第二章 高压电器与开关设备

开关设备在开断电路过程中，触头间介质达到一定 游离程度时，触头间隙被击穿而产生电弧。产生电弧 的条件是电路内的电流不小于80mA，触头间的电压 不小于10 V一20V。
应当指出：光游离、热游离及碰撞游离可能同时进 行，但在触头分离的不同阶段，各种游离所起的作用 可能各不相同。在触头分离初期，开距小，电场强度 高，碰撞游离作用明显；在触头分离后期，开距大， 电场强度减小，但电弧温度较高(表面温度可达4000度 一5000度，弧柱中心温度可高达10000度)，热游离作 用加强，使电弧得以维持；在热游离和碰撞游离的同 时，电子与正离子复合时释放的能量以光量子的形式 辐射给周围中性粒子．使中性粒子游离。
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(4)二次发射。当正离子在电场作用下高速撞击阴极，或 者自由电子高速撞击阳极时。也可能使金属电极表面发 射出电子，此过程叫二次发射。在气压较高的放电间隙 中，通常阴极表面附近电场强度较高，所以阴极表面二 次发射较强，并在气体放电过程中起重要作用。 (二)空间游离 电极(触头)间的介质在外界力量的影响下，其分子及原子 分裂成自由电子和正离子的过程，叫空间游离。 (1)光游离。中性粒子受到光的照射，当光子的能量大于 介质原于或分子的游离能时，在空间就产生光游离。光 的波长越短，游离作同越强，可见光几乎不能引起气体 游离。 (2)碰撞游离。由表面发射或光游离所产生的带电粒子， 在触头间电场作用下被加速而获得动能。
对于电气化铁道及城市交通系统，交流电器是交流制电气 化铁道及城市地铁供电系统中大量应用的电器；直流电器 则是直流制电气化铁道、城市地铁及轻轨交通供电系统中 大量使用的电器。
按照高压电器工作条件及所起作用的不同，其结构和工作 性能应具有不同特点。高压电器应能可靠地在规定的工作 电压及电流下工作，因此，应具有足够的绝缘强度和载流 能力；用于切断载流电路的开关设备，应具有足够的熄灭 电弧的能力；对电路运行状态进行监视、测量的电器元件 (例如电压、电流互感器)应能满足测量精度的要求；对电 路运行状态进行保护用的电压、电流互感器，除了应能满 足测量精度的要求外、还应在高电压或大电流作用下不至 于饱和。所有的高压电器都应满足运行可靠、工作灵活的 要求，同时还必须考虑经济条件。
（一）表面发射 由金属电极(触头)表面发射电子、叫表面发射。 (1)强场发射。当金属表面存在较高的电场强度(大干 107V／mm)时，自由电子可能逸出金属，这种过程叫 强场发射。断路器触头刚分离时，强场发射占主导地 位。 (2)热发射。当金属温度升高列2000一5000 K，金属表 面的自由电子可能获得足够的动能，克服将电子滞留 在金属内部的力量而逸出金属，这种过程叫热发射。 断路器触头分离后期，热发射较强烈。 (3)光发射。当红外线、紫外线及其他射线照射列金属 表面时，引起电子从金属表面逸出的过程，叫光发射。 光波越短，引起光发射的能力越强。触头分离过程中， 随着电弧燃烧，存在着光发射现象。
④负荷开关(FW)：用来在电路正常工作成过载时关合 和开断电路，不能开断短路电流。 (2)限制电器，用来限制电路中电压或电流的电器。它 包括： ①电抗器(L)：主要用来限制电路中的短路电流。某些 类型的熔断器也有限制短路电流的作用。 ②避雷器(BL)：用来限制电路中出现的过电压。 (3)变换电器，用来变换电路中的电压和电流使之便于 检测的电器。它包括： ①电流互感器(LH)：用来变换电路中的电流，以便供 电给测量仪表、继电器或自动装置，并使之与高压电 路隔离。 ②电压互感器(YH)：用来变换电路中的电压，以便供 电给测量仪表、继电器或自动装置，并使之与高压电 路隔离。
第二章 高压电器与开关设备
第一节 高压电器的作用及分类
在高压系统中，用来对电路进行开、合操作，切除 和隔离事故区域对电路进行运行情况监视、保护及 数值测量的量测设备，统称为高压电器。 按照用途，高压电器可以分成下列几类： (1)开关电器，用来关合和开断电路的电器。包括： ①断路器(DL)：用来在电路正常工作和发生故障(例 如发生短路)时关合和开断电路。 ②隔离开关(G)：主要用于将高压设备与电源隔离， 以保证检修工作人员的安全。 ②熔断器(RN)：用来在电路发生过载或短路时依靠 熔件的熔断开断电路。
第二节 交、直流电弧的形成及熄弧原理与方法
研究和使用高压电器，尤其是高压断路器，要使它们 可靠地工作，必须对开关设备在开断电路的过程中， 其触头间产生电弧的性质有一个清楚的了解，以便掌 握现代高压电器设备的结构特点，正确地进行选择和 使用。 开关设备一般由导电体、触头和绝缘介质组成。介质 由绝缘状态变为导电状态，使电流得以通过的现象， 叫做放电。在一定的光、热和电场的作用下，介质中 的中性的、不导电的质点将产生自由电子、正离子和 负离于，从而形成游离。当介质达到一定的游离程度 时。介质将被击穿而产生电弧。因此，研究电弧的形 成必须掌握介质的游离过程。介质游离的过程如下。
(4)组合电器。将上述某几种电器，按一定的线路装配 成一个整体的电器组合。 按照安装地点，高压电器可以分为： (1)户内式。装在建筑物内．不具有防风、雨、雷、灰 尘、露、冰、浓霜等性能。户内式高压电器的工作电压 一般为35kv及以下的电压等级。 (2)户外式。适于安装在露天，能承受风、雨、雷、灰 尘、露、冰、浓霜等作用。户外式高压电器的工作电压 一般都在35kv及以上电压。 按照电流制式，高压电器可以分为： (1)交流电器。工作于三相或单相工频交流制的电器， 极少数工作在非工频系统。 (2)直流电器。工作于直流制系统。
若运动中的电子从电场中获得的动能足够大，当它与中 性质点碰撞时，能从其中打出一个或几个电子，使失去 电子的中性质点变成正离子。从中性质点中打出的电子 在向阳极运动的过程中又与其他中性质点发生碰撞，造 成新的中性质点的游离。这样的连锁反应，使大量的电 子产生，移向阳极，并使电极(触头)间的介质迅速大量 游离。断路器触头分离初期，碰撞游离起主导作用。 (3)热游离。当气体温度达到3000 一4000K以上时，气 体中的中性原子或分子由于高速的热运动而相互碰撞， 产生明显的热游离。在相同的温度下，由于金属蒸气的 游离电位小于一般气体的游离电位，所以金属蒸气更存 易产生热游离。断路器触头分离后期，热游离起主导作 用。