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。
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，
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。
灭弧方法及装置
灭弧方法及装置
灭弧方法是指在高压电气设备中通过引入一定的介质（如空气、氮气、SF6气体等）使电流停止流动，以避免电弧的产生和发展。
灭弧装置用于
实现灭弧方法，其主要部件包括灭弧室、动触头、固定触头、弹簧机构、
柜体和操作机构等。
灭弧装置的分类：
1.气体灭弧装置：主要包括膜式、喷嘴式和壳式等；
2.开关管灭弧装置：主要包括磁控管式和电真空式等；
3.固体灭弧装置：主要包括陶瓷灭弧室、聚四氟乙烯灭弧室和纳米陶
瓷灭弧室等。
灭弧方法和装置的应用：
1.用于隔离开关、断路器、接触器等高压电器设备中，以保障设备的
安全运行；
2.用于输电、配电和变电设施等电力系统中，以防止设备短路、过载
等故障，有效改善电网可靠性；
3.用于工业、矿山和冶金等领域中，以保护电力设备和提高生产效率。
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
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开关电器是现代电力系统中常见的重要设备，用于控制和保护电路的正常运行。
然而，当开关电器断开电路时，由于电流的存在，会产生电弧。
电弧是一种高温、高能量的放电现象，可能导致开关电器和周围设备的损坏，甚至引发火灾。
为了解决这一问题，开关电器通常配备了灭弧装置，用于有效地灭除电弧。
本文将介绍几种典型的灭弧装置，并详细阐述它们的工作原理。
1.磁场励磁式灭弧装置磁场励磁式灭弧装置是早期开关电器常用的一种灭弧装置。
其工作原理基于利用磁场力使电弧受到扰动和削弱，最终断开电路。
该装置由励磁线圈和灭弧室组成。
当电流突然改变时，励磁线圈产生瞬时磁场，使电弧受到力的作用被迫向上或向下偏离电弧通道，产生较大的接触电阻。
随着电弧接触电阻的增加，电流逐渐减小，直到达到灭弧的程度，电弧熄灭，断开电路。
2.气体灭弧装置气体灭弧装置是当前开关电器中常用的一种灭弧装置。
常见的气体灭弧装置有二氧化硫灭弧室和空气灭弧室等。
其工作原理都是基于将电弧引导到灭弧室中，通过气体的快速喷射和冷却来灭除电弧。
当电弧产生时，灭弧室内的气流会迅速形成一个狭窄的通道，将电弧束约束在其中。
气体喷射的速度和方向可以使电弧冷却和消散，从而使电弧的能量逐渐减小，最终使电弧熄灭。
3.油膜灭弧装置油膜灭弧装置是一种利用油膜扩散和冷却电弧的灭弧装置。
常见的油膜灭弧装置有油膜式断路器等。
其工作原理是通过在电弧通道上形成一层均匀的油膜，使电弧受到冷却和扩散。
电弧通道中的电流和电弧能量会将润滑油加热并将其蒸发，蒸汽进一步冷却和吸收电弧能量，使电弧迅速衰减。
油膜的扩散和吸热过程使电弧通道的电阻迅速增加，从而阻止了电流的进一步流动，实现了灭弧的效果。
4.固体灭弧装置固体灭弧装置是一种利用特殊的材料来抑制电弧的灭弧装置。
常见的固体灭弧装置有石英灭弧室和陶瓷灭弧室等。
其工作原理是电弧通过灭弧室时，固体材料产生的热量和气体使电弧温度骤然升高，从而使电弧失去能量。
掌握电弧熄灭的方法及装置
任务五掌握电弧熄灭的方法及装置1.说出常用的灭弧方法(1) 速拉灭弧法(2) 冷却灭弧法(3) 吹弧或吸弧灭弧法(4) 长弧切短灭弧法(5) 粗弧分细灭弧法(6) 狭沟或狭缝灭弧法(7) 真空灭弧法(8) 六氟化硫(SF6)灭弧法2.说出各种灭弧方法的的灭弧原理(1) 速拉灭弧法迅速拉长电弧，使弧隙的电场强度骤降，使离子的复合迅速增强，从而加速灭弧。
这是开关电器最基本的一种灭弧方法。
开关电器中装设有速动弹簧，其目的就在于加速触头的分断速度，迅速拉长电弧。
(2) 冷却灭弧法降低电弧的温度可减弱电弧中的热游离，使正负离子的复合增强，从而有助于加速电弧熄灭。
(3) 吹弧或吸弧灭弧法利用外力如气流、油流或电磁力来吹动或吸动电弧，使电弧加速冷却，同时拉长电弧，降低电弧中的电场强度，使电弧中离子的复合和扩散加强，从而加速灭弧。
吹弧方法按吹弧的方向可分为横吹和纵吹两种；按外力的性质可分为气吹、油吹、电动力吹和磁力吹弧或吸弧等。
低压刀开关在拉开刀闸时，开关的电流回路产生的电动力会使电弧拉长变薄，以及有的开关采用专门的磁吹线圈来吹动电弧，都是增大跟空气的接触与散热面积，从而加快电弧的熄灭。
也有的开关利用铁磁物质(如钢片)来吸引电弧，这相当于反向吹弧。
几种常见的吹弧或吸弧灭弧法分别如下各图所示。
(4) 长弧切短灭弧法由于电弧的电压降主要降落在阴极和阳极上，其中以阴极的电压降最大，而弧柱(电弧中间部分)的电压降极小，因此，如果利用金属片将长弧切割成若干短弧，则电弧中的电压降将近似增大若干倍。
当外施电压小于电弧中总的电压降时，电弧不能维持而迅速熄灭。
此外，钢片对电弧还有冷却降温作用。
(5) 粗弧分细灭弧法将粗大的电弧分散成若干平行的细小电弧，使电弧与周围介质的接触面增大，改善电弧的散热条件，降低电弧的温度，从而使电弧中离子的复合和扩散都得到增强，加速电弧的熄灭。
(6) 狭沟或狭缝灭弧法使电弧在固体介质所形成的狭沟中燃烧，这样电弧的冷却条件得到了改善，从而使去游离增强，同时固体介质表面的复合也比较强烈，有利于加速灭弧。
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。
灭弧方法及装置范文
灭弧方法及装置范文一、灭弧方法：1.自动化灭弧方法：自动化灭弧方法通过电力系统中的保护装置，根据电流大小和故障类型等信息，自动选择合适的断路器和灭弧装置进行操作。
一般采用的自动化灭弧方法有阻性灭弧和非阻性灭弧。
阻性灭弧是利用阻抗来限制电流的增长，使电弧能够自行熄灭。
阻性灭弧通常用于小电流和小容量的断路器中。
非阻性灭弧则是通过在电弧路径上引入短路或降低电弧阻抗，以达到短时间内将电弧灭掉的目的。
非阻性灭弧通常用于大电流和大容量的断路器中。
2.人工灭弧方法：(1)用水灭弧方法：将水注入电器设备中，利用水的介电性质使电弧得到灭弧。
(2)用盐灭弧方法：将含盐水注入电器设备中，利用盐水的导电性质熄灭电弧。
(3)用空气灭弧方法：通过将压缩空气喷射到电弧路径上，将电弧的能量吹散从而灭弧。
这种方法通常用于小型电器设备中。
(4)用灭弧剂灭弧方法：利用特殊的灭弧剂，将其喷射到电弧路径上，使电弧失去能量从而灭弧。
这种方法通常适用于高压和大电流的电器设备。
二、灭弧装置：灭弧装置是实现灭弧操作的设备，根据不同的灭弧方法和应用场景，可以分为多种类型的灭弧装置。
下面将介绍几种常见的灭弧装置：1.断路器：断路器是最常见和常用的灭弧装置之一，它通过自身的结构和设计，在故障发生时迅速打开或切断电路，从而迅速灭掉电弧。
2.熔断器：熔断器是利用熔断元件来达到灭弧的目的，当电流超过熔断元件的额定电流时，熔断元件熔断，切断电路，实现灭弧操作。
3.熔断开关：熔断开关是一种结合了熔断器和开关的装置，它既可以像熔断器一样灭弧，又可以像开关一样迅速切断电路。
4.灭弧室：灭弧室是一种封闭的装置，用于容纳和灭弧电弧。
当电弧产生时，灭弧室通过引入特殊的灭弧介质，如油或气体，将电弧熄灭。
总结：灭弧方法和装置在电力系统的安全运行中起着重要作用。
不同的灭弧方法和装置在不同的应用场景下有各自的优点和适用性，选择合适的灭弧方法和装置对于保护电力设备和系统的安全运行至关重要。
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。
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讲解
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
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。
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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.
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§4-2 开关电器典型灭弧装置的工作原理
一、拉长电弧
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。
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
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4.1 灭弧装置
八. 油吹灭弧装置
变压器油分解、气化
• 气泡的气体中
– 油蒸汽40％，其他气体60％
– 其他气体：氢气(70%以上)、乙、乙烯。
• 气泡体积关系：
易于灭弧：
V kWh
• 气体中：氢导热系数最大，粘度最小，加强弧柱冷却
• 气泡压力大——油限制其体积，且油在电弧作用下分解和 气化
B
的电动力都使电弧压向绝缘栅片
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。
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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。
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。
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
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。
• 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。
（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。
• 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）熄灭。
图2－11 并联电阻灭弧原理
电弧熄Байду номын сангаас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。
（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。
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
击游离。 近而如何使得电弧迅速冷却是熄灭电弧的主要方 法。
上述是电弧形成的四个因素，实际上是个连续过程 断路器断开过程中电弧是这样形成的。触头刚分离时突然 解除接触压力，阴极表面立即出现高温炽热点，产生热电子发
（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
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
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。
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。
7、气吹灭弧装置
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。
8、横向金属栅片灭弧装置
图2－21 横向金属栅片灭弧罩结构、原理示意图 （a）电弧在横向金属栅中状况；（b）横向金属栅对电弧的作用；（c）横向金属栅灭弧原理。 1－入栅片前的电弧；2－金属栅；3－入栅片后的电弧。
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
（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。