交流电弧的熄灭原理概要
3-第三讲-交流电弧的过零熄灭和重燃理论和自能式灭弧室的开断原理
第三讲交流电弧的过零熄灭和重燃理论和自能式灭弧室的开断原理1.交流电流过零熄弧工业交流电每半周电流要过零一次，交流电流总是在电流过零时熄灭的，这与直流电弧不同，熄灭交流电弧比熄灭直流电弧要容易得多。
交流电弧过零的详细过程分下列两种情况来说明：1.1用图1(a)所示的电阻电路来分析。
由于电弧电压远低于电源电压，也就是说电源电压足以维持电弧燃烧而不致发生强制熄弧，因此电弧电流i与电源电压u同时过零，见图1(b)，t o是产弧时刻，此时断口间产生电弧电压U a。
由于电源电压U远远地大于电弧电压U a，电弧电流i仍近似于为正弦波，因此它与电弧电压U a同时过零。
电流过零详细情况见图2。
R(a)图2实际电弧电流i h与电弧电压u h同时过零1.2 用图3所示的电感电路来分析。
图中，u 是电源电压，令u E m COSWt , （ E m 是电源电压的幅值）,L 是分析电路中的电感，QF 表示断口，R n 表示电弧电阻，电弧电压U h i h R h （ u h 随i h 改变正负号）。
i h 是电 路电流（即电弧电流）图4表示此时电弧电流的变化曲线。
图 4中e 表示电源电压随时间变图4电感分析电路中电弧电流的变化曲线化的曲线（瞬时值），i h 是电弧电流的瞬时值。
i h 可分解为两个分量组成:个分量是滞后于电源电压 e 90。
的的正弦电源分量i量是随时间线性（假设电弧电阻是恒定值）变化的分量 E m wLi sin wt ;另一个分比(wt )， wL表示起始燃烧时刻的相位角，冗和 2 n 表示一个半波和一个周波的相位角由电路数学分析得出i h i i o实际电弧电流i h 比其正弦电流分量i 过零提前过零wt !相位角，这是由于 在电感电路中，由于有电弧压降存在而导致了实际电弧电流i h 比电弧电压U h 提前过零，其提前过零的相位角是E, E 的数值为若干卩s 至数十卩s 数量级。
电流过零详细情况见图5o图5电感分析电路中实际电弧电流i h比电弧电压u h提前过零断路器短路开断时，既有负荷电阻，又有负荷电感，负荷的功率因数是0.2左右，因此电弧电流过零的情况介于上述两种情况之间。
交流电弧的灭弧原理
（2）电弧参数：电弧电压，剩余电弧电阻等 。
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
2）物理模型： （1）实际电网中发生短路故障时，线路呈感性负载特性，即电流 滞后电压90°，电流过零瞬间弧隙间的工频电压
Ug0 Ugm 2KxU
（2）电压恢复时间作常短，此期间内电源电压变化很小，故可以 认为电源电压 u ＝Ugm＝常数。
uhf uhfm
恢复电压产生初始时刻，其上升速度最快。
Ugm
0
tm
t
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
（2）当
R1 2
L
时，
C
1,2 0 0
0
( 1 )2 1 2RC LC
可得：
设电流 i 过零瞬间，工频恢复电压的瞬时值 Ug0 ，则
Ug0 Ugm sin 2KxU sin
式中： Ugm —工频恢复电压的幅值； Uφ — 电源相电压的有效值； φ — 被开断线路的电流和电源电压的相角差； Kx — 线路因数，用以考虑不同的开断情况，其定义为
Kx
U gp U
式中 Ugp —电源开断后加在弧隙上的工频电压有效值。
等效电路：
L
R
i
uL uR
u~
uC
C
uhf
根据基尔霍夫定律，可得电弧过零后电路电压平衡方程式：
u u u u
L
R
C
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
已知： i i C
u u
C
hf
u L di L dt
iC
C
duC dt
得：
6.5.交流电弧熄灭原理
第四章 交流电弧的熄灭原理
5
第四章 交流电弧的熄灭原理
§ 4-0 序 § 4-1 弧隙中的介质恢复过程 § 4-2 弧隙中的电压恢复过程 § 4-3 交流电弧的熄灭条件
2008年 4月 17日
第四章 交流电弧的熄灭原理
6
§ 4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念
弧柱区 的介质恢复过程
间隙电压高
第四章 交流电弧的熄灭原理
64
§ 4-2 弧隙中的电压恢复过程
理想弧隙的电压恢复过程
开断 单频电路 时弧隙上的电压恢复过程
实际 开断单频电路短路电流时， uhf 多为振荡衰减的波形
这种恢复电压常用 两参数 来表征
在 低压电器 中
振幅因数
γ =U hfm
U gm
描述恢复电压幅值的大小
振荡频率
f= 1 2tm
2008年 4月 17日
第四章 交流电弧的熄灭原理
32
第四章 交流电弧的熄灭原理
§ 4-0 序 § 4-1 弧隙中的介质恢复过程 § 4-2 弧隙中的电压恢复过程 § 4-3 交流电弧的熄灭条件
2008年 4月 17日
第四章 交流电弧的熄灭原理
33
§ 4-2 弧隙中的电压恢复过程
电压恢复过程
电流过零后， 弧隙两端 的电压由 零 或 反向电弧电压 上升到 电源电压 的过程称为 电压恢复过程 恢复电压（ recovery voltage） ：电压恢复过程中弧隙上的 电压
电击穿 ：电弧电流过零后， Rh →∞， 但由于介质温度较高，
弧隙耐压强度低，而引起的击穿 温度仍然较高
复合
扩散
耐压强度低 弧柱温度
过零时
Ph = 0
3.210交流电弧的熄灭方法
重燃，又称为半周期断路器。
交流电弧熄灭的基本方法
利用特殊金属材料作灭弧触头
发电厂电气部分
交流电弧的熄灭方法
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汽，抑制游离作用。
铜触头
钨合金触头
插入式触头
银钨合金触头
交流电弧熄灭的基本方法 利用灭弧介质或电流磁场吹动拉长与冷却电弧
Q ： 当 恢 复 电 压 按 Ur1 变 化 时 ， 电 弧会不会重燃？如按Ur2变化呢？
A ： 当 恢 复 电 压 按 Ur1 变 化 时 ， 在 t1 时间后，恢复电压大于介质强度， 电弧重燃。如按Ur2变化，电弧不会 重燃。
介质强度与恢复电压曲线
PART 02
交流电弧熄灭的基本方法
交流电弧熄灭的基本方法
Q
系统的高压、高温、高场强环境使开关金属触头阴 极在开断瞬间在强电场作用下发射电子，发射的电 子在触头电压作用下产生碰撞游离，形成了电弧。 在电弧高温作用下，阴极伴随有热发射，并在介质 中发生热游离，使电弧维持和发展。
Preview
为什么需要将电弧熄灭？ A
发电厂电气部分
交流电弧的熄灭方法
Q
电弧的存在延长了开关电器（尤其指断路器）开断故障电路的 时间，加重了电力系统短路故障的危害。 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。 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。
S气F体6：，是F良原好子的能负迅电速性捕 捉自由电子成为稳定的
负离子，其灭弧能力是 空气的100倍。
真空：气体压力低于 133.3×10-4Pa，在弧隙间自由 电子很少，碰撞游离可能性很 小；且弧柱对真空中带电质点 的浓度差和温度差很大，有利 于扩散。其灭弧能力是空气的 15倍。
05交流电弧的灭弧原理1
HOME
E0
nql
HOME
§5.1 弧隙间的介质恢复过程
根据空间电荷区的定义，在 x = l 处，E = 0，得
x U x(l ) 2
在弧隙中的其它区域，正负带电粒子数仍然相等，其导电率很大。因 此，可以认为，当 x = l 时，空间电荷层上作用的电压 U 等于此时加在 电极上的电压 Uj，即
HOME
概 二、两过程在“竞赛”
述
3
§5.1 弧隙间的介质恢复过程
交流电弧电流过零后，弧隙中的介质恢复过程在近极区和弧柱区不同。
1. 近极区的介质恢复过程
1）近极区：靠近电极的电弧区域。 2）空间电荷区：
空间电荷区
等离子体区
当弧隙两端电压极性改变时，电子（质 量小）将迅速向正极方向移动，而正离子由 于质量较大，加速缓慢，故在极短时间内可 以认为还停留在原来位置上。
tf
t
0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
tm
tf
HOME
介质恢复过程分为三个阶段： 1. 电弧电流过零到电极冷却不足以热发射 2. 近极区冷却 3. 全部弧柱冷却，3000K-4000K以下 表示方式：
U jf U jf 0 K jf t
U jf 0 K jf
为介质初始恢复强度
为介质恢复强度的上升速度
1、 U jf 0 的影响因素. a.开断电流 U jf 0 下降，因为开断电流增加，则电极温度升高，电流过 开断电流增加， 零后，新的电极依然保持较高的温度，有助于电子热发射，削弱阴极效应
nq
l nql2 U j U (l ) 2 2 nql
由此可得电流过零瞬间近极区电场强度
E0
2nqU j
断路器中交流电弧熄灭的条件
断路器中交流电弧熄灭的条件
交流断路器中交流电弧熄灭的条件通常包括以下几个方面：
1. 电流穿过零点：当交流电流穿过零点时，电弧的能量会降低，这有助于电弧的熄灭。
2. 指定的电流或电压水平：断路器通常通过设置一个电流或电压的最低水平来确保电弧能够熄灭。
当电流或电压低于该水平时，电弧已经被熄灭。
3. 冷却气流：断路器通常通过提供冷却气流来降低电弧的温度和能量，这有助于电弧的熄灭。
4. 高电阻材料：断路器中的弧道通常使用高电阻材料来提供电弧长度的延伸。
这样可以增加电弧的电阻，降低电弧的能量，有利于熄灭电弧。
5. 磁场效应：断路器中经常使用磁场来影响电弧，例如，在磁场作用下，电弧可能会发生弯曲，电流可能分散，从而加速电弧的熄灭。
不同类型的断路器可能使用不同的方法来实现交流电弧的熄灭，但上述条件是常见的。
第四章 交流电弧的熄灭原理()
若需要一定的电流密度才可导致击穿，则阴 极温度上升时需要的击穿电压减小
2015-4-6
第四章
交流电弧的熄灭原理
17
§4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念
近阴极区的介质恢复过程
研究近阴极区的介质恢复过程，对熄灭交流 短弧有很大意义（参Ｐ.71）
近阳极区
阳极只是一个被动、“消极”的电子收集器， 近阳极区对介质恢复过程一般不起作用 Uj
11
§4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念
近阴极区的介质恢复过程
阴极附近电场强度的计算
设正电荷层厚度为l 假 定 ： Ｅ＝０|x=l
指向阴极
阴极表面（x=0）, E的绝对值最大
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第四章
交流电弧的熄灭原理
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§4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念
近阴极区的介质恢复过程
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第四章
交流电弧的熄灭原理
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§4-1 弧隙中的介质恢复过程
开关电器弧隙的介质恢复强度特性
定义：弧隙的介质恢复强度随时间变化的关系Ujf（t） 低压开关电器中，弧隙的介质恢复过程分为三个阶段
电流过零到阴极斑点冷却至不足以热发射电子 近阴极区逐渐冷却 全部弧柱区冷却到3000～4000Ｋ以下，热电离停止
计算方法。
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第四章
交流电弧的熄灭原理
2
第四章 交流电弧的熄灭原理
本章教学重点与难点：
近阴极效应与弧隙介质恢复强度特性；工频恢复电压及
理想弧隙电压恢复过程；交流电弧的熄灭条件 。
本章教学基本内容：
交流电弧的熄灭方法
交流电弧的熄灭方法
交流电弧的熄灭方法有以下几种：
1. 空气熄灭法：利用在电弧中加入气体，使氧气浓度增加，阻碍电弧的继续燃烧，从而达到熄灭电弧的目的。
常用的气体有二氧化碳、氮气等。
2. 强制熄灭法：通过强制破坏电弧的电路环境，如短路或断开电路，使电压降低或电流中断，从而达到熄灭电弧的目的。
例如，使用电磁继电器或断路器等设备来实现电弧的强制熄灭。
3. 液体熄灭法：利用特殊液体的喷洒，冷却电弧焦点降低温度以及熄灭电弧。
常用的液体有二氧化碳液体、消防泡沫等。
4. 固体熄灭法：利用特殊的固体材料，如石英砂、石墨等，将电弧的能量转化为热量，从而熄灭电弧。
5. 液体抑制法：在电弧线路或设备周围喷洒液体，形成液体屏障，可达到电弧的熄灭和防止电弧蔓延的效果。
需要注意的是，在实际应用过程中，需要根据具体的电弧环境和安全要求，选择合适的熄灭方法，并结合其他防护设备和手段，以提高电弧的安全管理水平。
交流电弧的起因及灭弧措施
交流电弧的起因及灭弧措施
电弧是一种气体，而且是高温电导率游离气体。
电弧对开关电器带来的影响，延长接通或断开时间，电弧的高温会破坏触头，缩短开关电器的使用寿命，过于严重时会产生爆炸或火灾等非常危险的事件，危机人身安全与财产安全。
电弧的起因
1、电弧产生，通过气体分子碰撞产生游离。
2、电弧的维持，由热游离导致。
3、去游离伴随游离过程同步产生。
因此，解决电弧问题，就是解决游离和去游离之间矛与盾的关系。
既然有电弧产生，又是对人与物是未有利的，就需要采取灭弧措施。
1、熟悉的真空开关，它的灭弧方式是真空灭弧法。
真空显著特点是气体分子量极少，游离困难，未有游离条件则电弧很难产生。
2、气体断路器和空气断路器，利用气体灭弧法，采用气体或压缩空气灭弧。
油路断路器，利用油吹灭弧法，采用油和油在电弧作用下分解产生的气体灭弧。
3、高压大容量断路器，利用并联电阻灭弧法。
以前在农村的时候，家庭用电的主电路用闸刀开关较多，虽然有灭弧罩，但是灭弧效果不佳，安全隐患未能消除。
现在科技发达了，多种新型的开关电器采用较为先进的灭弧技术，安全性提高许多，为人身安全和财产安全提供有利保障。
交流电弧的熄灭条件并阐述介质恢复过程和电压恢复过程
交流电弧的熄灭条件并阐述介质恢复过程和电压恢复过程交流电弧在电气设备中是一种常见的现象，但在必要的时候需要及时熄灭。
交流电弧的熄灭条件主要包括以下几个方面：(1)电流消失：电流是维持电弧的重要条件。
当电流消失时，电弧将自然熄灭。
(2)电压降至零：电弧在正半周和负半周分别有不同的熄灭条件。
正半周时，电压降至零时电弧容易熄灭；而在负半周时，电压降至零时电弧则较难熄灭。
(3)加速熄灭：通过一定的方法，可加速电弧的熄灭，如使用熄弧装置等。
介质恢复过程介质恢复是指在电弧熄灭后，介质恢复其绝缘性能的过程。
介质恢复过程主要包括以下几个步骤：(1)电弧熄灭：当电弧熄灭后，介质将停止受到电弧的影响。
(2)气体冷却：在电弧熄灭后，周围的气体将会迅速冷却，使介质恢复其原有的温度状态。
(3)电场消失：电弧熄灭后，介质周围的电场将逐渐消失，恢复其原有的电场状态。
(4)离子重新结合：电弧产生时，空气中的分子将被电离，形成大量的离子。
在电弧熄灭后，这些离子将重新结合形成分子，使介质恢复其本来的状态。
电压恢复过程电弧熄灭后，系统中的电压将逐渐恢复到正常的状态。
电压恢复过程主要包括以下几个步骤：(1)电网恢复：在电弧熄灭后，电网将逐渐恢复其原有的电压状态。
(2)电容放电：在电弧熄灭后，系统中的电容将逐渐放电，使电压逐渐恢复到正常状态。
(3)电感消磁：在电弧熄灭后，系统中的电感将逐渐消磁，使电压逐渐恢复到正常状态。
(4)系统稳定：在电弧熄灭后，系统中的各种元件和设备将逐渐恢复其原有的稳定状态，电压也将逐渐恢复到正常状态。
以上就是交流电弧的熄灭条件、介质恢复过程和电压恢复过程的相关内容。
交流电弧是电气设备中常见的现象，正确的控制熄灭条件以及及时的介质和电压恢复过程对于保障设备的安全运行至关重要。
希望以上内容能对您有所帮助。
交流接触器的灭弧原理
交流接触器的灭弧原理交流接触器是一种常见的电气设备，广泛应用于电力系统中。
它是一种电器开关，用于控制电流的通断。
在实际应用中，交流接触器往往需要在负载开断时产生电弧，因此灭弧原理是交流接触器设计中的重要考虑因素之一。
灭弧原理是指在交流接触器中，当接触点分离时，由于电流的存在，会产生电弧。
电弧是由电流通过空气或其他介质中的电离粒子产生的等离子体，具有高温、高能量的特点。
在灭弧过程中，灭弧装置必须迅速将电弧能量吸收并熄灭，以保证接触点能够完全分离，从而实现电流的断开。
交流接触器的灭弧原理可以通过以下几个方面来解释。
灭弧原理可以通过增加电阻来实现。
在交流接触器的设计中，可以在电路中引入合适的电阻，通过电阻消耗电弧的能量，使其逐渐衰减并熄灭。
这种方式可以有效地降低电弧的能量，减少对接触器的损伤。
灭弧原理还可以通过利用磁场效应来实现。
在交流接触器中，通过合理设计线圈和铁芯结构，可以产生强大的磁场。
当接触点分离时，电弧会受到磁场的作用，电弧路径会发生偏转，并受到磁力的作用而熄灭。
这种方式可以有效地改变电弧的运动轨迹，使其远离接触点，从而实现灭弧的效果。
灭弧原理还可以通过利用电磁力来实现。
在交流接触器的设计中，可以通过合理布置线圈和铁芯结构，产生电磁力。
当接触点分离时，电弧会受到电磁力的作用，电弧路径会发生偏转，并受到电磁力的作用而熄灭。
这种方式可以通过调节电磁力的大小和方向，精确控制电弧的运动轨迹，实现灭弧的效果。
灭弧原理还可以通过利用气体的特性来实现。
在交流接触器的设计中，可以在接触器内部填充合适的灭弧气体，如二氧化硫、氟化氮等。
当接触点分离时，电弧会在灭弧气体中形成，气体会对电弧产生压力和冷却作用，使电弧迅速衰减并熄灭。
这种方式可以通过选择合适的灭弧气体，优化灭弧效果，并减少对接触器的损伤。
交流接触器的灭弧原理是通过各种方式来消除电弧能量，实现电流的断开。
灭弧原理的选择和设计对于交流接触器的性能和可靠性至关重要。
交流电弧的熄灭原理_图文
小结
◆ 开断电阻性负载电路时，uhf仅有工频分量；开断电感性负载电路时， uhf由工频分量和暂态分量组成；开断电容性负载电路时，uhf由工频 分量和直流分量组成。
◆ 在开关电器通常工作时的几种开断情况中，以开断电源或负载中点不 接地(或两者都不接地)的三相电路时，首开相的工频恢复电压最大， 其线路系数Kx=1.5。
§4-3 交流电弧的熄灭条件和计算方法
如在弧隙介质恢复过程中，如弧隙上加有uhf ，由于弧隙的电阻不是无穷大 ，弧隙中将流过某一数值的剩余电流，即有一定的功率输入弧隙，使弧隙的 ujf 上升缓慢甚至下降。再如，在电压恢复过程中，若弧隙在uhf 最大峰值到 来之前弧隙的电阻相当小，则弧隙电阻将对电压恢复过程起到阻尼作用，使 uhf 上升缓慢。实际上，由于介质恢复过程和电压恢复过程相互联系、相互 影响，实际的ujf和uhf特性高度 趋于降低，波形也发生变化，如图 虚线所示的曲线。则实际上弧隙1 中电弧将发生重燃，而弧隙2中电 弧将熄灭。
§4-2 弧隙中的电压恢复过程
另外，用时延td描述uhf曲线起始上升部分的凹度的求法 同单频。
§4-2 弧隙中的电压恢复过程
4）电路的固有恢复电压
在开断理想电路时，弧隙恢复电压的幅值和波形只与电路参数有关，称为电路的 固有恢复电压。 我国低压电器基本标准中规定，试验中固有振荡频率f0（KHz）和固有振荡因数 γ0为：
◆ 在理想弧隙开断电路时，弧隙上产生的uhf叫做电路的固有uhf。视电路 中等效电阻的大小，固有uhf的暂态分量可以是振荡性的，也可以是单 调变化的。对单频Uhf,通常用两参数法表示；对多频uhf，通常用四参 数法表示。
小结
◆ 实际弧隙的电弧参数对电压恢复过程的影响表现在： 1．电弧的Uxh使uhf的幅值增高； 2．Rs使uhf的暂态分量的振荡受到阻尼，甚至可能使之由振荡性的变为 单凋变化的。
交流电弧的熄灭原理
掌握交流电弧的熄灭原理（1）说明交流电弧伏安特性的特点。
交流电流的瞬时值随时间变化，每周期内有两次过零点。
电流经过零点时，弧隙的输入能量等于零，电弧温度下降并自然熄灭。
而后随着电压和电流的变化，电弧重新燃烧。
因此，交流电弧的燃烧，实际上就是电弧点燃、熄灭的循环过程，这个特点也反映在它的伏安特性中。
（2）说明交流电弧的熄灭原理。
交流电弧电流通过零点时，由于电源停止供给电弧能量，热游离迅速下降，为电弧的最终熄灭创造了最有利的条件，此时只要采取一定的消游离措施，使少量的剩余离子复合，就能防止电弧在下半周重燃，使电弧最终熄灭。
（3）什么是近阴极效应。
电流过零后，两级改变极性，原来的阴极改变为新的阳极，而原来的阳极改变为新的阴极。
电场方向的改变，弧隙中剩余电子和离子的运动方向也应随之改变。
但是由于电子的质量远比正离子质量小得多，因而电子的运动方向改变要远比正离子灵敏得多，形成电流很快向新的阳极运动，而正离子在此瞬间几乎停止在原地，来不及向新的阴极运动。
新的阴极此时还不能形成强电场发射与热发射。
因此，在新的阴极附近就存在一层没有电子而只有正离子的空间，相当于形成了一薄层绝缘介质。
从电路的角度来看，必须加一定的电压才能将此绝缘薄层击穿，电弧才会重燃，弧隙重新导电。
这个击穿电压值称为弧隙的起始介质强度。
起始介质强度在电流过零后就会出现，这种在交流电弧电流过零后弧隙几乎立即出现一定的介质强度现象，称为交流电弧的近阴极效应。
（4）说明电弧的熄灭过程。
交流电弧过零点时，弧隙的输入能量等于零，电弧温度下降，自然熄灭。
在交流电弧熄灭过程中有两个方面的因素要加以考虑。
1.交流电弧电流过零是最有利的灭弧时机，这是输入弧隙的功率趋近去零，如电弧散失的功率大于此时由电源输入的功率，电弧就会熄灭。
如果熄弧措施太强，使电弧电流提前强制过零，这时交流电弧的熄灭原理与直流电弧相同，会造成熄弧困难。
2.对交流电弧的电路参数而言，电源电压越高，恢复电压峰值也愈高，熄弧越困难。
交流电弧的熄灭条件并阐述介质恢复过程和电压恢复过程
交流电弧的熄灭条件并阐述介质恢复过程和电压恢复过程电弧是一种发光、发热以及带电粒子的等离子体现象，它在高温、高能量条件下产生并能继续维持。
但是，对于许多应用来说，需要及时熄灭电弧，以避免电弧对设备和人员的损坏。
本文将探讨交流电弧的熄灭条件，并详细介绍介质恢复和电压恢复过程。
1.交流电弧的熄灭条件：电弧的熄灭是指电弧在运行过程中由于某种因素的干扰或中断，而中止了继续存在和运行的状态。
一般来说，电弧的熄灭条件包括以下几个方面：（1）减小电流：电弧的熄灭条件之一是电流的减小。
当电流下降到一定程度时，电弧不再足够强大以维持等离子体和电弧的存在，从而导致电弧熄灭。
（2）降低等离子体的温度：电弧的熄灭还与等离子体的温度有关。
当等离子体的温度下降到一定程度时，等离子体中电子的能量不再足够高以保持电弧的存在，因此电弧会熄灭。
（3）提高介质的绝缘性能：在介质中存在冷却和灭弧气体时，冷却和灭弧效果良好，可以促使电弧熄灭。
（4）控制电弧的长度：通过改变电弧的长度可以调控电弧的强弱，从而实现电弧熄灭的目的。
2.介质恢复过程：当交流电弧熄灭时，介质恢复过程开始进行。
介质恢复过程是指在熄灭电弧后，电弧区域周围介质的恢复过程。
该过程通常包括以下几个步骤：（1）等离子体迁移：当电弧熄灭时，等离子体将逐渐向电极表面迁移。
等离子体中的带电粒子会在表面重新组合生成固体或液体，而电子则会通过碰撞损失能量并重新获得自由状态。
（2）介质的冷却：电弧熄灭后，周围的介质会逐渐冷却。
由于没有电弧的热量供应，介质温度会慢慢降低，使得原来激活的原子和分子重新回到基态。
（3）原子和分子重新排列：介质冷却后，原子和分子会重新排列。
在电弧过程中，电离和激发的原子和分子会重新获得电子，恢复到原来的状态，并重新形成晶格结构。
（4）一些特殊的化学反应可能会发生，例如氧化、还原和分解等。
这些反应有助于介质的恢复，并最终将原来的等离子体区域恢复为均匀的介质。
3.电压恢复过程：在电弧熄灭后，电压恢复过程即开始进行。
交流灭弧器工作原理
交流灭弧器工作原理交流灭弧器是一种用于保护电力设备和系统的重要装置，它能有效地消除电路中的电弧，并防止因电弧引起的事故和损坏。
在电力系统中，电弧是一种具有高温、高能量的放电现象，如果不及时消除，会导致设备损坏甚至引发火灾。
因此，了解交流灭弧器的工作原理对于保障电力系统的安全运行至关重要。
交流灭弧器的工作原理基于电弧的特性和行为。
电弧是由电流在两个或多个导体之间的气体间隙中跳跃形成的，它的存在会导致电压降低、能量损耗和设备破坏。
交流灭弧器通过控制电弧的形成和延续时间来消除电弧，并保护电力设备不受电弧的影响。
交流灭弧器的主要组成部分包括触发装置、灭弧装置和控制装置。
触发装置用于检测电弧的存在，一旦检测到电弧，触发装置会向灭弧装置发送信号，使其开始工作。
灭弧装置通过产生特定的电流和电压波形，使电弧消失或迅速熄灭。
控制装置用于监测和控制整个交流灭弧器的工作过程，确保其正常运行和保护电力设备。
交流灭弧器的工作过程可以分为触发、灭弧和恢复三个阶段。
触发阶段是当电弧出现时，触发装置会检测到电弧的存在，并向灭弧装置发送信号。
灭弧阶段是指灭弧装置根据触发信号产生特定的电流和电压波形，通过将电弧电流转化为电弧电压，使电弧能量逐渐降低，直至熄灭。
恢复阶段是指在电弧被成功熄灭后，交流灭弧器会自动恢复到正常工作状态，以便应对潜在的新的电弧出现。
交流灭弧器的工作原理可以通过以下几个方面来解释。
首先，触发装置能够及时检测到电弧的存在，并向灭弧装置发送信号，确保灭弧装置能够及时响应。
其次，灭弧装置通过产生特定的电流和电压波形，使电弧能量逐渐降低，从而达到熄灭电弧的目的。
这种特定的电流和电压波形通常是通过电路设计和控制算法来实现的。
最后，交流灭弧器能够在电弧被成功熄灭后自动恢复到正常工作状态，以便继续保护电力设备。
总结起来，交流灭弧器通过触发装置、灭弧装置和控制装置的协同作用，能够及时检测和消除电路中的电弧，保护电力设备和系统的安全运行。
交流电弧的熄灭条件并阐述介质恢复过程和电压恢复过程
交流电弧的熄灭条件并阐述介质恢复过程和电压恢复过程在交流电弧中，熄灭条件、介质恢复过程和电压恢复过程是非常重要的。
本文将从这三个方面进行阐述。
一、交流电弧的熄灭条件1.1温度下降交流电弧的熄灭条件之一是温度下降。
当电弧放电过程中，由于电弧的高温使得电场强烈，电离空气中的分子，使其成为载流子，这样就使得放电维持。
但当电弧放电结束时，电弧放电的温度也随之下降，使得电离空气中的载流子重新组合成原子和分子。
1.2空气流动另外一个电弧熄灭的条件是空气的流动性。
当电弧放电时，电弧的高温会使周围的空气发生对流和流动，这样就会使得电弧的能量被冷却下来，当能量低于一定阈值时，电弧就会熄灭。
1.3电场变化最后一个熄灭条件是电场的变化。
当电弧放电结束后，电极之间的电压会迅速下降，从而导致电弧的维持能量不足，电弧就会熄灭。
二、介质恢复过程2.1电弧间接触延长在电弧放电结束后，介质恢复过程会出现在电弧间接触延长阶段。
在这个阶段，电极之间的电压会迅速下降，使得电弧的能量不足维持，电弧间接触开始逐渐延长，从而导致电弧的能量耗散。
2.2电弧瘤形成在电弧间接触延长的过程中，会出现电弧瘤的形成。
在电弧间接触延长的过程中，电弧瘤会逐渐增大，直至整个电弧熄灭。
2.3介质恢复在电弧瘤形成后，介质会逐渐恢复原状，介质中的分子和原子会重新组合成原来的结构。
三、电压恢复过程3.1电压下降当电弧放电结束后，介质恢复过程会伴随着电压的下降。
电弧放电结束后，电极之间的电压会迅速下降，从而导致电弧的维持能量不足，电弧就会熄灭。
3.2电流衰减在电压下降的同时，电弧放电结束后，电流也会迅速衰减，从而使得电弧的能量耗散。
3.3电压恢复在电流衰减的过程中，电压会逐渐恢复到正常的水平，电弧的能量会耗尽而熄灭。
以上就是交流电弧的熄灭条件、介质恢复过程和电压恢复过程的详细介绍。
交流电弧的熄灭条件、介质恢复过程和电压恢复过程对于电弧熄灭过程起着至关重要的作用，是交流电弧技术研究的一个重要方向，也对工程应用有着重要的指导意义。
交流电弧的熄灭条件
交流电弧的熄灭条件交流电弧是一种高温、高能量的电弧，广泛应用于工业、冶金、建筑等领域。
然而，由于其存在时间过长、消耗能量过大等问题，需要及时熄灭。
本文将从交流电弧的特点和原理出发，探讨交流电弧的熄灭条件。
一、交流电弧的特点和原理1. 交流电弧的特点（1）高温：交流电弧温度可达到几千度，比普通火焰温度高得多。
（2）高能量：交流电弧释放出大量能量，在工业生产中被广泛应用。
（3）存在时间长：如果不及时熄灭，交流电弧会持续存在很长时间。
2. 交流电弧的原理当两个导体之间有足够大的电势差时，就会形成一个放电通道，即电弧。
在正常情况下，在两个导体之间形成一个气体隙距后，气体隙距内部分子被离子化并形成等离子体。
等离子体中的自由电子受到外界场力作用而加速运动，并与其他分子碰撞产生新的自由载荷。
这些自由载荷在电场作用下又会加速运动，形成电子流和离子流，最终形成电弧。
二、交流电弧的熄灭条件1. 降低电弧电压交流电弧的存在取决于两个导体之间的电势差。
因此，通过降低两个导体之间的电势差，可以有效地熄灭交流电弧。
这可以通过减小工作电压、增加负载阻抗等方式实现。
2. 加大气体隙距气体隙距是形成交流电弧的必要条件。
因此，加大气体隙距可以有效地熄灭交流电弧。
这可以通过增加两个导体之间的距离、增加介质厚度等方式实现。
3. 增加介质材料介质材料对于熄灭交流电弧起到了很重要的作用。
一些介质材料具有较高的绝缘性能，可以有效地阻止交流电弧的传播。
因此，在一些特殊场合下，可以采用合适的介质材料来熄灭交流电弧。
4. 施加外部场力外部场力对于熄灭交流电弧也起到了很重要的作用。
通过施加外部场力，可以改变电弧的运动状态，使其失去稳定性，最终熄灭。
常见的外部场力包括磁场、电场等。
5. 加大电流频率交流电弧的存在时间与电流频率有关。
增加电流频率可以有效地缩短交流电弧的存在时间，从而达到熄灭交流电弧的目的。
6. 施加适当的负载在某些情况下，通过施加适当的负载也可以实现熄灭交流电弧。
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天津工业大学 电气工程与自动化学院
电气工程及其自动化专业
第四章 交流电弧的熄灭原理
教学目的与要求： 1、掌握近阴极效应，熟悉开关电器弧隙的介质恢复强 度特性； 2、掌握工频恢复电压，熟悉理想弧隙电压恢复过程， 了解电弧参数对电压恢复过程的影响； 3、掌握交流电弧的熄灭条件，了解交流电弧熄灭过程 的计算方法 教学重点与难点： 1、近阴极效应与弧隙介质恢复强度特性； 2、工频恢复电压及理想弧隙电压恢复过程； 3、交流电弧的熄灭条件
§4-1
弧隙中的介质恢复过程
综上所述，在电流过零后的熄弧过程中，电弧的熄灭基本上要经过两 个阶段：热击穿阶段和电击穿阶段。 前者弧隙具有一定的电阻，流过
一定的电流；后者弧隙电阻趋于无穷大，但因介质温度高，击穿比较
容易。
§4-1
弧隙中的介质恢复过程
二、开关电器弧隙的介质恢复强度特性：
开关电器弧隙的介质恢复强度随时间变化的关系，称作弧隙介质恢 复强度特性。 大气自由燃弧的情况下，开断电流越大，介质初始恢复强度 Ujf0
越小。除开关电流外，Ujf0 还与触头材料的热导率、沸点有一定的关系。
高压电器中，弧隙的介质恢复强度主要依赖于灭弧介质对弧柱的 冷却和消电离作用。
照弧隙上是否施加电压来分类：
固有介质恢复过程：电流过零后，弧隙上不施加电压时的介质恢复过 程，相应的ujf 随t变化的关系，也称自由恢复强度特性，这种特性在给 定的弧隙介质条件下仅有一条。 实际介质恢复过程：电流过零后，弧隙上施加某一电压时的介质恢复 过程，相应的ujf 随t变化的关系，这种特性随所加电压的大小和波形不 同而不同，因此即使在给定的弧隙介质条件下，它也有多条。
在交流电流过零后的熄弧过程中，弧隙中的介质恢复过程在近阴 极区和弧柱区的情况不同。 1、近阴极区的介质恢复过程： 近阴极效应（重要概念）：电流过零期间，弧隙两端电压也过零，此 时弧隙中的正负带电粒子由于热运动而处于均匀分布状态。电流过零 后，当弧隙两端电压极性改变时，电子迅速向正极方向运动，而离子 由于质量很大，加速缓慢，如果新阴极较冷，要产生电弧电子只能靠 阴 极 表 面 处 存 在 的 高 电 场 进 行 发 射 ， 要 求 E0 大 于 一 定 值 （ 如 106v/cm）。电场E0随着电极上电压Uj 的增大而增大，所以Uj必须 大于一定值；否则，E0就不足以产生场致发射，电弧便不能再产生。
0 8.861014 F / cm
q 1.6 1019 C
计算弧隙的介质初始恢复强度Ujf0 。
解：由式
E0
0 Ex 2
2nqU j
得：
8.861014 (300000 )2 U jfo V 250 V 14 19 2nq 2 10 1.6 10
§4-2 § 4-3 交流电弧的熄灭条件和计算方法 小 结
概
述
一、交流电弧过零后，存在两个过程：
介质恢复过程和电压恢复过程。
1、介质恢复过程：
弧隙中电离气体从导电状态迅速变为绝缘状态，使弧隙 能承受电压作用而不发生电弧重燃的过程。
概
述
2、电压恢复过程：熄弧后电路将被开断，电源电压加到
弧隙两端触头上的过程。
若介质恢复强度曲线ujf 大于电压恢复强度曲线uhf，则 电弧趋于熄灭；否则，若某一瞬间ujf小于uhf，则电弧将 继续燃烧。
概
二、两过程在“竞赛”
ujf1 u u’jf1
述
uhf
t
交流电弧过零后，弧隙中的介质恢复过程和弧隙上的电压恢复过程
§4-1 弧隙中的介质恢复过程
一、介质恢复过程的概念：
第四章 交流电弧的熄灭原理
教学基本内容： 1、介质恢复过程的概念； 2、开关电器弧隙的介质恢复强度特性； 3、恢复电压的组成部分和工频恢复电压；
4、理想弧隙上的电压恢复过程；
5、电弧参数对电压恢复过程的影响； 6、交流电弧的熄灭条件； 7、交流电弧熄灭过程的计算方法。
第四章 交流电弧的熄灭原理
概 述 §4-1 弧隙中的介质恢复过程 弧隙中的电压恢复过程
§4-2 弧隙中的电压恢复过程
一、恢复电压的组成部分和工频恢复过程：
1、电压恢复过程：弧隙两端电压由零或反向电弧电压上升到此时的 电弧电压的过程。相应于此时弧隙上的电压，称为恢复电压，用uhf 表示。 2、恢复电压由稳态分量和暂态分量组成。稳态分量又由直流电压和 工频电压组成。若稳态分量仅有工频电压，称之为工频恢复电压。 暂态分量通常是复杂的波形，只出现在电弧电流过零后的几百微妙
§4-1 2、弧柱区的介质恢复过程：
弧隙中的介质恢复过程
1 ）当弧柱温度在 3000~4000K 以上时，电弧重燃的物理本质是电弧的
Ph>Ps（输入功率大于散发功率），弧柱被加热使电弧重燃，称为热击穿。 在临界状态，且Rz保持不变的情况下，弧柱上的电压就代表了弧柱此时 的介质恢复强度ujf。由此得热击穿阶段弧柱区的介质恢复强度为：
u jf Rz Pz
§4-1
弧隙中的介质恢复过程
2 ）当弧柱温度在 3000~4000K 以下，热电离作用已基本上停止 ，
Rz→∞，无电弧。若此时外加电压，将产生电场。
如电场强度足够高，则可能产生间隙击穿而使电弧重燃，即电击穿。 电流过零后的这一阶段称为电击穿阶段。 弧柱区的介质恢复过程对熄灭交流长弧具有重要意义，是所有高压 电器和部分低压电器设计的理论基础。
大时电流过零瞬间电极温度很高，因而Ujf0 下降。见表4-1：
§4-1
弧隙中的介质恢复过程
交流电流过零瞬间，E0 与Uj 的关系：
E0
n:弧隙中正离子数密度 q:一个带电粒子的电量
2nqU j
Uj :相对于阴极的电位
：气体的介电常数
§4-1
P98
弧隙中的介质恢复过程
例题：设交流电流过零时，某空气介质短弧弧隙中正离子数密度n=1014 cm-3 ,在 阴极表面处的最大允许电场强度EX=30*104 V/cm。又
§4-1
弧隙中的介质恢复过程
§4-1
弧隙中的介质恢复过程
从电路的角度看，好象弧隙在电流过零后立即获得一定的耐 压强度。这一现象叫做近阴极效应；而电流过零后弧隙立即能 承受的电压值就称为介质初始恢复强度Ujf0。
§4-1
弧隙中的介质恢复过程
介质初始恢复强度Ujf0 并非是一个固定值，它和电流过零瞬间 原来的阳极（过零后变成阴极）温度关系很大。当电弧电流Ih增