电气设备及运行维护

U=阴极区电压U阴极区+弧柱区UH+阳极区
当电路中电源电压不足以维持电弧电压和线路 上的压降时，电弧就熄灭
U R• Ih Uh
直流电弧熄灭条件 1、拉长电弧 2、增强冷却
2、交流电弧：在交流电路中产生的电 弧
一、特性
1、动态状安特性曲线： 电弧电压和电流随时间不断 变化，每一周期，电流过零2次
电气设备及运行维护
第6、7、8、9、11章
第6章 开关电器
模块1、电弧的形成 和熄灭
一、概述
1、电弧——为一种气体游离放电现象 现象：开关电器开断电路时，触关间产生的 耀眼的白光。
△电弧的存在说明电路中有电流，只有当电 弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质时，电路 才算断开。
2、特征：
①强功率的放电现象 ②自持放电
阴极区
阳极区
弧柱
③电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易 变形。 电弧可分为：气体电弧（长弧）、真空电 弧（短弧）。
二、电弧的形成
1、带电质点的来源
①电极发射大量自由电子： 热电子+强电场发射
②弧柱区的气体游离，产生大量的电子和离子： 碰撞游离+热游离
2、电弧的组成 阴极区、阳极区、弧柱 3、电弧产生的条件 触头分段、触头击穿、真空或气体击穿、辉
光放电、火花放电
三、电弧特性及参数
物理特性 电弧的伏安特性
Uh a
Uf
电位梯度 温度 直径
b ih
二、 直流电弧和交 流电弧
一、直流电弧特性：
1、静态伏安特性曲线
Uh a
Uf b ih
2、电弧电压分布图： U h =阴极区电压+弧柱区电压+阳极区电压
弧柱
阴 极 区
阴 极 区
Un
in in iEnH 10 ~ 100 v / cm
传动机构：主轴、分相轴、操动轴
框架：依靠两个支持绝缘子将各相与地绝缘
6、SF6断路器的优缺点
①断口耐压高 ②允许断路次数多 ③开断性能好 ④占地面积小 ⑤加工精度高，密封性能好，对水分子与气
体的检测要求严格
主要性能及技术参数
1、电流通过能力： 额定电流和温升 额定短时耐受电流（热稳定电流） 额定峰值耐受电流：标准规定应等于2.5
模块4、高压断路器
一、高压断路器的分类（按使用条件） 高压开关 、低压开关 户内 、户外 断路器、隔离开关类、负荷开关类、熔断器、
结合型开关 二、高压断路器分类（按灭弧介质） 油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、 真空断路器、低压空气断路器和磁吹断路器
5、少油式断路器
多油QF相比：具有用油量少、体积小、结构简单、节省钢材、防火 防爆的特点，但检修周期短，在户外使用时，受大气条件影响大， 而且配 套性差。
模块2、开关电器中熄灭交流电弧 的基本方法
一、空气电弧的熄灭： 1、静态电弧的熄灭：自由燃烧 2、磁吹及自产气灭弧：电磁力—拉长电
弧—灭弧装置—拉长电弧 3、压缩空气中电弧的熄灭：高速气流—
吹弧冷却
二、油中电弧的熄灭：
1、静态油：电弧高温—油蒸汽—气泡 （导热性及压力）—电流过零后熄灭
2、气吹油中电弧熄灭：自能灭弧、外能 灭弧
三、SF6气体中电弧的熄灭： SF6气体 是至今最好的灭弧介质。
灭弧利用气吹原理：1、电流过零前（散 热） 2、电流过零后吹灭电弧
四、真空中电弧的熄灭
1、真空的击穿原因三种假设：场致发射、 团粒作用、电极二次发射。
2、真空电弧的形态与特性：
大电流—不移动不易灭，集聚型
电流开断后绝缘强度的恢复
弧隙从原来的电流通道逐渐变成介质的过程就是介 质强度的恢复过程
措施：采用介质强度高的灭弧介质、采用各种灭弧 装置加强电弧冷却、拉长电弧
交流短弧和长弧的熄灭方法：短弧—弧长短、熄弧 起主要作用是阴极介质恢复强度，灭弧室结构采用 去离子式狭缝式。 长弧—弧长较长，熄弧起主 要作用的是弧柱的去游离过程，使介质恢复强度快 速上升，灭弧室结构采用磁吹式、旋弧式等
以SN10-10I型为例：
组成： 导电回路——上出线座→静触头座→辨形触头→ 动触头→导电杆→动触头→下出线座 灭弧系统——纵横吹灭弧室（纵横油气吹+机械油吹）
逆止阀：电弧形成后分解油，逆止阀钢球上推堵住回油孔， 形成密闭燃弧，使内腔压力升高
油气分离器：a.避免灭弧室完全封死，压力过高 b.避免直接将炽热的带有大量电子和离子的油气混合 物排出箱外，引起自燃和设备绝缘闪络。
倍额定短时耐受电流 2、绝缘耐受能力 额定电压
额定绝缘水平 3、开断能力：能可靠开断故障电流 4、关合能力及操作性能 额定短路关合电流及合闸能力 操作性能与动作时间 5、机械和电气使用寿命 6、各种条件下的开断与关合性能 7、环境耐受及其他性能 三、高压断路器的发展趋势：大容量、
Uh A
in
B
t
B
A
Uh——马鞍形状。A > B
A——燃弧电压
B——熄弧电压
电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周期 随着电压的升高，电弧会重燃。 若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此熄 灭。
2、热惯性：电弧温度的变化滞后于电流的 变化
二、交流电弧的熄灭
强迫熄弧（如直流电弧） 截流熄弧（由电流不稳定产生） 过零熄弧（开关设备如断路器等属于此种类型）
2、滑动触头——如滑环与碳刷； 3、可断触头——动静触头可采用对接式
和插入式。
de 触头按结构分类：梅花型、自力型、对 接型、表带型、螺旋型
触头的接触电阻
接触电阻——直接反映触头的工作状况 其大小决定了触头的发热触头的工作情况
触头的工作情况 1、在长期负载电流下的工作
——负载电流I→触头Rc→I2Rc →发热
小电流—移动易灭，扩散型
3、外加磁场对电弧的影响：横向—电弧 斑点移动，电流过零时易熄灭。 纵 向—电弧向中心挤压，直径变小，电弧 电压降低。
4、真空电弧的熄灭： A、扩散型：横吹熄弧 B、集聚型：纵吹熄弧
模块3． 电气触头基 本知识
分类
1、固定触头——如母线的联接，采用螺 柱连接和压接两种；
需采用 降低温度及提高通流能力、 严防金属氧化层造成的恶性循环的 方法。
2、在短时大电流下ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ工作
在t很短的瞬间，电流很大→会在某一点 集聚大热量→触头的熔焊→ 机械强度↓ →弹力↓ 对策：规定短时发热最高温度限值
3、在大电流下的关合和分断
会出现： ①弹跳现象 ②在可断触头的触头间产生的电弧可能
会烧坏触头