《電器原理與應(yīng)用》ppt課件

1、第二章 電接觸與電弧實(shí)際n電路的通斷和轉(zhuǎn)換是經(jīng)過電器中的執(zhí)行部件、主要是其觸頭和滅電路的通斷和轉(zhuǎn)換是經(jīng)過電器中的執(zhí)行部件、主要是其觸頭和滅弧安裝來實(shí)現(xiàn)的。觸頭接通和分?jǐn)嚯娏鞯倪^程每每伴隨著氣體放弧安裝來實(shí)現(xiàn)的。觸頭接通和分?jǐn)嚯娏鞯倪^程每每伴隨著氣體放電景象和電弧的產(chǎn)生及熄滅。電弧對電器多半有害。例如，電弧電景象和電弧的產(chǎn)生及熄滅。電弧對電器多半有害。例如，電弧出現(xiàn)會延緩電路的分?jǐn)噙^程、燒傷觸頭、縮短觸頭乃至整個電器出現(xiàn)會延緩電路的分?jǐn)噙^程、燒傷觸頭、縮短觸頭乃至整個電器的壽命，甚至還會引起火災(zāi)和人身傷亡事故。然而，電弧又是電的壽命，甚至還會引起火災(zāi)和人身傷亡事故。然而，電弧又是電路所儲電磁能量

2、泄放的主要途徑，非此難以降低電路分?jǐn)鄷r出現(xiàn)路所儲電磁能量泄放的主要途徑，非此難以降低電路分?jǐn)鄷r出現(xiàn)的過電壓。觸頭既是一切有觸點(diǎn)電器的執(zhí)行元件，同時又是其中的過電壓。觸頭既是一切有觸點(diǎn)電器的執(zhí)行元件，同時又是其中最薄弱的環(huán)節(jié)。其任務(wù)優(yōu)劣不僅直接影響到整個電器的性能，還最薄弱的環(huán)節(jié)。其任務(wù)優(yōu)劣不僅直接影響到整個電器的性能，還將影響到一個系統(tǒng)的任務(wù)可靠與否。將影響到一個系統(tǒng)的任務(wù)可靠與否。n觸頭的任務(wù)與電弧親密相關(guān)，它在任務(wù)過程中將被高溫電弧所灼觸頭的任務(wù)與電弧親密相關(guān)，它在任務(wù)過程中將被高溫電弧所灼傷，并因之而發(fā)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移和電侵蝕。因此，本章將討論電弧的傷，并因之而發(fā)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移和電侵蝕。因此，本章

3、將討論電弧的產(chǎn)生緣由、性質(zhì)、熄滅方法以及電器中常用的滅弧安裝，同時還產(chǎn)生緣由、性質(zhì)、熄滅方法以及電器中常用的滅弧安裝，同時還要討論電接觸景象的本質(zhì)、觸頭在各種任務(wù)形狀下的行為、以及要討論電接觸景象的本質(zhì)、觸頭在各種任務(wù)形狀下的行為、以及延伸觸頭壽命和改善觸頭任務(wù)性能的技術(shù)措施。延伸觸頭壽命和改善觸頭任務(wù)性能的技術(shù)措施。第一節(jié) 電接觸與觸頭n任何電工安裝皆由彼此間以恣意方式聯(lián)絡(luò)著的單元構(gòu)成，其中賴以保證電流流通的導(dǎo)體間的聯(lián)絡(luò)稱為電接觸，它是一種物理景象。經(jīng)過相互接觸以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電的詳細(xì)物件稱為電觸頭(簡稱觸頭) ，它是接觸時接通電路、操作時因其相對運(yùn)動而斷開或閉合電路的兩個或兩個以上的導(dǎo)體。一、觸頭

4、的分類(一)銜接觸頭 銜接觸頭是以機(jī)械方式一焊接、鉚接和栓接來銜接電路的不同環(huán)節(jié)，使電流得以自一環(huán)節(jié)流向另一環(huán)節(jié)。這種觸頭在任務(wù)過程中無相對運(yùn)動，它永遠(yuǎn)閉合著。銜接觸頭除栓接式為可卸式外，其他為不可卸式。 對銜接觸頭的根本要求是在其所在安裝的運(yùn)用期限內(nèi)，應(yīng)能完好無損地長期經(jīng)過正常任務(wù)電流和短時經(jīng)過規(guī)定的缺點(diǎn)電流。為此，它的電阻該當(dāng)不大而且穩(wěn)定。這就要求它能耐受周圍介質(zhì)的作用，又能耐受溫度變化引起的形變和經(jīng)過短路電流時所產(chǎn)生的電動力。(二)換接觸頭 換接觸頭是電器中用以接通、分?jǐn)嗉稗D(zhuǎn)換電路的執(zhí)行部件，并且總是以動觸頭和靜觸頭的方式成對地出現(xiàn)。它具有多種方式，諸如楔形觸頭、刷形觸頭、指形觸頭、橋式

5、觸頭和瓣式觸頭等。 對換接觸頭的根本要求是電阻小而穩(wěn)定，并且耐電弧、抗熔焊和電侵蝕。顧及到有觸電器的缺點(diǎn)很大一部分是觸頭任務(wù)不良所致，且后果往往還較嚴(yán)重，故對此決不可掉以輕心。二、換接觸頭的任務(wù)形狀和根本參數(shù)n換接觸頭有兩種穩(wěn)定的任務(wù)形狀:n 對應(yīng)于電路通路的閉合形狀;n 對應(yīng)于電路斷路的斷開形狀。n 換接觸頭還有兩種過渡任務(wù)形狀：n 從斷開形狀向閉合形狀過渡的接經(jīng)過程;n 從閉合形狀向斷開形狀過渡的分?jǐn)噙^程。n四個根本參數(shù):開距、超程、初壓力和終壓力：n開距是觸頭處于斷開形狀時其動靜觸頭間的最短間隔，其值是由它能否耐受電路中能夠出現(xiàn)的過電壓以及能否保證順利熄滅電弧來決議的。n超程是觸頭運(yùn)動到

6、閉合位置后、將靜觸頭移開時動觸頭還能挪動的間隔，其值取決于觸頭在期限內(nèi)蒙受的電侵蝕。n初壓力是觸頭剛閉合時作用于它的正壓力。n終壓力是觸頭閉合終止位置的壓力，其值由許多要素，諸如溫升、熔焊等所決議。第二節(jié) 電弧及其產(chǎn)生過程一、載流電路的開斷過程一、載流電路的開斷過程 動靜觸頭的接觸本來是許多個點(diǎn)在接觸，而接觸壓動靜觸頭的接觸本來是許多個點(diǎn)在接觸，而接觸壓力普通是由彈簧產(chǎn)生的。由于超程的存在，觸頭開場分?jǐn)鄷r，力普通是由彈簧產(chǎn)生的。由于超程的存在，觸頭開場分?jǐn)鄷r，電路并沒開斷，僅僅是動觸頭朝著與靜觸頭分別的方向運(yùn)動。電路并沒開斷，僅僅是動觸頭朝著與靜觸頭分別的方向運(yùn)動。這時，超程和接觸壓力都逐漸減

7、小，接觸點(diǎn)也減少。及至極這時，超程和接觸壓力都逐漸減小，接觸點(diǎn)也減少。及至極限形狀、即僅剩一個點(diǎn)接觸時，接觸面積減至最小，電流密限形狀、即僅剩一個點(diǎn)接觸時，接觸面積減至最小，電流密度非常宏大，故電阻和溫升劇增。以致觸頭雖仍閉合，但接度非常宏大，故電阻和溫升劇增。以致觸頭雖仍閉合，但接觸處的金屬已處于熔融形狀。以后，動觸頭繼續(xù)運(yùn)動，終于觸處的金屬已處于熔融形狀。以后，動觸頭繼續(xù)運(yùn)動，終于脫離，但動靜觸頭間并未構(gòu)成間隙，而由熔融的液態(tài)金屬橋脫離，但動靜觸頭間并未構(gòu)成間隙，而由熔融的液態(tài)金屬橋所維系著。液態(tài)金屬的電阻率遠(yuǎn)大于固體金屬的，故金屬橋所維系著。液態(tài)金屬的電阻率遠(yuǎn)大于固體金屬的，故金屬橋內(nèi)熱

8、量高度集中，使其溫度到達(dá)資料的沸點(diǎn)，并隨即發(fā)生爆內(nèi)熱量高度集中，使其溫度到達(dá)資料的沸點(diǎn)，并隨即發(fā)生爆炸方式的金屬橋斷裂過程，觸頭間隙也構(gòu)成了。炸方式的金屬橋斷裂過程，觸頭間隙也構(gòu)成了。 金屬橋剛斷裂時，間隙內(nèi)充溢著空氣或其他介質(zhì)及金屬金屬橋剛斷裂時，間隙內(nèi)充溢著空氣或其他介質(zhì)及金屬蒸氣，它們均具有絕緣性質(zhì)。于是，電流被瞬時截斷，并產(chǎn)蒸氣，它們均具有絕緣性質(zhì)。于是，電流被瞬時截斷，并產(chǎn)生過電壓，將介質(zhì)和金屬蒸氣擊穿，使電流以火花放電乃至生過電壓，將介質(zhì)和金屬蒸氣擊穿，使電流以火花放電乃至電弧的方式重新在間隙中流通。以后，隨著動觸頭不斷分開電弧的方式重新在間隙中流通。以后，隨著動觸頭不斷分開靜觸頭

9、以及各種熄弧要素作用，電弧終將轉(zhuǎn)化為非自持放電靜觸頭以及各種熄弧要素作用，電弧終將轉(zhuǎn)化為非自持放電并最終熄滅，使整個觸頭間隙成為絕緣體，觸頭分?jǐn)噙^程亦并最終熄滅，使整個觸頭間隙成為絕緣體，觸頭分?jǐn)噙^程亦告終結(jié)至此，觸頭已處于斷開形狀。告終結(jié)至此，觸頭已處于斷開形狀。二、電弧的構(gòu)成過程二、電弧的構(gòu)成過程 兩個觸頭行將接觸或開場分別時，只需它們兩個觸頭行將接觸或開場分別時，只需它們之間的電壓達(dá)之間的電壓達(dá)12 20V、電流達(dá)、電流達(dá)0.25 lA,觸頭間觸頭間隙內(nèi)就會產(chǎn)生高溫弧光，這就是電弧。隙內(nèi)就會產(chǎn)生高溫弧光，這就是電弧。 害處：由于其溫度達(dá)成千上萬害處：由于其溫度達(dá)成千上萬K足以燒傷觸頭、足

10、以燒傷觸頭、使之迅速損壞使之迅速損壞;它也能使觸頭熔焊、破壞電器的正它也能使觸頭熔焊、破壞電器的正常任務(wù)，甚或釀成火災(zāi)刀人員傷亡等嚴(yán)重事故常任務(wù)，甚或釀成火災(zāi)刀人員傷亡等嚴(yán)重事故; 它還會產(chǎn)生干擾附近的通訊設(shè)備的高次諧波。它還會產(chǎn)生干擾附近的通訊設(shè)備的高次諧波。 益處：電弧焊、電弧熔煉和弧光燈等是專門利用益處：電弧焊、電弧熔煉和弧光燈等是專門利用電弧的設(shè)備，電器本身可借助電弧以防止產(chǎn)生過電弧的設(shè)備，電器本身可借助電弧以防止產(chǎn)生過高的過電壓和限制缺點(diǎn)電流。高的過電壓和限制缺點(diǎn)電流。(一一)氣體的電離氣體的電離 電子是在一定能級的軌道上環(huán)繞原子核旋轉(zhuǎn)。電子是在一定能級的軌道上環(huán)繞原子核旋轉(zhuǎn)。離原子

11、核越遠(yuǎn)，軌道能級越高。假設(shè)電子吸收了離原子核越遠(yuǎn)，軌道能級越高。假設(shè)電子吸收了外界能量、但仍缺乏以脫離原子核束縛，它只能外界能量、但仍缺乏以脫離原子核束縛，它只能躍遷到能級更高的軌道上，處于鼓勵形狀。電子躍遷到能級更高的軌道上，處于鼓勵形狀。電子在鼓勵形狀只能延續(xù)在鼓勵形狀只能延續(xù)0.11us。在此期間，電子。在此期間，電子再獲得外界能量，它便將脫離原子核的束縛而逸再獲得外界能量，它便將脫離原子核的束縛而逸出，成為自在電子，否那么，它將按量子規(guī)律釋出，成為自在電子，否那么，它將按量子規(guī)律釋放多余能量而前往原軌道。放多余能量而前往原軌道。 當(dāng)電子受鼓勵躍遷到特殊能級的軌道時，它當(dāng)電子受鼓勵躍遷到

12、特殊能級的軌道時，它能在鼓勵形狀繼續(xù)能在鼓勵形狀繼續(xù)0.1 10ms;這就更易再次吸收這就更易再次吸收外界能量而逸出。此類形狀稱為亞穩(wěn)態(tài)，它在電外界能量而逸出。此類形狀稱為亞穩(wěn)態(tài)，它在電離過程中起著主要作用。離過程中起著主要作用。 假設(shè)電子獲得足以脫離原子核束縛的能量，假設(shè)電子獲得足以脫離原子核束縛的能量，它便逸出成為自在電子，而失去電子的原子那么它便逸出成為自在電子，而失去電子的原子那么成為正離子。這種景象稱為電離。發(fā)生電離所需成為正離子。這種景象稱為電離。發(fā)生電離所需能量稱為電離能能量稱為電離能Wi。 n使一個電子鼓勵所需能量稱為鼓勵能We，它與電離能Wi均以電子伏eV為單位。表2-1中列

13、舉了部分氣體和金屬蒸氣的We和Wi值。電離方式外表發(fā)射空間電離場致發(fā)射光發(fā)射二次電子發(fā)射熱發(fā)射光電離碰撞電離熱電離發(fā)生于金屬電極外表發(fā)生于觸頭間隙內(nèi)場致發(fā)射光發(fā)射二次電子發(fā)射熱發(fā)射光電離碰撞電離熱電離熱發(fā)射出現(xiàn)于電極外表被加熱到2000 2500K時。此時電極外表的自在電子就因獲得足以抑制外表晶格電場產(chǎn)生的勢壘而逸出到空間。場致發(fā)射是因電極外表存在強(qiáng)電場,使外表墊壘厚度減小而令電子借隧道效應(yīng)逸出的。光發(fā)射是光和各種射線照射于金屬外表。使電子獲得能量而逸出的景象。二次電子發(fā)射是指正離子高速撞擊陰極、或電子高速撞擊陽極引起的表面發(fā)射。-普通陰極外表的二次電子發(fā)射較強(qiáng)，并在氣體放電過程中起著重要作用

14、。光電離發(fā)生在hvWi時，光頻率v越高，光電離便越強(qiáng)?？梢姽馔ǔ２灰鸸怆婋x。帶電粒子在場強(qiáng)為E的電場中運(yùn)動時，它在兩次碰撞之間的自在行程上可獲得動能W=qE，假設(shè)該能量大于或等于中性粒子的電離能，該粒子被碰撞后即電離。由于電子的自在行程大，故引起碰撞電離的主要是電極發(fā)射或空間中性粒子電離時釋放的電子。有時碰撞能量缺乏以使中性粒子電離，只能使之處于鼓勵形狀或使電子附于中性粒子上成為負(fù)離子。實(shí)踐電離過程絕非單一方式的，而是各種電離方式的綜合表現(xiàn)實(shí)踐電離過程絕非單一方式的，而是各種電離方式的綜合表現(xiàn)(二)消電離及其方式 電離氣體中的帶電粒子本身消逝或失去電荷而轉(zhuǎn)化為中性粒子的景象稱為消電離。電離與

15、消電離是同時存在也同時消亡的矛盾一致體。 消電離主要有兩種方式-復(fù)合和分散。 復(fù)合:兩帶異性電的帶電粒子彼此相遇后失去電荷成為中性粒子的景象稱為復(fù)合。 復(fù)合有外表復(fù)合與空間復(fù)合兩種方式。 分散：帶電粒子自高溫高濃度處移向低溫低濃度處的景象稱為分散。它能使電離空間內(nèi)的帶電粒子減少，所以有助于熄滅電弧。外表復(fù)合電子進(jìn)入陽極或負(fù)離子接近陽極把電子轉(zhuǎn)移給陽極、以及正離予接近陰極從它獲得電子時，這些帶電粒子均失去電荷化為中性粒子。還有，當(dāng)電子接近、不帶電的金屬外表(圖2-3a)或負(fù)離子接近之(圖2-3b)時，它們將因金屬外表感應(yīng)而生的異性電荷作用被吸附于其上，一旦附近出現(xiàn)帶異性電的帶電粒子，這些粒子便相

16、互吸引，復(fù)合構(gòu)成中性粒子。即使帶電粒子到達(dá)絕緣體外表，由于感應(yīng)所生極化電荷的作用，也會發(fā)生類似于出如今金屬外表的復(fù)合過程。上述這些發(fā)生在帶電或不帶電物體外表的外表的復(fù)合過程，統(tǒng)稱為外表復(fù)合?？臻g復(fù)合假設(shè)正離子和電子在極間空隙內(nèi)相遇(圖2-3c)，它們將復(fù)合成為一個中性粒子，這就空間復(fù)合。假設(shè)電子在空間運(yùn)動中為一中性粒子俘獲構(gòu)成一負(fù)離子，然后再與正離子相遇復(fù)合成為兩個中性粒子(圖2-3d)，這就是間接空間復(fù)合。 另外，復(fù)合的概率與氣體性質(zhì)及純度有關(guān)。例如，惰性氣體和純真的氫氣及氮?dú)舛疾粫c電子結(jié)合成為負(fù)離子，而氟原子及其化合物(如SF6氣體)就具有極強(qiáng)的俘獲電子的才干。因此SF6被稱為負(fù)電性氣體

17、，它是一種良好的滅弧介質(zhì)。 帶電粒子在復(fù)合時將釋放出部分能量，后者或被用以加熱物體的外表(外表復(fù)合時)；或被用以增大所構(gòu)成中性粒子的運(yùn)動速度及以光量子方式向周圍空間輻射(空間復(fù)合時)。(三)氣體放電過程 假設(shè)在兩電極之間施加電壓，當(dāng)逐漸增大電壓u至一定值時，便發(fā)生了間隙內(nèi)的氣體放電景象。圖2-4所示即為直徑I0cm、間隙為數(shù)厘米、氣壓約133Pa的低氣壓放電管氣體放電的靜態(tài)伏安特性。 在OA段，外施電壓甚低，由外界催離素(如陰極被加熱和各種射線的作用)產(chǎn)生的帶電粒子尚難以全部到達(dá)陽極，故電流i雖隨電壓u上升而增大，但其值極微小。在AB段，隨著電壓增大，電流已達(dá)飽和值，但該值仍由外界催離素的作用

18、自陰極釋放的電子數(shù)所決議。在BC和CD段，由于電壓繼續(xù)增大已導(dǎo)致場致發(fā)射和二次電子發(fā)射以及不甚強(qiáng)的碰撞電離，故電流又在增大，開場很慢(BC段)、然后較快(CD段)。然而，在整個OD段，假設(shè)無外界催離素的作用，間隙內(nèi)就沒有白由電子，放電亦將終止，故此階段被稱為非自持放電階段。OD段：非自持放電階段DH段：自持放電階段從D點(diǎn)起，場致發(fā)射及二次電子發(fā)射的電子已甚多，以致除去外界電離要素后仍可借空間的碰撞電離維持放電，故氣體放電已有質(zhì)的變化，進(jìn)入了自持放電階段。于是，電流增長迅速，且放電伴隨有不強(qiáng)的聲光效應(yīng)。對應(yīng)于D點(diǎn)的電壓是決議自持放電的主要要素，它稱為氣隙的擊穿電壓Ub在氣體間隙的擊穿過程中，先是

19、陰極發(fā)射的電子在電場作用下向陽極運(yùn)動，并于此中過碰撞產(chǎn)生許多新的電子和正離子。電子運(yùn)動速度大，多集中于前進(jìn)方向端部;正那么反之，處于尾部。這種方式的分布稱為電子雪崩。隨著雪崩數(shù)量增多及其端部和尾部分別向陽極和陰極開展，間隙內(nèi)就構(gòu)成了自陰極至陽極的離子化通道，即氣隙的擊穿。CE段：湯遜放電區(qū)湯遜最先研討了CE段的放電景象，所以該段被稱為湯遜放電區(qū)。但即使是自持性湯逾放電也是無光的，故稱作無光放電或黑暗放電。EF段：過度階段從E點(diǎn)至F段稱為過渡階段，放電由無光轉(zhuǎn)向有輝光，電流也在增大。但由于碰撞電離加強(qiáng)，為維持放電所需的電壓反而反而降低了。此階段內(nèi)，陰極附近的正離子部分被中和，陰極區(qū)電壓降也逐漸降

20、低。FG段在FG段，放電電電流繼續(xù)增大，輝光放電向著擴(kuò)張到整個陰極外表開展，故電流密度不大(約0.1A/m2)，而且穩(wěn)定，并使陰極區(qū)電壓降也較穩(wěn)定，其值約數(shù)百伏。GH段：異常放電階段在GH段，由于電流和電流密均在增大，陰極區(qū)電壓降和維持放電所需電壓亦增大。這個階段被稱作異常輝光放電階段。H點(diǎn)后從H點(diǎn)開場，氣體放電已進(jìn)入弧光放電階段，它伴隨著劇烈的聲光和熱效應(yīng)。這時，電流密度已高達(dá)107A/m2以上，故放電通道溫度極高(在6000K以上)。放電方式以熱電離為主，陰極區(qū)電壓降較小，僅數(shù)十伏。自持放電方式很多，諸如無光放電、輝光放電、電暈放電、火花放電，弧光放電(電弧)等，但它們能否轉(zhuǎn)化為弧光放電以

21、及如何轉(zhuǎn)化，那么受到許多客觀要素的影響。三、電弧的外觀與本質(zhì)n從外表來看，電弧是存在于電極(觸頭)間隙內(nèi)的一團(tuán)光度極強(qiáng)、溫度羅極高的火焰。電弧構(gòu)成時，陰極外表有一塊或假設(shè)干塊光度特別強(qiáng)的區(qū)域-陰極斑點(diǎn)。它的溫度常為陰極資料的氣化溫度，電流密度亦達(dá)10A/mm2以上。在電弧電流本身磁場作用下，此斑點(diǎn)在陰極外表不斷挪動，并發(fā)射電子。臨近斑點(diǎn)的一段極短的電弧區(qū)越等于電子的平均自在行程、即10-6m)稱為近陰極區(qū)。其中電弧光度較小，電壓降卻很大。陰極發(fā)射的電子在此區(qū)域內(nèi)被電場加速后具有甚大能量，故一旦與中性粒子相撞?？墒怪婋x。與此對應(yīng)，陽極外表也有陽極斑點(diǎn)，它接受來自電弧間隙的電子。其附近也有稱為近

22、陽極區(qū)的薄層，但厚度約為近陰極區(qū)的數(shù)倍。兩近極區(qū)的電壓降均在20V以內(nèi)，且?guī)缀跖c電流值無關(guān)。但近陰極區(qū)厚度特別小，故該處電位梯度竟達(dá)108 I09V/m。n兩極區(qū)之間的一段電弧稱為弧柱，它幾乎占有電弧的全部長度。弧柱內(nèi)氣體已全部電離(但同時也不延續(xù)的在進(jìn)展消電離)，且正負(fù)帶電粒子電量相等，所以是等離子區(qū)?；≈鶞囟忍貏e高，中心溫度達(dá)(13)104，故特別亮堂;弧柱外層有一層暈圈，其溫度在(0.54)103K范圍內(nèi)，故較紅暗。圖2-5所示為電弧的構(gòu)造和逼度分布?？傊?，弧光放電乃是自持放電的一種方式，也是它的最終方式。從本質(zhì)上來看，電弧是生成于氣體中的熾熱電流、是高溫氣體中的離子化放電通道，是充溢著

23、電離過程和消電離過程的熱電一致體。第三節(jié) 電弧的特性和方程一、電弧的電壓方程一、電弧的電壓方程 電弧電壓包括近陰極區(qū)電壓降電弧電壓包括近陰極區(qū)電壓降Uc、近陽極區(qū)電壓降近陽極區(qū)電壓降Ua和弧柱電壓降和弧柱電壓降Up，即即 UA= Uc+ Ua+ Up 兩近極區(qū)電壓降根本不變，故以兩近極區(qū)電壓降根本不變，故以Uo = Uc+ Ua表示，并稱之為近極區(qū)表示，并稱之為近極區(qū)壓降；弧柱區(qū)內(nèi)的電場強(qiáng)度壓降；弧柱區(qū)內(nèi)的電場強(qiáng)度E又近乎又近乎恒值，約恒值，約(1 5)103V/m，在特殊介，在特殊介質(zhì)內(nèi)還可達(dá)質(zhì)內(nèi)還可達(dá)(10 20)103V/m，故電，故電弧電壓弧電壓 UA= U0+ El 式中：式中：l為

24、弧柱區(qū)長度，可近似地取它為弧柱區(qū)長度，可近似地取它為整個電弧的長度。為整個電弧的長度。 圖圖2-6給出了電弧各區(qū)域內(nèi)的電壓給出了電弧各區(qū)域內(nèi)的電壓降和電場強(qiáng)度的分布。降和電場強(qiáng)度的分布。二、直流電弧的伏安特性二、直流電弧的伏安特性 伏安特性為電弧的重要特性之一，它表示電弧電壓與電弧電流伏安特性為電弧的重要特性之一，它表示電弧電壓與電弧電流間的關(guān)系。圖間的關(guān)系。圖2-7是直流電弧的伏安特性。當(dāng)外施電壓到達(dá)燃弧是直流電弧的伏安特性。當(dāng)外施電壓到達(dá)燃弧(擊擊穿穿)電壓電壓Ub、電流亦到達(dá)燃弧電流、電流亦到達(dá)燃弧電流Ib后，電弧便產(chǎn)生了，而且隨著后，電弧便產(chǎn)生了，而且隨著電流的增大，電弧電壓反而降低。

25、這是由于電流增大會使弧柱內(nèi)熱電流的增大，電弧電壓反而降低。這是由于電流增大會使弧柱內(nèi)熱電離擲劇、離子濃度加大，故維持穩(wěn)定燃弧所需電壓反而減小。這電離擲劇、離子濃度加大，故維持穩(wěn)定燃弧所需電壓反而減小。這種特性稱為負(fù)阻特性。種特性稱為負(fù)阻特性。 燃弧電壓和燃弧電流與電極資料以及間隙燃弧電壓和燃弧電流與電極資料以及間隙內(nèi)的介質(zhì)有關(guān)。當(dāng)直流電器觸頭分?jǐn)鄷r，假設(shè)電壓和電流均超越一內(nèi)的介質(zhì)有關(guān)。當(dāng)直流電器觸頭分?jǐn)鄷r，假設(shè)電壓和電流均超越一定數(shù)值后，即將產(chǎn)生電弧。定數(shù)值后，即將產(chǎn)生電弧。圖2-7曲線1是在弧長不變的條件下逐漸增大電流測得的。實(shí)踐上曲線起點(diǎn)Ub不在縱軸上(參見圖2-4)。假設(shè)自IA = II

26、處開場減小電流(進(jìn)入曲線2)，由于電弧本身的熱慣性，電弧電阻的增大總是滯后于電流的變化, 故曲線2位于曲線1下方。電流減小越快，曲線2位置越低;在極限情況下、即電流減小速度為無窮大時，電弧溫度、熱電離程度、弧柱直徑和尺寸均來不及變化，伏安特性也就變成過坐標(biāo)原點(diǎn)的曲線3了。電流減小時伏安特性與縱軸相交處的電壓Ue稱為熄弧電壓。除非在極限場所，即電流無限緩慢減小時，均有Ue0，即，即PA Pd，闡明電弧能量在增大，使燃弧更加熾，闡明電弧能量在增大，使燃弧更加熾烈烈; 假設(shè)假設(shè)dQA/dt0，即，即PA0時， Ldi/dt0，電流繼續(xù)增大;反之，假設(shè)電流有一增量i0,那么Ldi/dt曲線曲線1。按。

27、按電弧電壓方程及電壓平衡電弧電壓方程及電壓平衡方程，可采取以下技術(shù)措方程，可采取以下技術(shù)措施施:拉長電弧或?qū)ζ鋵?shí)行人工冷拉長電弧或?qū)ζ鋵?shí)行人工冷卻卻增大近極區(qū)電壓降增大近極區(qū)電壓降增大弧柱電場強(qiáng)度增大弧柱電場強(qiáng)度U - iR= Ldi/dt + UA(1)拉長電弧或?qū)ζ鋵?shí)行人工冷卻拉長電弧或?qū)ζ鋵?shí)行人工冷卻 此二者在原理上均為借增大弧柱電阻使電弧伏安特性上此二者在原理上均為借增大弧柱電阻使電弧伏安特性上移，與特性移，與特性u-iR脫離，即由原來的曲線脫離，即由原來的曲線1變?yōu)榍€變?yōu)榍€I(圖圖2-11)。為此，可增大縱向觸頭間隙為此，可增大縱向觸頭間隙(圖圖2-12a)，也可借電流本身的磁，

28、也可借電流本身的磁場或外加磁場從法向吹弧以拉長電弧場或外加磁場從法向吹弧以拉長電弧(圖圖2-12b)，或借磁場使，或借磁場使弧斑沿電極上移弧斑沿電極上移(圖圖2-12.)。這些措施除能機(jī)械地增大電弧長。這些措施除能機(jī)械地增大電弧長度度l外，還能借電弧在運(yùn)動中不斷與新穎冷卻介質(zhì)接觸而增大外，還能借電弧在運(yùn)動中不斷與新穎冷卻介質(zhì)接觸而增大弧柱電場強(qiáng)度弧柱電場強(qiáng)度E，從而增大弧柱電壓降。，從而增大弧柱電壓降。(2)增大近極區(qū)電壓降增大近極區(qū)電壓降 假設(shè)在滅弧室內(nèi)設(shè)置假設(shè)干垂直于電弧的柵片假設(shè)在滅弧室內(nèi)設(shè)置假設(shè)干垂直于電弧的柵片(如如n片片) ，那么電弧被驅(qū)入滅弧室后將被它們截割為，那么電弧被驅(qū)入滅弧

29、室后將被它們截割為n+ I段短段短弧弧(圖圖2-12d)，故電弧電壓降，故電弧電壓降 UA=(n+1)Uo十十EI 這比無柵片時增大了這比無柵片時增大了nU0，所以也能起到使電弧伏，所以也能起到使電弧伏安特性上移的作用。安特性上移的作用。(3)增大弧柱電場強(qiáng)度增大弧柱電場強(qiáng)度 詳細(xì)措施有增大氣體介質(zhì)的壓強(qiáng)、增大電弧與介質(zhì)詳細(xì)措施有增大氣體介質(zhì)的壓強(qiáng)、增大電弧與介質(zhì)間的相對運(yùn)動速度、使電弧與溫度較低的絕緣資料嚴(yán)密間的相對運(yùn)動速度、使電弧與溫度較低的絕緣資料嚴(yán)密接觸以加速弧柱冷卻、采用如接觸以加速弧柱冷卻、采用如SF6氣體等具有劇烈消電氣體等具有劇烈消電離作用的特殊滅弧介質(zhì)以及采用真空滅弧室等。離

30、作用的特殊滅弧介質(zhì)以及采用真空滅弧室等。二、分?jǐn)嘀绷麟娐窌r的過電壓二、分?jǐn)嘀绷麟娐窌r的過電壓分?jǐn)嘀绷麟娐窌r，電弧熄滅的瞬間有分?jǐn)嘀绷麟娐窌r，電弧熄滅的瞬間有i =0及及uA =Ue，故有：，故有：所以出如今觸頭間隙上的過電壓為所以出如今觸頭間隙上的過電壓為它與電流減小的速度、即滅弧強(qiáng)度有關(guān)。滅弧才干越強(qiáng)，電流減小就越它與電流減小的速度、即滅弧強(qiáng)度有關(guān)。滅弧才干越強(qiáng)，電流減小就越快，過電壓也越高?？欤^電壓也越高。由上式能導(dǎo)出燃弧時間計算公式由上式能導(dǎo)出燃弧時間計算公式此式宜以圖解積分法求解，即先作此式宜以圖解積分法求解，即先作1/U =f(i)曲線，再求曲線在由曲線，再求曲線在由I至至0一一段

31、內(nèi)包圍的面積，最后乘以電感值段內(nèi)包圍的面積，最后乘以電感值L。顯然，線路的電感越大，其所儲。顯然，線路的電感越大，其所儲存并需求經(jīng)由電弧間隙散出的能量也越大，因此滅弧越發(fā)困難，所需時存并需求經(jīng)由電弧間隙散出的能量也越大，因此滅弧越發(fā)困難，所需時間也越長。間也越長。決議過電壓的要素主要是滅弧強(qiáng)度:過強(qiáng)會導(dǎo)致甚高的過電壓，過低將延伸滅弧時間。為防止分?jǐn)嚯姼行载?fù)載時出現(xiàn)過高的、危及絕緣或?qū)е码娀≈厝嫉倪^電壓，必需采取限制措施。假設(shè)給負(fù)載并聯(lián)一電阻 RS(圖2-13a)，那么切斷電流時應(yīng)有故負(fù)載兩端的電壓而t =0時弧隙兩端過電壓的最大值為由此可見，選擇適當(dāng)?shù)腞s值可將過電壓降低到允許的程度。但為防止

32、增大功率損耗，應(yīng)與并聯(lián)電阻Rs串聯(lián)一個二極管VD (圖2-13b)。有時也采用雙斷口電路(圖2-13c)以降低過電壓。分?jǐn)鄷r，斷口CI先分?jǐn)?，C2后分?jǐn)?。由于斷口C2和電阻Rs的存在，斷口CI處的電弧就容易熄滅了。斷匚C2處的電弧那么因Rs的限流作用，且它本身又被設(shè)計為具有較小的滅弧強(qiáng)度，故也易熄滅。這種電路多用于高壓系統(tǒng)。第 五節(jié) 交流電弧及其熄滅 就直流電弧而論，只需電弧電流等于零即可以為它已熄滅，除非弧隙被過電壓重新?lián)舸＝涣麟娀∧敲床蝗?，由于其電流會自然過零。在此之后同時有兩種過程在進(jìn)展著:一為電弧間隙內(nèi)絕緣介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程-介質(zhì)恢復(fù)過程;另一為弧隙電壓恢復(fù)過程。假設(shè)介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度

33、一直高于電壓恢復(fù)速度，弧隙內(nèi)的電離必然逐漸減弱，最終使弧隙呈完全絕緣形狀，電弧也不會重燃。否那么弧隙中的電離將逐漸加強(qiáng)，及至帶電粒子濃度超越某一定值，電弧便重燃。因此，交流電弧熄滅與否需視電弧電流過零后介質(zhì)恢復(fù)過程能否超越電壓恢復(fù)過程而定。如圖2-14所示，當(dāng)介質(zhì)恢復(fù)速度(曲線1)一直超越電壓恢復(fù)速度(曲線3)時，由于UjfUhf，電弧不會重燃。反之，當(dāng)介質(zhì)恢復(fù)速度在某些時候(曲線2)小于電壓恢復(fù)速度時，電弧還會重新熄滅，也即電弧未能熄滅。一、弧隙介質(zhì)恢復(fù)過程一、弧隙介質(zhì)恢復(fù)過程n交流電弧電流自然過零后、弧隙介質(zhì)恢復(fù)過程便已開場，但在近陰極區(qū)和其他部交流電弧電流自然過零后、弧隙介質(zhì)恢復(fù)過程便已

34、開場，但在近陰極區(qū)和其他部分分(生要是弧柱區(qū)生要是弧柱區(qū))恢復(fù)過程有所不同?；謴?fù)過程有所不同。(一一)近陰極區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程近陰極區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程 電弧電流過零后弧隙兩端的電極立刻改動極性。在新的近電弧電流過零后弧隙兩端的電極立刻改動極性。在新的近陰極區(qū)內(nèi)外，電子運(yùn)動速度為正離子的成千倍，故它們于剛陰極區(qū)內(nèi)外，電子運(yùn)動速度為正離子的成千倍，故它們于剛改動極性時即迅速分開而移向新的陽極，使此處僅留下正離改動極性時即迅速分開而移向新的陽極，使此處僅留下正離子。同時，新陰極正是原來的陽極，附近正離子并不多，以子。同時，新陰極正是原來的陽極，附近正離子并不多，以致難以在新陰極外表產(chǎn)生場致發(fā)射以提供繼續(xù)

35、的電子流。另致難以在新陰極外表產(chǎn)生場致發(fā)射以提供繼續(xù)的電子流。另外，新陰極在電流過零前后的溫度已降低到熱電離溫度以下，外，新陰極在電流過零前后的溫度已降低到熱電離溫度以下，亦難以借熱發(fā)射提供繼續(xù)的電子流。因此，電流過零后只需亦難以借熱發(fā)射提供繼續(xù)的電子流。因此，電流過零后只需經(jīng)過經(jīng)過0.1 lus，即可在近陰極區(qū)獲得，即可在近陰極區(qū)獲得150 250V的介質(zhì)強(qiáng)度的介質(zhì)強(qiáng)度(詳細(xì)量值視陰極溫度而定，溫度越低，介質(zhì)強(qiáng)度越高詳細(xì)量值視陰極溫度而定，溫度越低，介質(zhì)強(qiáng)度越高)。圖。圖2-15給出了剛改動極性時近陰極區(qū)的情況。給出了剛改動極性時近陰極區(qū)的情況。 倘假設(shè)在滅弧室內(nèi)設(shè)假設(shè)干金屬柵片，將進(jìn)人滅弧

36、室內(nèi)倘假設(shè)在滅弧室內(nèi)設(shè)假設(shè)干金屬柵片，將進(jìn)人滅弧室內(nèi)的電弧截割劇成許多段串聯(lián)的短弧，那么電流過零后每一短的電弧截割劇成許多段串聯(lián)的短弧，那么電流過零后每一短弧的近陰極區(qū)均將立刻出現(xiàn)弧的近陰極區(qū)均將立刻出現(xiàn)150 250V的介質(zhì)強(qiáng)度的介質(zhì)強(qiáng)度(由于弧隙由于弧隙熱慣性的影響，實(shí)踐介質(zhì)強(qiáng)度要低一些熱慣性的影響，實(shí)踐介質(zhì)強(qiáng)度要低一些)。當(dāng)它們的總和大于。當(dāng)它們的總和大于電網(wǎng)電壓電網(wǎng)電壓(包括過電壓包括過電壓)時，電弧便熄滅。出現(xiàn)于近陰極區(qū)的時，電弧便熄滅。出現(xiàn)于近陰極區(qū)的這種景象稱為近陰極效應(yīng)，綜合利用截割電弧和近陰極效應(yīng)這種景象稱為近陰極效應(yīng)，綜合利用截割電弧和近陰極效應(yīng)滅弧的方法稱為短弧滅弧原理，

37、它廣泛用于低壓交流開關(guān)電滅弧的方法稱為短弧滅弧原理，它廣泛用于低壓交流開關(guān)電器。器。(二二)弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程 電弧電流自然過零前后的數(shù)十微秒內(nèi)，電弧電流自然過零前后的數(shù)十微秒內(nèi)，電流已近乎等于零，故這段時間被稱為零休電流已近乎等于零，故這段時間被稱為零休時間。由于熱慣性的影響，零休期間電弧電時間。由于熱慣性的影響，零休期間電弧電阻阻Rh并非無窮大，而是因滅弧強(qiáng)度不同呈并非無窮大，而是因滅弧強(qiáng)度不同呈現(xiàn)不同量值?，F(xiàn)不同量值。 弧隙電阻非無窮大意味著弧隙內(nèi)尚有殘弧隙電阻非無窮大意味著弧隙內(nèi)尚有殘留的帶電粒子和它們構(gòu)成的剩余電流，故電留的帶電粒子和它們構(gòu)成的剩余電流，故電源仍

38、向弧隙保送能量。當(dāng)后者小于電弧散出源仍向弧隙保送能量。當(dāng)后者小于電弧散出的能量時，弧隙內(nèi)溫度降低，消電離作用加的能量時，弧隙內(nèi)溫度降低，消電離作用加強(qiáng)，弧隙電阻不斷增大，直至無窮大，也即強(qiáng)，弧隙電阻不斷增大，直至無窮大，也即弧隙變成了具有一定強(qiáng)度的介質(zhì)，電弧也將弧隙變成了具有一定強(qiáng)度的介質(zhì)，電弧也將熄滅。反之假設(shè)弧隙取自電源的能量大于其熄滅。反之假設(shè)弧隙取自電源的能量大于其散出的能量，散出的能量， Rh將迅速減小，剩余電流不將迅速減小，剩余電流不斷增大，使電弧重新熄滅。這就是所謂熱擊斷增大，使電弧重新熄滅。這就是所謂熱擊穿。穿。 然而，熱擊穿存在與否還不是交流電弧然而，熱擊穿存在與否還不是交流

39、電弧能否能熄滅的獨(dú)一條件。不出現(xiàn)熱擊穿固然能否能熄滅的獨(dú)一條件。不出現(xiàn)熱擊穿固然意味著熱電離已根本停頓，但當(dāng)弧隙兩端的意味著熱電離已根本停頓，但當(dāng)弧隙兩端的電壓足夠高時，仍能夠?qū)⒒∠秲?nèi)的高溫氣體電壓足夠高時，仍能夠?qū)⒒∠秲?nèi)的高溫氣體擊穿，重新燃弧。這種景象稱為電擊穿。因擊穿，重新燃弧。這種景象稱為電擊穿。因此，交流電弧電流自然過零后的弧柱區(qū)介質(zhì)此，交流電弧電流自然過零后的弧柱區(qū)介質(zhì)恢復(fù)過程大抵可分為熱擊穿和電擊穿兩個階恢復(fù)過程大抵可分為熱擊穿和電擊穿兩個階段。段。交流電弧的熄滅條件那么可歸結(jié)為交流電弧的熄滅條件那么可歸結(jié)為:在零休在零休期間，弧隙的輸入能量恒小于輸出能量，因期間，弧隙的輸入能量

40、恒小于輸出能量，因此無熱積累此無熱積累;在電流過零后，恢復(fù)電壓又缺在電流過零后，恢復(fù)電壓又缺乏以將已構(gòu)成的弧隙介質(zhì)擊穿。乏以將已構(gòu)成的弧隙介質(zhì)擊穿。二、弧隙電壓恢復(fù)過程二、弧隙電壓恢復(fù)過程n電弧電流過零后，弧隙兩端的電壓將由零或反向的電弧電壓上升到此時的電源電壓。這一電壓上升過程稱為電壓恢復(fù)過程，此過程中的弧隙電壓那么稱為恢復(fù)電壓。n電壓恢復(fù)過程進(jìn)展情況與電路參數(shù)有關(guān)。分?jǐn)嚯娮栊噪娐窌r(圖2-16a), 電弧電流i與電源電壓U同相，故電流過零時電壓亦為零。這樣，電流過零后作用于弧隙的電壓-恢復(fù)電壓uhf自零開場按正弦規(guī)律上升，而無暫態(tài)分量，只需穩(wěn)態(tài)分量-工頻正弦電壓。n假設(shè)分?jǐn)嚯姼行噪娐?圖2

41、-16b)，因電流滯后于電源電壓約90度，故電流過零時電源電壓恰為幅值。因此，電流過零后加在弧隙上的恢復(fù)電壓將自零躍升到電源電壓幅值，并于以后按正弦規(guī)律變化。這時的恢復(fù)電壓含上升很快的暫態(tài)分量。n分?jǐn)嚯娙菪噪娐窌r(圖2-16c)，因電流越前電源電壓約90度，電流過零時電壓也處于幅值，因此電容被充電到具有約為電源電壓幅值的電壓，且因電荷于電路分?jǐn)嗪鬅o處泄放而堅持著此電壓。因此，電弧電流為零時恢復(fù)電壓有一個幾乎很少衰減的暫態(tài)分量和一工頻正弦穩(wěn)態(tài)分量，并且是從零開場隨著u的變化逐漸增大，最終到達(dá)約二倍電源電壓幅值。實(shí)踐的電壓恢復(fù)過程要復(fù)雜得多，它要遭到被分?jǐn)嚯娐返南鄶?shù)、一相的斷口數(shù)、線路任務(wù)情況、滅

42、弧介質(zhì)和滅弧室構(gòu)造及分?jǐn)鄷r的初相角等許多要素的影響。鑒于電路以電感性的為多，所以分析電壓恢復(fù)過程也以它為例。為便于分析起見，只討論理想弧隙的電壓恢復(fù)過程，并設(shè)電路本身的電阻為零、且在此過程(約數(shù)百微秒)中電源電壓不變。顧及到電源繞組間的寄生電容、線路的對地電容和線間電容(其總值為C)，那么電路的電壓方程為其解為： 式中 A、B為積分常數(shù) 0為無損耗電路的固有振蕩角頻率 Ugm工頻電源電壓的幅值當(dāng)電弧電流過零(t=0)時， uc=0, du/dt=0，故積分常數(shù)A=Ugm ， B=0。于是， 此電壓Uc就是弧隙上的恢復(fù)電壓Uhf，它含穩(wěn)態(tài)分量Ugm和暫態(tài)分量Ugmcos0t。因此，電壓恢復(fù)過程是

43、角頻率為0的振蕩過程(圖2-17a)。三、交流電弧的熄滅三、交流電弧的熄滅n交流電弧的熄滅條件是在零休期間不發(fā)生熱擊穿，同時在此之后弧隙介復(fù)過程總是勝過電壓恢復(fù)過程，也即不發(fā)生電擊穿。但從滅弧效果來看，零休期間是最好的滅弧時機(jī):一那么這時弧隙的輸入功率近乎等于零，只需采取適當(dāng)措施加速電弧能量的分發(fā)以抑制熱電離，即可防止因熱擊穿引起電弧重燃; 二那么這時線路所儲能量很小，需借電弧分發(fā)的能量不大，不易因出現(xiàn)較高的過電壓而引起電擊穿。反之，假設(shè)滅弧非常劇烈，在電流自然過零前就“截流，強(qiáng)迫電弧熄滅，那么將產(chǎn)生很高的過電壓，即使不致影響滅弧，對線路及其中的設(shè)備也很不利。因此，除非有特殊要求，交流開關(guān)電器

44、多采用滅弧強(qiáng)度不過強(qiáng)的滅弧安裝，使電弧是在零休期間、而且是在電流初次自然過零時熄滅。實(shí)踐上交流電弧未必均能于電流初次自然過零時熄滅，有時需經(jīng)23個半周才熄滅。如圖2-18所示，觸頭剛分別(t =t0)時，弧隙甚小， Uh也不大。故電流在初次過零(t= t1)前，其波形根本上仍屬正弦波，且在電流過零處比電源電壓滯后約為90度。這時，介質(zhì)強(qiáng)度Ujf不大，當(dāng)恢復(fù)電壓Uhf于不久后上升到大于燃弧電壓UbI時，弧隙被擊穿，電弧重燃。在第二個半周，弧隙增大了，uh ujf均增大，電流再過零(t=t2)時的滯后角2 Ujf2時，弧隙再次被擊穿，電弧仍重燃。以后因弧隙更大，當(dāng)t = t3、即電流第三次過零時，

45、3u-iR時，電弧熄滅。時，電弧熄滅。 低壓電器中的刀開關(guān)和直動式交流低壓電器中的刀開關(guān)和直動式交流接觸器均有利用簡單滅弧原理者。但為接觸器均有利用簡單滅弧原理者。但為維護(hù)觸頭有時還設(shè)弧角，使電弧在弧角維護(hù)觸頭有時還設(shè)弧角，使電弧在弧角上熄滅，同時為限制電弧空間擴(kuò)展有時上熄滅，同時為限制電弧空間擴(kuò)展有時亦設(shè)置滅弧室。亦設(shè)置滅弧室。三、磁吹滅弧安裝三、磁吹滅弧安裝 需求較大的電動需求較大的電動力將電弧吹入滅弧室力將電弧吹入滅弧室時，要采用專門的磁時，要采用專門的磁吹線圈吹線圈(圖圖2-20)建立建立足夠強(qiáng)的磁場。它通足夠強(qiáng)的磁場。它通常有一至數(shù)匝，與觸常有一至數(shù)匝，與觸頭串聯(lián)頭串聯(lián)(雖也可與電源

46、雖也可與電源并聯(lián)，但很少見并聯(lián)，但很少見)。為。為使磁場較集中地分布使磁場較集中地分布在弧區(qū)以增大吹弧力，在弧區(qū)以增大吹弧力，線圈中央穿有鐵心，線圈中央穿有鐵心，其兩端平行地設(shè)置夾其兩端平行地設(shè)置夾著滅弧室的導(dǎo)磁鋼板。著滅弧室的導(dǎo)磁鋼板。串聯(lián)磁吹線圈的吹弧串聯(lián)磁吹線圈的吹弧效果在觸頭分?jǐn)啻箅娦Ч谟|頭分?jǐn)啻箅娏鲿r很明顯，分?jǐn)嘈×鲿r很明顯，分?jǐn)嘈‰娏鲿r那么比較遜色。電流時那么比較遜色。四、弧罩與縱縫滅弧安裝四、弧罩與縱縫滅弧安裝 為限制弧區(qū)擴(kuò)展并加速冷卻以減弱熱電離，為限制弧區(qū)擴(kuò)展并加速冷卻以減弱熱電離，常采用陶土或耐弧塑料常采用陶土或耐弧塑料(如三聚氰胺與如三聚氰胺與MP-1塑料塑料)制造的滅

47、弧室。有些滅弧室還設(shè)有狹窄的縱縫，制造的滅弧室。有些滅弧室還設(shè)有狹窄的縱縫，使電弧進(jìn)入后在與縫壁的嚴(yán)密接觸中被冷卻。使電弧進(jìn)入后在與縫壁的嚴(yán)密接觸中被冷卻。 縱縫滅弧安裝有單縱縫、多縱縫和縱向曲縫縱縫滅弧安裝有單縱縫、多縱縫和縱向曲縫等數(shù)種等數(shù)種(圖圖2-21)。為抑制電弧進(jìn)入寬度略小于其。為抑制電弧進(jìn)入寬度略小于其直徑的狹縫的阻力，有時還需磁吹配合。直徑的狹縫的阻力，有時還需磁吹配合。 縱縫多采取下寬上窄的方式，以減小電弧迸縱縫多采取下寬上窄的方式，以減小電弧迸入時的阻力。多縱縫的縫隙甚窄，且入口處寬度入時的阻力。多縱縫的縫隙甚窄，且入口處寬度是驟變的，故僅當(dāng)電流甚大時卓有效果。縱向曲是驟變

48、的，故僅當(dāng)電流甚大時卓有效果?？v向曲縫兼有逐漸拉長電弧的作用，故其效果尤佳。這縫兼有逐漸拉長電弧的作用，故其效果尤佳。這種滅弧方式多用于低壓開關(guān)電器，間或用于種滅弧方式多用于低壓開關(guān)電器，間或用于3 10kV的高壓開關(guān)電器。的高壓開關(guān)電器。五、柵片滅弧安裝五、柵片滅弧安裝 柵片滅弧安裝有絕緣柵片與金屬柵片兩種柵片滅弧安裝有絕緣柵片與金屬柵片兩種:前者借拉長電弧并使之在與它嚴(yán)密接觸的過程前者借拉長電弧并使之在與它嚴(yán)密接觸的過程中迅速冷卻中迅速冷卻;后者借將電弧截割為多段短弧、后者借將電弧截割為多段短弧、利用增大近極區(qū)電壓降利用增大近極區(qū)電壓降(特別是交流陰極效應(yīng)特別是交流陰極效應(yīng))以加強(qiáng)滅弧效果

49、以加強(qiáng)滅弧效果(圖圖2-22)。金屬柵片為鋼質(zhì)，。金屬柵片為鋼質(zhì)，它有將電弧吸引的作用和冷卻作用，但其它有將電弧吸引的作用和冷卻作用，但其V形形缺口是偏心的，且要交錯陳列以減小對電弧的缺口是偏心的，且要交錯陳列以減小對電弧的阻力。柵片滅弧安裝適用于高低壓直流和交流阻力。柵片滅弧安裝適用于高低壓直流和交流開關(guān)電器，但以低壓交流開關(guān)電器用得較多。開關(guān)電器，但以低壓交流開關(guān)電器用得較多。六、固體產(chǎn)氣滅弧安裝六、固體產(chǎn)氣滅弧安裝 它主要用于高低壓熔斷器。以低壓封鎖管式它主要用于高低壓熔斷器。以低壓封鎖管式熔斷器為例，它是利用能產(chǎn)生氣體的固體絕緣熔斷器為例，它是利用能產(chǎn)生氣體的固體絕緣資料兼作絕緣管和滅

50、弧室。電路發(fā)生短路時，資料兼作絕緣管和滅弧室。電路發(fā)生短路時，熔體窄部迅速熔化和汽化，構(gòu)成假設(shè)干串聯(lián)短熔體窄部迅速熔化和汽化，構(gòu)成假設(shè)干串聯(lián)短弧，而絕緣管那么在電弧高溫作用下迅速分解弧，而絕緣管那么在電弧高溫作用下迅速分解汽化，產(chǎn)生壓強(qiáng)達(dá)數(shù)汽化，產(chǎn)生壓強(qiáng)達(dá)數(shù)MPa的含氫高壓氣體。電的含氫高壓氣體。電弧便在近陰極效應(yīng)和高壓氣態(tài)介質(zhì)共同作用下弧便在近陰極效應(yīng)和高壓氣態(tài)介質(zhì)共同作用下很快熄滅，有時甚至能在短路電流尚未到達(dá)頂很快熄滅，有時甚至能在短路電流尚未到達(dá)頂期值之前就截流，提早分?jǐn)嚯娐?。期值之前就截流，提早分?jǐn)嚯娐?。七、石英砂滅弧安裝七、石英砂滅弧安裝 它也是主要用于高低壓熔斷器。石它也是主要用

51、于高低壓熔斷器。石英砂充填在絕緣管內(nèi)作為滅弧介質(zhì)。熔英砂充填在絕緣管內(nèi)作為滅弧介質(zhì)。熔斷器的熔體熔化后產(chǎn)生的金屬蒸氣為石斷器的熔體熔化后產(chǎn)生的金屬蒸氣為石英砂所限無法自在分散，遂構(gòu)成高壓氣英砂所限無法自在分散，遂構(gòu)成高壓氣體，使電離了的金屬蒸氣分散于石英砂體，使電離了的金屬蒸氣分散于石英砂縫隙內(nèi)，在該處冷卻并復(fù)合。這種安裝縫隙內(nèi)，在該處冷卻并復(fù)合。這種安裝滅弧才干強(qiáng)，截流作用顯著。但分?jǐn)嘈缁〔鸥蓮?qiáng)，截流作用顯著。但分?jǐn)嘈”稊?shù)過載電流時，能夠因熔體穩(wěn)態(tài)任務(wù)倍數(shù)過載電流時，能夠因熔體穩(wěn)態(tài)任務(wù)溫度較高而將石英砂熔解，構(gòu)成液態(tài)玻溫度較高而將石英砂熔解，構(gòu)成液態(tài)玻璃，并與金屬熔體作用生成絕緣性能差璃，

52、并與金屬熔體作用生成絕緣性能差的硅酸鹽，以致發(fā)生穩(wěn)定燃弧景象，特的硅酸鹽，以致發(fā)生穩(wěn)定燃弧景象，特別是在直流的場所。別是在直流的場所。八、油吹滅弧安裝八、油吹滅弧安裝 油吹滅弧安裝是以變壓器油為介質(zhì)。產(chǎn)生油吹滅弧安裝是以變壓器油為介質(zhì)。產(chǎn)生電弧后，它會使油氣化為含氫量達(dá)電弧后，它會使油氣化為含氫量達(dá)7080%的氣的氣體，后者與占總體積約體，后者與占總體積約40%的油蒸氣共同構(gòu)成的油蒸氣共同構(gòu)成油氣泡，使電弧在其中熄滅。油吹滅弧主要是油氣泡，使電弧在其中熄滅。油吹滅弧主要是利用氫氣的高導(dǎo)熱性和低粘度以加強(qiáng)對弧柱的利用氫氣的高導(dǎo)熱性和低粘度以加強(qiáng)對弧柱的冷卻作用，利用油氣為周圍冷油所限不能迅速冷卻

53、作用，利用油氣為周圍冷油所限不能迅速膨脹而構(gòu)成的膨脹而構(gòu)成的0.5 IMPa高壓以加強(qiáng)介質(zhì)強(qiáng)度，高壓以加強(qiáng)介質(zhì)強(qiáng)度，以及利用因氣泡壁各處油的氣化速度不同產(chǎn)生以及利用因氣泡壁各處油的氣化速度不同產(chǎn)生的壓力差使油氣作紊亂運(yùn)動，將剛生成的低溫的壓力差使油氣作紊亂運(yùn)動，將剛生成的低溫油氣引至弧柱以加速其冷卻。油吹滅弧的燃弧油氣引至弧柱以加速其冷卻。油吹滅弧的燃弧時間有一最大值，與之對應(yīng)的電流稱為臨界電時間有一最大值，與之對應(yīng)的電流稱為臨界電流其值因滅弧安裝構(gòu)造而異，由于弧室機(jī)械強(qiáng)流其值因滅弧安裝構(gòu)造而異，由于弧室機(jī)械強(qiáng)度的限制，油吹滅弧還有一極限開斷電流。度的限制，油吹滅弧還有一極限開斷電流。 油吹滅

54、弧安裝曾在高壓斷路器中占重要位油吹滅弧安裝曾在高壓斷路器中占重要位置，但由于構(gòu)造復(fù)雜且效果不甚理想，它已越置，但由于構(gòu)造復(fù)雜且效果不甚理想，它已越來越多地為其他方式的滅弧安裝所取代。來越多地為其他方式的滅弧安裝所取代。九、緊縮空氣滅弧安裝九、緊縮空氣滅弧安裝 它也是用于高壓電器。開斷電它也是用于高壓電器。開斷電路時，以管道將預(yù)儲的緊縮空氣引路時，以管道將預(yù)儲的緊縮空氣引向弧區(qū)猛烈吹弧。一面帶走大量熱向弧區(qū)猛烈吹弧。一面帶走大量熱量、降低弧區(qū)溫度，另一方面那么量、降低弧區(qū)溫度，另一方面那么吹散電離氣體將新穎高壓氣體補(bǔ)充吹散電離氣體將新穎高壓氣體補(bǔ)充空間。因此，這種滅弧安裝既能提空間。因此，這種滅

55、弧安裝既能提高分?jǐn)嗖鸥?、縮短燃弧時間，又能高分?jǐn)嗖鸥?、縮短燃弧時間，又能保證自動重合閘時不降低分?jǐn)嗖鸥?。保證自動重合閘時不降低分?jǐn)嗖鸥伞Ｋm無臨界電流，但仍有極限分?jǐn)嗨m無臨界電流，但仍有極限分?jǐn)嗖鸥?。然而，由于種種緣由，緊縮才干。然而，由于種種緣由，緊縮空氣滅弧安裝近年來也用得比較少空氣滅弧安裝近年來也用得比較少了。了。十、六氟化硫十、六氟化硫(SF6)氣體滅弧安裝氣體滅弧安裝 SF6氣體為共價鍵型的完全對稱正八面體氣體為共價鍵型的完全對稱正八面體分子構(gòu)造的氣體，故具有強(qiáng)負(fù)電性，極為穩(wěn)定。分子構(gòu)造的氣體，故具有強(qiáng)負(fù)電性，極為穩(wěn)定。它無色、無臭、無味、無毒、既不燃也不助燃。它無色、無臭、無味、

56、無毒、既不燃也不助燃。普通無腐蝕性。在常溫常壓下普通無腐蝕性。在常溫常壓下SF6的密度是空的密度是空氣的氣的5倍，分子量也大，故其熱導(dǎo)率雖遜于空氣，倍，分子量也大，故其熱導(dǎo)率雖遜于空氣，但熱容量大，總的熱傳導(dǎo)仍優(yōu)于空氣。但熱容量大，總的熱傳導(dǎo)仍優(yōu)于空氣。 概括起來，概括起來， SF6氣體作為滅弧介質(zhì)具有以氣體作為滅弧介質(zhì)具有以下優(yōu)點(diǎn)下優(yōu)點(diǎn):它在電弧高溫下生成的等離子體度很高，它在電弧高溫下生成的等離子體度很高，故弧隙能量小，冷卻特性好故弧隙能量小，冷卻特性好;介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)快，介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)快，絕緣及滅弧性能好，有利于減少電器的體積和絕緣及滅弧性能好，有利于減少電器的體積和分量分量;根本上無腐蝕作

57、用根本上無腐蝕作用;無火災(zāi)及爆炸危險無火災(zāi)及爆炸危險;采采用全封鎖構(gòu)造時易實(shí)現(xiàn)免維修運(yùn)轉(zhuǎn)用全封鎖構(gòu)造時易實(shí)現(xiàn)免維修運(yùn)轉(zhuǎn);可在較寬的可在較寬的溫度和壓力范圍內(nèi)運(yùn)用溫度和壓力范圍內(nèi)運(yùn)用;無噪聲及無線電干擾。無噪聲及無線電干擾。 SF6氣體的主要缺陷是液化氣體的主要缺陷是液化(-40度時，任度時，任務(wù)壓力不得大于務(wù)壓力不得大于0.35MPa;-35度時不得大于度時不得大于0.5MPa)，而且在不均勻電場中其擊穿電壓會明，而且在不均勻電場中其擊穿電壓會明顯下降。顯下降。 目前，目前，SF6氣體滅弧安裝已廣泛用于高壓斷氣體滅弧安裝已廣泛用于高壓斷路器，同時此氣體還廣泛用于全封鎖式高壓組路器，同時此氣體還

58、廣泛用于全封鎖式高壓組合及成套設(shè)備中作為滅弧和絕緣介質(zhì)。合及成套設(shè)備中作為滅弧和絕緣介質(zhì)。十一、真空滅弧安裝十一、真空滅弧安裝 此滅弧安裝以真空作為絕緣及滅弧手段。此滅弧安裝以真空作為絕緣及滅弧手段。當(dāng)滅弧室真空度在當(dāng)滅弧室真空度在1.3310-3Pa以下時，電子的以下時，電子的自在行程達(dá)自在行程達(dá)43m，發(fā)生碰撞電離的概率極小。，發(fā)生碰撞電離的概率極小。因此，電弧是靠電極蒸發(fā)的金屬蒸氣電離生成因此，電弧是靠電極蒸發(fā)的金屬蒸氣電離生成的。假設(shè)電極資料選用得當(dāng)，且外表加工良好，的。假設(shè)電極資料選用得當(dāng)，且外表加工良好，金屬蒸氣就既不多又易分散，故真空滅弧效果金屬蒸氣就既不多又易分散，故真空滅弧效

59、果比其他方式都強(qiáng)得多。真空滅弧具有以下優(yōu)點(diǎn)：比其他方式都強(qiáng)得多。真空滅弧具有以下優(yōu)點(diǎn)：觸頭開距小觸頭開距小(10kV級的僅需級的僅需10mm左右左右)，故滅，故滅弧室小，所需操作力也小，動作迅速弧室小，所需操作力也小，動作迅速;燃弧時間燃弧時間短到半個周期左右，且與電流大小無關(guān)短到半個周期左右，且與電流大小無關(guān);介質(zhì)強(qiáng)介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)快；防火防爆性能好；觸頭運(yùn)用期限長，度恢復(fù)快；防火防爆性能好；觸頭運(yùn)用期限長，尤適宜于操作頻率高的場所。其缺陷主要是截尤適宜于操作頻率高的場所。其缺陷主要是截流才干過強(qiáng)，滅弧時易產(chǎn)生甚高的過電壓。目流才干過強(qiáng)，滅弧時易產(chǎn)生甚高的過電壓。目前，高低壓電器均開展了采用真空

60、滅弧安裝的前，高低壓電器均開展了采用真空滅弧安裝的工業(yè)產(chǎn)品。工業(yè)產(chǎn)品。十二、無弧分?jǐn)嗍o弧分?jǐn)?實(shí)現(xiàn)無弧分?jǐn)嗥胀ㄓ袃煞N方法實(shí)現(xiàn)無弧分?jǐn)嗥胀ㄓ袃煞N方法:一是在交一是在交變電流自然過零時分?jǐn)嚯娐?，同時以極快的速變電流自然過零時分?jǐn)嚯娐?，同時以極快的速度使動靜觸頭分別到足以耐受恢復(fù)電壓的間隔，度使動靜觸頭分別到足以耐受恢復(fù)電壓的間隔，使電弧甚弱或無從產(chǎn)生使電弧甚弱或無從產(chǎn)生;二是給觸頭并聯(lián)晶閘二是給觸頭并聯(lián)晶閘管，并使之承當(dāng)電路的通斷，而觸頭僅在穩(wěn)態(tài)管，并使之承當(dāng)電路的通斷，而觸頭僅在穩(wěn)態(tài)下任務(wù)。下任務(wù)。(一一)同步開關(guān)同步開關(guān) 圖圖2-23所示為帶緊縮空氣滅弧安裝的同步所示為帶緊縮空氣滅弧安裝