断路器灭弧

断路器灭弧原理和灭弧室

一．电弧：

电弧或弧光放电是一种物理现象，也是气体放电的一种形式。开关设备在分断时，会在触头间产生电弧，此时电路中的电流继续流通，直到电弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质后，电流才被断开。发生在开关设备中的电弧简称为开关电弧。

所谓开关作用，就是在具有一定电位的导体电路的一部分上进行导体与绝缘体的相互迅速变化。

1．电弧的组成

除正负两极外，整个电弧可以

分成三个区域：阴极位降区域、弧柱和阳极位降区域。

2．电弧柱的游离过程

在外界能量的作用下，使大量的电子从围绕原子核的轨道上脱离出来，并成为自由电子。这种从气体中性粒子（原子或分子）中分离出自由电子和正离子的现象称为游离。

游离的结果就变成一个带负电荷的电子和一个带正电荷的离子。

由于自由电子不断碰撞形成游离，碰撞游离不断进行，使得介质中带电质点大量增加，呈现很高的导电，于是在在外加电压作用下，触头间介质被击穿开始导电，形成电流，同时也因发热而发光，这就产生了电弧；

由于电弧弧柱温度很高可达5000～13000℃，就产生了热游离和光游离。

游离方式有碰撞游离；热游离；光游离。

影响游离的因素主要有温度；介质的游离电位——游离所需的能量；气体压力。

3、电弧的的去游离（消游离）

使弧柱中的游离程度减小，直至电弧熄灭、间隙恢复成绝缘介质的过程，称为去游离（消游离）。

消游离的方式主要有：复合和扩散。

两种带异性电荷的质点互相接触而形成中心质点，称为复合（正负电荷中和）。在电极表面发生的称表面复合，在间隙空间中发生的称空间复合，空间复合一般在离子间进行称间接空间复合。

复合最主要因素为温度，温度下降时，复合速度就迅速增快。

带电粒子从电弧间隙中散出到周围介质中去，称为扩散，扩散是双极性的，弧柱的直径对扩散影响最大，弧柱直径越小，扩散越强烈。

4、开关电弧的产生

强电场发射——热电子发射——碰撞游离——热游离——形成电弧电流。

最终靠热游离维持电弧。

5、交流电弧

电弧电流有过零现象，有电压恢复过程和介质强度恢复过程。

交流电弧过零熄灭，电压恢复而重燃。介质绝缘强度恢复过程快于弧隙的电压恢复过程，并介质强度始终大于弧隙上的恢复电压，电弧就熄灭；反之电弧就重燃。U j＞U hf

要使电弧不重燃，可加快介质强度U j的恢复，提高介质强度的主要措施有：①采用介质强度高的灭弧介质；

②采用各种结构的灭弧装置，来加强电弧的冷却；

③加速拉长电弧，提高介质强度恢复速度，降低恢复电压。a 并联电阻；b 采用多断口。

二、断路器灭弧原理

1、油短路器灭弧原理

①自能式灭弧——利用电弧自身能量所产

生的油气，以熄灭电弧。基本原理：利用电弧燃

烧产生的气体压力把油气吹向弧隙，使电弧受到

冷却或拉长而熄灭。

按照油气冲击电弧的方向不同，油吹式灭弧

室有：

a 纵吹灭弧室

外面是高强度的圆形绝缘筒1，筒内有多

只绝缘隔弧片2和衬环3，分割成若干油囊。分闸时，动触头5与定触头6分开，在期间产生电弧，使绝缘油气化和分解，灭弧室内的压力迅速增高，沿着动触头移动所打开的纵吹口形成强烈的油气流，迫使电弧熄灭。切断大电流时，燃弧时间很短；切断小电流时，电弧拉倒下部油囊内熄灭。（35kV以上）

b 横吹灭弧室

吹弧方向与动触头运动方向垂直。灭弧室的

外面是高强度的圆形绝缘筒1，筒内是灭弧腔2，

由形状不同的绝缘板4堆叠而成，用绝缘螺栓或

压圈压紧。形成高低不同的横向油道，分别与灭

弧室上部的垂直油道相通。分闸时，动触头6

与定触头7分开，在期间产生电弧，使绝缘油气

化和分解，灭弧室内的压力迅速增高，沿着动触

头移动所打开的横向油道和垂直油道所构成的

横吹口形成强烈的油气流，把电弧横向吹出灭弧

腔而熄灭。（35kV以下）

c 纵横吹灭弧室

同时具有纵吹和横吹两种吹弧方式的灭弧室。灭弧室的外面是高强度的圆形绝缘筒1，筒里有多只绝缘隔弧片8和衬环10，组成若干油囊。在第一块隔弧片上面的油囊四周均匀分布着横吹口13。上部是灭弧室的高压区，上纵吹口位于静触头（指）5的两侧；下部是喇叭形的下纵吹口。

分闸时，动触头12与定触头5分开，在期间产生

电弧，使绝缘油气化和分解，灭弧室内的压力迅速增

高，高压油气汇成一股猛烈的气流从上纵吹口和横吹

口吹出。当动触头移动出灭弧室的高压区以后，高压

油气又从下纵吹口吹出。纵吹和横吹的作用迫使电弧

强烈冷却和弯曲拉长而熄灭。

②去离子栅式灭弧室

利用电弧电流此时的磁场与电弧之间的相互

作用力把电弧吸进充满绝缘油的去离子栅狭槽中，

使电弧受到冷却和拉长而熄灭。

多油量断路器，现在已经不用了。

③机械油冲式灭弧室

属于外力式灭弧。基本原理是：利用操作油断

路器的能量推动油活塞，把绝缘油喷向弧隙，形成辐射状的油冲效应，使电弧受到冷却和拉长而熄灭。

在油吹式灭弧室内装设压

油活塞，不仅改善了油断路器切

断小电流和自动重合闸的特性，

而且还可保护定触头，减轻电弧

对触头的灼伤。SW4、SW6开关

都有压油活塞，安装调试结束，

压油活塞尾部上的M16螺栓一定要装上。

2、真空断路器灭弧原理

①真空电弧

“真空”是一种特定的气体状态，它与一般的大气状态不同。在高真空中其单位体积的气体分子数量减少，气体分子之间以及与其他质点之间相互碰撞的几率减少。碰撞游离现象基本不起重要作用，绝缘强度很高，在真空断路器中“真空”是作为绝缘和灭弧的介质。

真空间隙击穿的机理，目前比较普

遍的有二种： a 场发射引起击穿，b 微

粒引起击穿。

金属表面在足够强的电场作用

下，会产生电子发射，随着温度和表面

外加电场的增加，发射电子电流密度也增大，当阴极电子流达到一定临界值时，真空间隙就击穿。

在真空间隙中，电极表面有微质点存在，在电场作用下，微质点附着电荷产生运动，具有动能，当运动撞到对方电极上时，就会引起局部加热、金属气化发展以致击穿。

真空电弧——仅依靠触头产生的金属蒸汽维持燃烧。