开关电器灭弧原理精品PPT课件

近阴极效应在熄灭低压短弧中得到广泛应用
对几万伏以上的高压断路器的灭弧不起多大作用， （因为起始介质强度与加在弧隙上的高电压相比， 无足轻重。起决定作用的是弧柱区中的介质强度 恢复过程。）
电子数 很少
场强不足 以从导体 中拉出电
子
加 U速
场
减速场
T＝０＋ 时刻
d
图2－28电流过零后弧隙电荷及电位分布
(2)电弧电压的波形呈马鞍形变化。燃弧电压大于熄 弧电压。
(3)电流每半周过零一次，电弧会暂时自动熄灭。
结论：
电流过零时，采取适当措施使弧隙间介质的绝缘能 力达到不被弧隙外施电压击穿的程度，则下半周 电弧就不会重燃而熄灭，从而断开电路。
弧隙电阻看作动态 的电阻就好理解了
过零灭 弧点
五、交流电弧的熄灭条件
导体真热！
ຫໍສະໝຸດ Baidu接触电阻好 大呀！
热致发射电子的过程示意图
导体真热！
好大的场强！
电 子
电
E＝U／d
子
糟糕！我要被 拉出去了
别撞我！ 好大力呀
我被撞游离了！成 电子和正离子了
⑷热游离使电弧维持和发展
①定义：介质的分子和原子强烈的不规则的热运动， 当那些具有足够动能的中性质点互相碰撞时，又 可游离出自由电子和正离子，这种现象称热游离。
运行。 结论：切断电路时，必须尽快熄灭电弧。 二、电弧的产生与维持 1．电弧的形成 ：电弧的产生主要是触头间产生大量自由
电子的结果。 游离：一定条件下，中性质点分为正离子和电子的现象 去游离：一定条件下，离子和电子还原为中性质点的现象
阴极发射(场致、热致）电子（起因）→电子高速运动→ 碰撞游离（重要因素）→击穿（量变到质变）→电流大增 →热效应、光效应→热游离（主要因素）→维持发展
②温度差形成扩散：由于弧柱的温度比周围介质高得 多，使带电质点向周围介质扩散；
③用高速冷气吹弧增强扩散：吹弧可使电弧拉长，使 电弧表面的带电质点浓度增加，并带走弧柱中的带 电质点。扩散出去的带电质点，因冷却而复合为中 性质点。
扩散去游离现象
3、电弧的熄灭：
⒈若游离作用大于去游离作用，则电弧电流增大， 电弧愈加强烈燃烧；
⑴阴极在强电场作用下发射电子：
触头分开瞬间，触头间会形成很强的电场强度E(E=U／d)
⑵阴极在高温下发生热电子发射：
分开过程中：接触电阻↑↑→触头间温度↑↑→导体内电子 能量↑↑
⑶碰撞游离：
由高速运动的电子作用产生，（如图2—26所示）使中性 质点游离为新的自由电子和正离子，这种游离过程称碰撞 游离。
①弧隙介质强度的增大(即弧隙的绝缘能力，或称弧 隙的耐压强度) ；ud（t）
②加于弧隙的电压(称恢复电压)的增大。Ur（t） 电弧电流过零时，是熄灭电弧的有利时机，但电弧
是否能熄灭，取决于上述两方面竞争的结果。
ud（t）› Ur（t）
1．弧隙介质强度恢复过程
电弧电流过零时，弧隙介质的绝缘能力由起始 介质强度逐渐增强的过程，称为弧隙介质强度恢 复过程，用ud(t)表示。 (1)近阴极效应：在电流过零后（0.1－1µS）在阴 极附近的薄层空间介质强度突然升高（150－250v） 的现象，称为近阴极效应。
由行程减少，有利于复合。
电
中性
子
质点
电 子
负离 子
中性 质点
复合及复合去游离过程示意
正离 子
2．扩散去游离
⑴定义： 自由电子与正离子从弧柱逸出而进入周 围介质中的现象，称为扩散去游离。
⑵ 扩散去游离有三种形式：
①浓度差形成扩散：由于弧柱中带电质点的浓度比周 围介质高得多，使带电质点向周围介质扩散，扩散 速率与电弧直径成反比；
第二章开关电器灭弧原理
第七节开关电器中电弧的产生和熄灭
一、电弧现象及电弧特征 1．电弧现象：在触头开断有电流的电路时，触头间产生强
烈而又刺眼的亮光的现象。电弧是介质被击穿的放电现象。 2、其主要特征如下。 (1)电弧是一种能量集中、温度很高、亮度很强的放电现象。 (2)电弧分析时可看作由阴极区、弧柱区及阳极区3部分组成。 (3)电弧是一种自持放电现象，即电弧一旦形成，维持电弧
⒉若游离作用等于去游离作用，则电弧电流不变， 电弧稳定燃烧；
⒊若游离作用小于去游离作用，则电弧电流减小， 电弧最终熄灭。
⒋电弧的熄灭，采取措施加强去游离作用而削弱游 离作用。
四、交流电弧的特性
(1)交流电弧的伏安特性为动态特性。（电弧的温度、 电阻及电弧电压随时间而变化,电弧温度的变化总 是一滞后于电流的变化，如图2—27(a)所示。
1．复合去游离 ⑴定义：异号离子或正离子与自由电子互相吸引而中
和成中性质点的现象，称复合去游离。 ⑵复合去游离过程：借助于中性质点进行的，即电子在
运动过程中，先附着在中性质点上，形成负离子，然 后质量和运动速度大致相等的正、负离子复合成中性 质点。 ⑶加快复合去游离的方法： ①拉长电弧，使电场强度E下降，电子运动速度减慢， 复合的可能性增大； ②加强电弧冷却，使电子热运动的速度减慢，有利于复 合； ③加大气体介质的压力，可使带电质点的密度增大，自
稳定燃烧所需的电压很低。 (4)电弧是一束游离气体，很轻，易变形，在外力作用下(如
气体、液体的流动或电动力作用)会迅速移动、伸长或弯 曲
3、电弧的特点： ⑴电弧燃烧期间，电路中的电流仍以电弧的方式维持着。
（可看作特殊导电区域或元件） ⑵电弧的温度极高，如电弧长久不熄灭，就会烧坏触头和触
头附近的绝缘， ⑶如电弧长久不熄，延长断路时间，会危害电力系统的安全
②电弧维持和发展：在电弧高温下，
一方面阴极继续发生热电子发射，
另一方面金属触头在高温下熔化蒸发，以致介质中 混有金属蒸汽，使弧隙电导增加，并在介质中发 生热游离，使电弧维持和发展。热游离足以维持 电弧的燃烧。
正离 子
正离 子
中性
电 子
中性 质点
质点
电
子
中性
质点
中性
质点
正离 子
电 子
中性 质点
三、电弧中的去游离：复合和扩散
(2)弧柱区介质强度的恢复过程。弧柱区介质强度的 恢复过程与断路器的灭弧装置结构、介质特性、 电弧电流、冷却条件及触头分开速度等因素有关。
①不同介质强度恢复过程曲线如图2—29所示
结论：不同介质恢复速度不同（其他条件相同）
②弧隙温度与弧隙介质强度恢复曲线图2－30。
结论：
a、电弧电流愈小，电弧温度愈低，对电弧的冷却条 件愈好，电流过零时电弧温度下降愈快，介质强 度恢复过程愈快。