电压产生的方法。
①近阴极效应
②灭弧方法
正离子因其能动性差，来不及向新阴极移动
薄膜绝缘介质
刚得到负极性的阴极来不及逸出新的电子
②灭弧方法 根据灭弧方法的不同，介质强度继续增长的情况也不 一样。
介质强度的恢复： UJF=UJF0+KJF*t
UJF0---决定于近阴极效应的起始介质恢复强度
KJF-----决定于灭弧方法的介质强度恢复速度 t----介质强度恢复时间
很显然，直流电弧稳定燃烧时，电弧产生的功率应等于散热的功率
②电路中有电感时，熄弧就较困难，因为线圈中储存的能量必须通过电 弧释放。
(3)直流电弧的熄灭 通常使用吹弧的方法，吹弧的方法可以加速电弧能量的散失而使 其熄灭。与此同时，吹弧时通常也伴随着电弧被拉长，而且电弧被拉 长到一定长度后就会熄灭
(4)熄弧时的高电压及其减少方法 预防熄弧时的高电压方法
一、拉长电弧
• 电弧拉长以后，电弧电压就增大，改 变了电弧的伏安特性。在直流电弧中， 其静伏安特性上移，电弧可以熄灭。 在交流电弧中，由于燃弧电压的提高， 电弧重燃困难。
•
电弧的拉长可以沿电弧的轴向(纵向) 拉长，也可以沿垂直于电弧轴向(横向) 拉长。 拉长电弧
1．机械力拉长 电弧沿轴向拉长的情况是很多的，电器触头分断过程实际上就 是将电弧不断地拉长。刀开关中闸刀的拉开也拉长电弧，电焊 过程中将焊钳提高可使电弧拉长并熄灭。
四种方式总结 电弧的产生，第一是由于热的作用，发生热发射
和热游离；第二是由于电场的作用，发生冷发射和撞