交、直流电弧的形成及熄弧原理与方法
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去游离速度
< 游离速度
去游离速度
电弧燃烧更 加强烈
电弧 稳定燃烧
电弧 逐渐熄灭
四、电弧电压分布
u
u HZ uk
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
触头间的电弧
ua
可以分为三个区域:
uH
阴极区
弧柱区
l
阳极区
-触
头 阴极区
弧柱区
+触 头 阳极区
uH —电弧上的电压降; uK —阴极电压降;
uHZ —弧柱上的电压降;ua —阳极电压降
五、直流电弧的熄灭条件
静
触
触
头
头
动
动
触
触
头
头
3.用磁吹法灭弧
按左手定则,当电弧电流垂直于外磁场时,电弧将 受到磁场力的作用而发生弯曲、变形,使冷却作用加强, 电弧易熄灭。
电弧在本身电流产生的 电动力影响下的伸展
电弧在外加线圈 磁场力影响下的移动 1-吹弧角 2-磁吹线圈
4.把长电弧分成短电弧。
每相有四个断口 的油断路器
金属栅片
栅片结构
熄弧栅作用原理图 1-静触头 2-动触头 3-栅片
5.采用介质绝缘强度大、热容量大的气体作为灭弧介质 如采用SF6气体作为灭弧介质的SF6断路器,其灭弧性能
比空气优良100倍。 6.加大气体介质压力或采用真空熄弧
将断路器的触头置于高真空中或适当加大弧隙间气体介 质的压力均有利于灭弧。
触头刚分离 强场发射占
主导地位
触头开距加大 电场强度 E减小
触头分离后期 热电子发射占
主导地位
_
_
__
+_
E
_ _
+
+
+
_ +
_ +
踫撞游离 形成电弧
热游离 电弧持续燃烧
电弧通常可以分为三部分:阴极、弧柱和阳极。
电弧的产生是中性质点不断被游离的结果
二、电弧的特点:
(1)电弧是强功率的放电现象 伴随着电弧,大量的电能转化为热能的形式,使电
(2)弧隙电压的恢复过程 触头间电流为零后,加在弧隙上的电压称为恢复电
压。 恢复电压达到最大值的变化过程称为弧隙电压的 恢复过程。
2.交流电弧的熄灭 比较电流过零后弧隙介电强度值和恢复电压值的大
小,可以判断交流电弧在电流过零后能否熄灭。 只要电流过零后,弧隙介电强度值始终大于弧隙恢
复电压值,弧隙不被击穿,交流电弧熄灭,否则,电弧 将重燃。
uh
六、熄灭电弧的基本方法 1.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
2.采用未游离的流体(油或气体)吹动电弧。 分别有横吹、纵吹、纵横结合。
横吹可使电弧冷却并拉长变细,其气流方向垂直于 电弧燃烧中心,比纵吹对电弧冷却作用好。
结合纵、横吹弧,灭弧效果更好。
静
当两曲线相切时,为电弧燃烧 与熄灭的临界状态。
0 i1
B
i2
E R
i
六、交流电弧的熄灭条件与熄灭过程 在交流电路中,电流的大小随时间按正弦规律变化,每周
期内有两次通过零点,同时交流电弧的温度和直径也随时间 变化,交流电弧的这种特性称为动特性。 1.交流电弧的特性
由图知,电弧温度变化略滞后于电流的变化。这种现象 称为电弧的热惯性。温度最大值落后于电流最大值20°电
§2.2 交、直流电弧的形成及熄弧原理与方法 开关设备在高压电器中占有重要的地位,机械式的
开关设备是用触头的位移来开断电路电流的。
静触头 动触头
静
动
20V
80mA
A V
发生在开关设备中的电弧称为开关电弧。
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? 一、电弧的形成
B点称为稳定燃烧点;
i A点称为视在稳定燃烧点。
(二)直流电弧的熄灭条件
提高电弧静伏安特性,使它与 E iR f (i) 曲线无交点,
则电弧熄灭。
可知直流电弧熄灭条件为:
U
E iR Uh
EA
此式说明,当电源电压不足以
平衡稳态电弧电压及线路电阻
压降时,电弧电流减小直至熄灭。 U h f (i)
Uh f (i) 是电弧静伏安特性。
二、直流电弧的稳定燃烧点及熄灭条件 (一)直流电弧的稳定燃烧点
直流电弧的稳定燃烧点也称工作点。让触头保持一定 距离,电弧燃烧达到稳定状态后,电流不随时间变化。
U
EA
Uh f (i) 0 i1
B
i2
E R
两条曲线交于A、B两点, 此两点既满足了电路的要求 (电弧外部条件),又满足了电 弧静伏安特性的要求(电弧内 部条件)。
电弧是气体放电的一种形式。
放电现象:带电体周围介质从绝缘状态变为导通状态, 从而使电能通过的现象。
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。
角度,温度最低值落后于电流零值27°。
在交流电流过零时,交流电弧将暂时熄灭。
对于交流电弧不存在电弧能否熄灭的问题,而是电 流过零后如何有效的阻止电弧重燃的问题。
交流电弧是否重燃与两个物理过程有关: (1)介质强度的恢复过程
弧隙中介质所能承受而不被击穿的最大外加电压, 即介质的耐压程度。
1—真空
2—SF6 3—空气 4—油
弧处的温度极高,以焦耳热形式发出的功率可达 10000kW。 (2)电弧是一种自持放电现象
不用很高的电压和很大的电流就能维持相当长的电 弧稳定燃烧而不熄灭。
(3)电弧是等离子体,质量极轻,极易改变形状 电弧区内气体的流动包括自然对流及外界甚至电弧
电流本身产生的磁场都会使电弧受力,改变形状。
三、电弧熄灭的物理过程
在游离的同时,还存在着一种与游离现象相反的过 程,即带电质点互相中和成为不导电的中性质点,使带 质点大大减少,这种现象称为去游离。
1.电弧的去游离方式: (1)复合 (2)扩散 (3)气体分离
- 电子
中性粒子
- 负离子
- 复合
+
+ 正离子
中性粒子
2.熄灭电弧的基本条件:
> 游离速度
去游离速度
= 游离速度
1.直流电弧的伏安特性 从电路角度看,直流电弧是一非线性电阻,阻值随
电流及其它因素而改变。
RL
E
Uh
具有电弧的R—L直流电路
起弧后电压平衡方程式为:
RL E
di E iR L dt uh Uh
当游离与去游离处于动态平衡,电弧稳定燃烧, 则
di 0 dt
E iR uh
E iR f (i) 是电路伏安特性;