開關電器中的滅弧原理課件

3.0開關電器中的滅弧原理3.0開關電器中的1開關電器中的滅弧原理課件2開關電器中的滅弧原理課件3開關電器中的滅弧原理課件4開關電器中的滅弧原理課件51、電弧的概念2、電弧的產(chǎn)生3、電弧的分類4、電弧的危害5、電弧的用途6、如何熄滅電弧開動腦筋，自主學習：

按照已經(jīng)劃分的小組，使用網(wǎng)絡搜索下列問題，并將自己認為準確的答案發(fā)送至班級微信群。1、電弧的概念開動腦筋，自主學習：6▉電弧放電的特征1.電弧的概念當開關電器開斷電路時，電壓和電流達到一定值時，觸頭剛剛分離后，觸頭之間就會產(chǎn)生強烈的白光，稱為電弧。

2.電弧的本質電弧的實質是一種氣體放電現(xiàn)象。

3.電弧放電的特征

（1）電弧由三部分組成。包括陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)。（2）電弧溫度很高（100000C）。（3）電弧是一種自持放電現(xiàn)象。（4）電弧是一束游離的的氣體。▉電弧放電的特征1.電弧的概念7電弧現(xiàn)象1．電弧是一種能量集中、溫度很高、亮度很強的放電現(xiàn)象。如10kV少油斷路器開斷20kA的電流時，電弧功率高達10000kW以上，造成電弧及其附近區(qū)域的介質及其強烈的物理化學變化，可能燒壞觸頭及觸頭附近的其他部件。如果電弧長期不滅，將會引起電器被燒毀甚至爆炸，危機電力系統(tǒng)的安全運行，造成重大損失。所以，切斷電路時，必須盡快熄滅電弧。2．電弧是導體。開關電器的觸頭雖然已經(jīng)分開，但是觸頭間如有電弧存在，電路就還沒有斷開，電流仍然存在。電弧現(xiàn)象83．電弧是一種自持放電現(xiàn)象，即電弧一旦形成，維持電弧穩(wěn)定燃燒所需的電壓很低。如，大氣中1cm長的直流電弧的弧柱電壓只有15－30V，在變壓器油中也不過100－200V。4．電弧是一束游離氣體，質量很輕，容易變形，在外力作用下（如氣體、液體的流動或電動力作用）會迅速移動、伸長或彎曲，對敞露在大氣中的電弧尤為明顯。如，在大氣中開斷交流110kV、5A的電流時，電弧長度超過7m。電弧移動速度可達每秒幾十米至幾百米。3．電弧是一種自持放電現(xiàn)象，即電弧一旦形成，維持電弧穩(wěn)定燃燒9開關設備進行切斷電路或關合電路時，若動、靜觸頭之間的電場強度大于介質強度，則觸頭之間的絕緣氣體被擊穿，成為游離狀態(tài)，在游離狀態(tài)下的氣體具有很強的導電性能，這實質上是絕緣介質轉變成了導電體，也就是形成了電弧。為什么在切斷有電流通過的電路時會形成導電的弧道？開關在斷開的狀態(tài)時，動、靜觸頭間一般是不導電的絕緣氣體。開關設備進行切斷電路或關合電路時，若動、靜10開斷電路時電弧的產(chǎn)生過程開斷電路時電弧的產(chǎn)生過程11開斷電路時電弧的產(chǎn)生過程開斷電路時電弧的產(chǎn)生過程12

▉

電弧放電的危害（1）電弧的存在延長了開關電器開斷故障電路的時間，加重了電力系統(tǒng)短路故障的危害。（2）電弧產(chǎn)生的高溫，將使觸頭表面熔化和蒸化，燒壞絕緣材料。對充油電氣設備還可能引起著火、爆炸等危險。（3）由于電弧在電動力、熱力作用下能移動，很容易造成飛弧短路和傷人，或引起事故的擴大。▉電弧放電的危害（1）電弧的存在延長了開關13

定義：在直流電路中產(chǎn)生的電弧叫直流電弧1.電弧電壓分布圖電弧電壓＝陰極區(qū)壓降＋弧柱壓降＋陽極區(qū)壓降直流電弧的特性

定義：在直流電路中產(chǎn)生的電弧叫直流電弧1.電弧電壓分布圖電141.拉長電弧2.開斷電路時在電路中逐級串入電阻直流電弧的熄滅方法3.在斷口上裝滅弧柵4.冷卻電弧1.拉長電弧直流電弧的熄滅方法3.在斷口上裝滅弧柵4.冷卻電153.在斷口上裝滅弧柵4.冷卻電弧3.在斷口上裝滅弧柵4.冷卻電弧16交流電弧的熄滅方法交流電弧的熄滅方法17熄滅交流電弧的方法一、提高觸頭的分閘速度二、采用多斷口三、吹弧■吹弧氣流產(chǎn)生的方法■吹弧的方向四、短弧原理滅弧五、利用固體介質的狹縫狹溝滅弧六、采用耐高溫金屬材料制作觸頭七、采用優(yōu)質滅弧介質熄滅交流電弧的方法一、提高觸頭的分閘速度18▉

提高觸頭的分閘速度

迅速拉長電弧，有利于迅速減小弧柱中的電位梯度，增加電弧與周圍介質的接觸面積，加強冷卻和擴散的作用。因此，現(xiàn)代高壓開關中都采取了迅速拉長電弧的措施滅弧，如采用強力分閘彈簧，其分閘速度已達16m/s以上。▉提高觸頭的分閘速度19無彈簧有彈簧加速觸頭的分離速度，迅速拉長電弧。無彈簧有彈簧加速觸頭的分離速度，迅速拉長電弧。20▉

采用多斷口

每一相有兩個或多個斷口相串聯(lián)。在熄弧時，多斷口把電弧分割成多個相串聯(lián)的小電弧段。多斷口使電弧的總長度加長，導致弧隙的電阻增加；在觸頭行程、分閘速度相同的情況下，電弧被拉長的速度成倍增加，使弧隙電阻加速增大，提高了介質強度的恢復速度，縮短了滅弧時間。采用多斷口時，加在每一斷口上的電壓成倍減少，降低了弧隙的恢復電壓，亦有利于熄滅電弧。在要求將電弧拉到同樣的長度時，采用多斷口結構成倍減小了觸頭行程，也就減小了開關電器的尺寸。▉采用多斷口每一相有兩個或多個斷口相串聯(lián)。21▉采用多斷口▉采用多斷口22▉

吹弧—吹弧氣流產(chǎn)生法

用新鮮而且低溫的介質吹拂電弧時，可以將帶電質點吹到弧隙以外，加強了擴散，由于電弧被拉長變細，使弧隙的電導下降。吹弧還使電弧的溫度下降，熱游離減弱，復合加快。按吹弧氣流的產(chǎn)生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分為以下幾種。

1.吹弧氣流產(chǎn)生的方法有：

（1）用油氣吹弧用油氣作吹弧介質的斷路器稱為油斷路器。在這種斷路器中，有用專用材料制成的滅弧室，其中充滿了絕緣油。當斷路器觸頭分離產(chǎn)生電弧后，電弧的高溫使一部分絕緣油迅速分解為氫氣、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等氣體，其中氫的滅弧能力是空氣的7.5倍。這些油氣體在滅弧室中積蓄能量，一旦打開吹口，即形成高壓氣流吹弧。▉吹弧—吹弧氣流產(chǎn)生法用新鮮而且低溫23▉吹弧—吹弧氣流產(chǎn)生法...（2）

（2）用壓縮空氣或六氟化硫氣體吹弧將20個左右大氣壓的壓縮空氣或5個大氣壓左右的六氟化硫氣體（SF6）先儲存在專門的儲氣罐中，斷路器分閘時產(chǎn)生電弧，隨后打開噴口，用具有一定壓力的氣體吹弧。

（3）產(chǎn)氣管吹弧產(chǎn)氣管由纖維、塑料等有機固體材料制成，電弧燃燒時與管的內壁緊密接觸，在高溫作用下，一部分管壁材料迅速分解為氫氣、二氧化碳等，這些氣體在管內受熱膨脹，增高壓力，向管的端部形成吹弧。▉吹弧—吹弧氣流產(chǎn)生法...（2）（2）用壓24▉吹弧—吹弧方向法…（1）2.按吹弧的方向分為：（1）縱吹吹弧的介質（氣流或油流）沿電弧方向的吹拂稱為縱吹，縱吹能增強弧柱中的帶電質點向外擴散，使新鮮介質更好地與熾熱電弧接觸，加強電弧的冷卻，有利于迅速滅弧。

（2）橫吹橫吹時氣流或油流的方向與觸頭運動方向是垂直的，或者說與電弧軸線方向垂直。橫吹不但能加強冷卻和增強擴散，還能將電弧迅速吹彎吹長。有介質滅弧柵的橫吹滅弧室，柵片能更充分地冷卻和吸附電弧，加強去游離。在相同的工作條件下，橫吹比縱吹效果要好。▉吹弧—吹弧方向法…（1）2.按吹25

▉吹弧—吹弧方向法…（2）

▉吹弧—吹弧方向法…（2）26

▉吹弧—吹弧方向法…（3）

（3）縱橫吹橫吹滅弧室在開斷小電流時因室內壓力太小，開斷性能較差。為了改善開斷小電流時的滅弧性能，可將縱吹和橫吹結合起來。在大電流時主要靠橫吹，小電流時主要靠縱吹，這就是縱橫吹滅弧室。▉吹弧—吹弧方向法…（3）（3）縱橫吹27

▉短弧原理滅弧

滅弧裝置是一個金屬柵滅弧罩，利用將電弧分為多個串聯(lián)的短弧的方法來滅弧。由于受到電磁力的作用，電弧從金屬柵片的缺口處被引入金屬柵片內，一束長弧就被多個金屬片分割成多個串聯(lián)的短弧。如果所有串聯(lián)短弧陰極區(qū)的起始介質強度或陰極區(qū)的電壓降的總和永遠大于觸頭間的外施電壓，電弧就不再重燃而熄滅。采用缺口鐵質柵片，是為了減少電弧進入柵片的阻力，縮短燃弧時間。▉短弧原理滅弧滅弧裝置是一個金屬柵滅弧罩，28

▉利用固體介質的狹縫狹溝滅弧

滅弧裝置的滅弧片是由石棉水泥或陶土制成的。觸頭間產(chǎn)生電弧后，在磁吹裝置產(chǎn)生的磁場作用下，將電弧吹入又滅弧片構成的狹縫中，把電弧迅速拉長的同時，使電弧與滅弧片內壁緊密接觸，對電弧的表面進行冷卻和吸附，產(chǎn)生強烈的去游離。原理圖如2-16所示。石英砂熔斷器中的熔絲熔斷時，在石英砂的狹溝中產(chǎn)生電弧。由于受到石英砂的冷卻和表面吸附作用，使電弧迅速熄滅。同時，熔絲氣化時產(chǎn)生的金屬蒸汽滲入石英砂中遇冷而迅速凝結，大大減少了弧隙中的金屬蒸汽，使得電弧容易熄滅。原理圖如2-17所示。▉利用固體介質的狹縫狹溝滅弧滅弧裝置的滅弧29

▉利用固體介質的狹縫狹溝滅弧▉利用固體介質的狹縫狹溝滅弧30

▉用耐高溫金屬材料作觸頭、優(yōu)質滅弧介質

觸頭材料對電弧中的去游離也有一定影響，用熔點高、導熱系數(shù)和熱容量大的耐高溫金屬制作觸頭，可以減少熱電子發(fā)射和電弧中的金屬蒸汽，從而減弱了游離過程，有利于熄滅電弧。滅弧介質的特性，如導熱系數(shù)、電強度、熱游離溫度、熱容量等，對電弧的游離程度具有很大影響，這些參數(shù)值越大，去游離作用就越強。在高壓開關中，廣泛采用壓縮空氣、六氟化硫（SF6）氣體、真空等作為滅弧介質。▉用耐高溫金屬材料作觸頭、優(yōu)質滅弧介質觸頭311.電弧的概念當開關電器開斷電路時，電壓和電流達到一定值時，觸頭剛剛分離后，觸頭之間就會產(chǎn)生強烈的白光，稱為電弧。2.電弧的本質電弧的實質是一種氣體放電現(xiàn)象。3.電弧的危害（1）電弧的存在延長了開關電器開斷故障電路的時間，加重了電力系統(tǒng)短路故障的危害。（2）電弧產(chǎn)生的高溫，將使觸頭表面熔化和蒸化，燒壞絕緣材料。對充油電氣設備還可能引起著火、爆炸等危險。（3）由于電弧在電動力、熱力作用下能移動，很容易造成飛弧短路和傷人，或引起事故的擴大。4.熄滅交流電弧的方法（1）提高觸頭的分閘速度（2）采用多斷口（3）吹?。?）短弧原理滅?。?）利用固體介質的狹縫狹溝滅弧（6）采用耐高溫金屬材料制作觸頭（7）采用優(yōu)質滅弧介質1.電弧的概念32開關電器中的滅弧原理課件333.0開關電器中的滅弧原理3.0開關電器中的34開關電器中的滅弧原理課件35開關電器中的滅弧原理課件36開關電器中的滅弧原理課件37開關電器中的滅弧原理課件381、電弧的概念2、電弧的產(chǎn)生3、電弧的分類4、電弧的危害5、電弧的用途6、如何熄滅電弧開動腦筋，自主學習：

按照已經(jīng)劃分的小組，使用網(wǎng)絡搜索下列問題，并將自己認為準確的答案發(fā)送至班級微信群。1、電弧的概念開動腦筋，自主學習：39▉電弧放電的特征1.電弧的概念當開關電器開斷電路時，電壓和電流達到一定值時，觸頭剛剛分離后，觸頭之間就會產(chǎn)生強烈的白光，稱為電弧。

2.電弧的本質電弧的實質是一種氣體放電現(xiàn)象。

3.電弧放電的特征

（1）電弧由三部分組成。包括陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)。（2）電弧溫度很高（100000C）。（3）電弧是一種自持放電現(xiàn)象。（4）電弧是一束游離的的氣體。▉電弧放電的特征1.電弧的概念40電弧現(xiàn)象1．電弧是一種能量集中、溫度很高、亮度很強的放電現(xiàn)象。如10kV少油斷路器開斷20kA的電流時，電弧功率高達10000kW以上，造成電弧及其附近區(qū)域的介質及其強烈的物理化學變化，可能燒壞觸頭及觸頭附近的其他部件。如果電弧長期不滅，將會引起電器被燒毀甚至爆炸，危機電力系統(tǒng)的安全運行，造成重大損失。所以，切斷電路時，必須盡快熄滅電弧。2．電弧是導體。開關電器的觸頭雖然已經(jīng)分開，但是觸頭間如有電弧存在，電路就還沒有斷開，電流仍然存在。電弧現(xiàn)象413．電弧是一種自持放電現(xiàn)象，即電弧一旦形成，維持電弧穩(wěn)定燃燒所需的電壓很低。如，大氣中1cm長的直流電弧的弧柱電壓只有15－30V，在變壓器油中也不過100－200V。4．電弧是一束游離氣體，質量很輕，容易變形，在外力作用下（如氣體、液體的流動或電動力作用）會迅速移動、伸長或彎曲，對敞露在大氣中的電弧尤為明顯。如，在大氣中開斷交流110kV、5A的電流時，電弧長度超過7m。電弧移動速度可達每秒幾十米至幾百米。3．電弧是一種自持放電現(xiàn)象，即電弧一旦形成，維持電弧穩(wěn)定燃燒42開關設備進行切斷電路或關合電路時，若動、靜觸頭之間的電場強度大于介質強度，則觸頭之間的絕緣氣體被擊穿，成為游離狀態(tài)，在游離狀態(tài)下的氣體具有很強的導電性能，這實質上是絕緣介質轉變成了導電體，也就是形成了電弧。為什么在切斷有電流通過的電路時會形成導電的弧道？開關在斷開的狀態(tài)時，動、靜觸頭間一般是不導電的絕緣氣體。開關設備進行切斷電路或關合電路時，若動、靜43開斷電路時電弧的產(chǎn)生過程開斷電路時電弧的產(chǎn)生過程44開斷電路時電弧的產(chǎn)生過程開斷電路時電弧的產(chǎn)生過程45

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電弧放電的危害（1）電弧的存在延長了開關電器開斷故障電路的時間，加重了電力系統(tǒng)短路故障的危害。（2）電弧產(chǎn)生的高溫，將使觸頭表面熔化和蒸化，燒壞絕緣材料。對充油電氣設備還可能引起著火、爆炸等危險。（3）由于電弧在電動力、熱力作用下能移動，很容易造成飛弧短路和傷人，或引起事故的擴大。▉電弧放電的危害（1）電弧的存在延長了開關46

定義：在直流電路中產(chǎn)生的電弧叫直流電弧1.電弧電壓分布圖電弧電壓＝陰極區(qū)壓降＋弧柱壓降＋陽極區(qū)壓降直流電弧的特性

定義：在直流電路中產(chǎn)生的電弧叫直流電弧1.電弧電壓分布圖電471.拉長電弧2.開斷電路時在電路中逐級串入電阻直流電弧的熄滅方法3.在斷口上裝滅弧柵4.冷卻電弧1.拉長電弧直流電弧的熄滅方法3.在斷口上裝滅弧柵4.冷卻電483.在斷口上裝滅弧柵4.冷卻電弧3.在斷口上裝滅弧柵4.冷卻電弧49交流電弧的熄滅方法交流電弧的熄滅方法50熄滅交流電弧的方法一、提高觸頭的分閘速度二、采用多斷口三、吹弧■吹弧氣流產(chǎn)生的方法■吹弧的方向四、短弧原理滅弧五、利用固體介質的狹縫狹溝滅弧六、采用耐高溫金屬材料制作觸頭七、采用優(yōu)質滅弧介質熄滅交流電弧的方法一、提高觸頭的分閘速度51▉

提高觸頭的分閘速度

迅速拉長電弧，有利于迅速減小弧柱中的電位梯度，增加電弧與周圍介質的接觸面積，加強冷卻和擴散的作用。因此，現(xiàn)代高壓開關中都采取了迅速拉長電弧的措施滅弧，如采用強力分閘彈簧，其分閘速度已達16m/s以上。▉提高觸頭的分閘速度52無彈簧有彈簧加速觸頭的分離速度，迅速拉長電弧。無彈簧有彈簧加速觸頭的分離速度，迅速拉長電弧。53▉

采用多斷口

每一相有兩個或多個斷口相串聯(lián)。在熄弧時，多斷口把電弧分割成多個相串聯(lián)的小電弧段。多斷口使電弧的總長度加長，導致弧隙的電阻增加；在觸頭行程、分閘速度相同的情況下，電弧被拉長的速度成倍增加，使弧隙電阻加速增大，提高了介質強度的恢復速度，縮短了滅弧時間。采用多斷口時，加在每一斷口上的電壓成倍減少，降低了弧隙的恢復電壓，亦有利于熄滅電弧。在要求將電弧拉到同樣的長度時，采用多斷口結構成倍減小了觸頭行程，也就減小了開關電器的尺寸。▉采用多斷口每一相有兩個或多個斷口相串聯(lián)。54▉采用多斷口▉采用多斷口55▉

吹弧—吹弧氣流產(chǎn)生法

用新鮮而且低溫的介質吹拂電弧時，可以將帶電質點吹到弧隙以外，加強了擴散，由于電弧被拉長變細，使弧隙的電導下降。吹弧還使電弧的溫度下降，熱游離減弱，復合加快。按吹弧氣流的產(chǎn)生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分為以下幾種。

1.吹弧氣流產(chǎn)生的方法有：

（1）用油氣吹弧用油氣作吹弧介質的斷路器稱為油斷路器。在這種斷路器中，有用專用材料制成的滅弧室，其中充滿了絕緣油。當斷路器觸頭分離產(chǎn)生電弧后，電弧的高溫使一部分絕緣油迅速分解為氫氣、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等氣體，其中氫的滅弧能力是空氣的7.5倍。這些油氣體在滅弧室中積蓄能量，一旦打開吹口，即形成高壓氣流吹弧。▉吹弧—吹弧氣流產(chǎn)生法用新鮮而且低溫56▉吹弧—吹弧氣流產(chǎn)生法...（2）

（2）用壓縮空氣或六氟化硫氣體吹弧將20個左右大氣壓的壓縮空氣或5個大氣壓左右的六氟化硫氣體（SF6）先儲存在專門的儲氣罐中，斷路器分閘時產(chǎn)生電弧，隨后打開噴口，用具有一定壓力的氣體吹弧。

（3）產(chǎn)氣管吹弧產(chǎn)氣管由纖維、塑料等有機固體材料制成，電弧燃燒時與管的內壁緊密接觸，在高溫作用下，一部分管壁材料迅速分解為氫氣、二氧化碳等，這些氣體在管內受熱膨脹，增高壓力，向管的端部形成吹弧。▉吹弧—吹弧氣流產(chǎn)生法...（2）（2）用壓57▉吹弧—吹弧方向法…（1）2.按吹弧的方向分為：（1）縱吹吹弧的介質（氣流或油流）沿電弧方向的吹拂稱為縱吹，縱吹能增強弧柱中的帶電質點向外擴散，使新鮮介質更好地與熾熱電弧接觸，加強電弧的冷卻，有利于迅速滅弧。

（2）橫吹橫吹時氣流或油流的方向與觸頭運動方向是垂直的，或者說與電弧軸線方向垂直。橫吹不但能加強冷卻和增強擴散，還能將電弧迅速吹彎吹長。有介質滅弧柵的橫吹滅弧室，柵片能更充分地冷卻和吸附電弧，加強去游離。在相同的工作條件下，橫吹比縱吹效果要好。▉吹弧—吹弧方向法…（1）2.按吹58

▉吹弧—吹弧方向法…（2）

▉吹弧—吹弧方向法…（2）59

▉吹弧—吹弧方向法…（3）

（3）縱橫吹橫吹滅弧室在開斷小電流時因室內壓力太小，開斷性能較差。為了改善開斷小電流時的滅弧性能，可將縱吹和橫吹結合起來。在大電流時主要靠橫吹，小電流時主要靠縱吹，這就是縱橫吹滅弧室。▉吹弧—吹弧方向法…（3）（3）縱橫吹60

▉短弧原理滅弧

滅弧裝置是一個金屬柵滅弧罩，利用將電弧分為多個串聯(lián)的短弧的方法來滅弧。由于受到電磁力的作用，電弧從金屬柵片的缺口處被引入金屬柵片內，一束長弧就被多個金屬片分割成多個串聯(lián)的短弧。如果所有串聯(lián)短弧陰極區(qū)的起始介質強度或陰極區(qū)的電壓降的總和永遠大于觸頭間的外施電壓，電弧就不再重燃而熄滅。采用缺口鐵質柵片，是為了減少電弧進入柵片的阻力，縮短燃弧時間。▉短弧原理滅弧滅弧裝置是一個金屬柵滅弧罩，61

▉利用固體介質的狹縫狹溝滅弧

滅弧裝置的滅弧片是由