開關(guān)電器中的電弧

1、開始上課啦!,概述 General introduction,一. 發(fā)電廠和變電所的作用 Action of power plant and substation 二.本門課主要內(nèi)容 Main content of the text-books 三.本門課的作用 Action of the class 四. 參考資料 The reference books,一、發(fā)電廠和變電所的作用,1. 發(fā)電廠：生產(chǎn)電能，并通過升壓站將電能提高到一定高的電壓等級。 2. 降壓變電所：傳輸電能并改變電壓（降壓），直至達(dá)到負(fù)荷所需要的電壓。,二、本門課程的主要內(nèi)容,1.高壓開關(guān)電器 2.互感器 3.電氣主接線 4

2、.發(fā)電廠和變電所的自用電 5.配電裝置 6.電氣設(shè)備的選擇 7.發(fā)電廠和變電所的控制與信號,三、本門課程的作用,在完成電路、電機學(xué)、電力系統(tǒng)分析課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過本門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解和掌握發(fā)電廠變電所電氣部分的組成；高壓開關(guān)電器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及其選擇；電氣主系統(tǒng)的基本接線原理；高壓配電裝置的基本結(jié)構(gòu)形式；發(fā)電廠變電所的控制與信號部分。該課程是本專業(yè)最為重要的專業(yè)課之一。,四、參考資料,1.發(fā)電廠電氣部分中國電力出版社 熊信銀 2. 發(fā)電廠電氣部分中國電力出版社 姚春球 3.電力系統(tǒng)工程上海電力學(xué)院 陸敏政 4.電力工程設(shè)計手冊 西北電力設(shè)計院,第一章 高壓開關(guān)電器 High-t

3、ension switches,1.1 開關(guān)電器中的電弧 Arc in switches,一.電弧的產(chǎn)生和維持 Product and standing of arc 二. 電弧的熄滅 Flameout of arc 三.交流電弧的特性和熄滅條件 The characteristic of alternating arc and the condition of flameout 四.熄滅交流電弧的常用方法 Conventional methods of flameout alternating arc,一、電弧的產(chǎn)生和維持,電弧:一種氣體的游離放電現(xiàn)象. 游離:使電子從圍繞原子核運動的軌道中

4、解脫出來，成為自由電子。 電弧放電:觸頭之間的氣體因為游離而形成大量的自由電子(帶負(fù)電荷)和正離子(帶正電荷)，產(chǎn)生光和熱，變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)。,電弧中自由電子的來源,（1）熱電子發(fā)射 （2）強電場發(fā)射 （3）電場游離 （4）熱游離 結(jié)論：在斷路器觸頭間隙中，由熱電子發(fā)射 和強電場發(fā)射產(chǎn)生電子，由電場游離產(chǎn)生電弧，由熱游離維持電弧燃燒。,電極觸頭分離發(fā)射自由電子示意圖,二. 電弧的熄滅,電弧的熄滅是電弧區(qū)域內(nèi)已電離的質(zhì)點不斷 發(fā)生去游離的結(jié)果。 （1）復(fù)合： 異號帶電質(zhì)點的電荷發(fā)生中和。 （2）擴散： 自由電子和正離子從電弧區(qū)逸出，到達(dá)電弧 區(qū)以外。,1.氣體介質(zhì)的溫度,2.氣體介質(zhì)的壓力,3.觸頭

5、之間的外加電壓,4.觸頭之間的開斷距離,5.觸頭之間的介質(zhì)種類,6.開關(guān)電器的觸頭材料,影響游離作用的物理因素,影響復(fù)合和擴散的物理因素,（1）游離質(zhì)點的密度 （2）電弧的溫度 （3）電弧區(qū)的氣體壓力 （4）電弧區(qū)的質(zhì)點密度,三.交流電弧的特性和熄滅條件,1.交流電弧的特性,(1)電弧電流數(shù)值隨時間變動，電弧的功率也跟隨電弧電流變動。,(2)電弧有熱慣性。,(3)交流電流每隔半個周期要經(jīng)過零值一次， 稱為“自然過零”。,2.弧隙介質(zhì)強度恢復(fù)過程,弧隙從導(dǎo)電狀態(tài)轉(zhuǎn)變成絕緣狀態(tài)所經(jīng)歷的過程。 近陰極效應(yīng)：當(dāng)電弧電流自然過零后,在極短時間內(nèi)(約0.11.0s)，弧隙就立刻出現(xiàn)150250伏的起始介質(zhì)

6、強度的現(xiàn)象。,近陰極效應(yīng),電弧電流過零后，電極極性改變時，弧隙 中剩余帶電質(zhì)點的運動方向隨之改變。電 極極性改變的瞬間，質(zhì)量較輕的自由電子 因帶負(fù)電荷迅速轉(zhuǎn)向新的正極；而此時質(zhì) 量比電子大得多的正離子雖然因帶正電運 動方向也要改變，但由于慣性較大，來不 及改變運動方向，還停留在原處未動。,近陰極效應(yīng),這就使新陰極附近被正的空間電荷充滿，缺少導(dǎo)電的自由電子，這樣就使陰極附近出現(xiàn)了介質(zhì)強度。在極短時間內(nèi)(約O.11.0s)，弧隙介質(zhì)強度將達(dá)到150250V。,影響介質(zhì)強度恢復(fù)速度的物理因素,（1）弧隙溫度 （2）弧隙介質(zhì)的特性 （3）滅弧介質(zhì)的壓力 （4）斷路器跳閘時，觸頭的分?jǐn)嗨俣?3. 弧隙電

7、壓恢復(fù)過程,弧隙恢復(fù)電壓的變化規(guī)律分兩種情況 （1）弧隙恢復(fù)電壓按指數(shù)規(guī)律變化; （2）弧隙恢復(fù)電壓呈現(xiàn)周期性振蕩的變化規(guī)律。,弧隙恢復(fù)電壓的特點,（1）周期性振蕩的恢復(fù)電壓最大值，較指數(shù)規(guī)律的恢復(fù)電壓最大值大得多。所以周期性振蕩的恢復(fù)電壓更容易發(fā)生再擊穿現(xiàn)象。 （2）振蕩型恢復(fù)電壓的上升速率，比指數(shù)規(guī)律恢復(fù)電壓的上升速率大得多，振蕩頻率越大，恢復(fù)電壓的上升速率也越大。因此，振蕩型恢復(fù)電壓可能很快超過弧隙介質(zhì)強度，造成電弧重新燃燒。,熱擊穿,熱擊穿：電弧電流過零后短時間內(nèi)，若弧隙溫度仍然保持在30000K40000K以上 ，使殘余電流比較大，電源輸入弧隙的能量大于弧隙散發(fā)到外界的熱量，那么，弧隙導(dǎo)電性將越來越強，最終導(dǎo)致電弧重燃。,電擊穿,如果恢復(fù)電壓增大很快，超過介質(zhì)強度增加速度，而且恢復(fù)電壓數(shù)值大于介質(zhì)強度，就要發(fā)生再擊穿，使電弧重燃。,4. 交流電弧的熄滅條件,在交流電流過零，電弧自然熄滅后，若加強弧隙的冷卻，不發(fā)生熱擊穿；同時加強去游離作用，使弧隙的介質(zhì)強度恢復(fù)數(shù)值始終大于加在弧隙兩端的恢復(fù)電壓，弧隙不會發(fā)生電擊穿，則電弧不會重燃。,交流電弧重燃和熄滅的示意圖,四.熄滅交流電弧的常用方法,(1)拉長電弧 (2)油吹滅弧 (3)壓縮空氣吹弧 (4)用SF6氣體滅弧 (5)真空滅弧 (6)磁吹滅弧 (7)用窄縫滅弧 (8)長電弧截成多段串聯(lián)的短電弧,磁吹線圈滅弧原