电弧及灭弧装置

电弧产生的条件：分断过程中电压1020V电流80100mA；或者高压电击穿、闪络等。电弧的危害和应用（1）危害：破坏绝缘，造成短路，损伤电器设备。造成人身伤害事故。（2）应用：电焊 1.电弧的危害电弧的危害 （1）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。（2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。（3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。2.电弧的结构电弧的结构321UUUUh电弧电压阴极区压降弧柱压降阳极区压降电弧电压阴极区压降弧柱压降阳极区压降 3.电弧的分类电弧的分类 （1）短弧：弧长小于弧径的电弧 特点：物理过程主要决定于阴极，电弧压降主要反应的是极前压降 （2）长弧：弧长大大超过弧径的电弧 特点：电弧压降主要由弧柱压降决定 ：了解掌握电弧内在的物理过程及其基本规律是进行如何熄灭电弧的落脚点。（1 1）强电场发射）强电场发射 触头刚刚分开，由于动、静触头的距离很小，触头间的电场强度就非常大，使触头内部的电子在强电场作用下被拉出来，就形成强电场发射。（2 2）热电子发射）热电子发射 当动、静触头分离时，触头间的接触压力及接触面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈发热，导致阴极表面温度急剧升高而发射电子，形成热电子发射。4、电弧的形成、电弧的形成（3 3）碰撞游离）碰撞游离 当高速运动的电子积聚足够大的动能时，就会从中性质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称为碰撞游离。（4 4）热游离）热游离 弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很大的中性质点互相碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。热游离实质上也是撞击游离，只不过发生撞击的原因是高温引起而不是电场引起的。四种方式总结四种方式总结 电弧的产生，第一是由于热的作用，发生热发射和热游离；第二是由于电场的作用，发生冷发射和撞击游离。近而如何使得电弧迅速冷却是熄灭电弧的主要方法。断路器断开过程中电弧是这样形成的。触头刚分离时突然解除接触压力，阴极表面立即出现高温炽热点，产生热电子发射；同时，由于触头的间隙很小，使得电压强度很高，产生强电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，加速向阳极运动，发生碰撞游离，导致触头间隙中带电质点急剧增加，温度骤然升高，产生热游离并且成为游离的的主要因素，此时，在外加电压作用下，间隙被击穿，形成电弧。上述是电弧形成的上述是电弧形成的四个因素四个因素，实际上是个连续过程，实际上是个连续过程（1 1）复合）复合 复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。又分为直接复合和间接复合。复合的速度受温度的影响喝大，温度越高复合几率越小。加强复合方式：冷却电弧 加入大量的新鲜气体分子（2 2）扩散）扩散 扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围冷介质的现象。扩散分类：温度扩散温度扩散 浓度扩散浓度扩散 利用吹弧扩散利用吹弧扩散5、电弧熄灭的物理过程、电弧熄灭的物理过程 电弧同时存在着游离和消游离作用。电弧的燃电弧同时存在着游离和消游离作用。电弧的燃烧情况就取决于同时存在着的游离作用和消游烧情况就取决于同时存在着的游离作用和消游离作用的这对矛盾的斗争及其转化。离作用的这对矛盾的斗争及其转化。游离游离 消游离：电弧就会发生消游离：电弧就会发生游离游离 消游离：电弧趋于熄灭消游离：电弧趋于熄灭游离游离=消游离：稳定燃烧状态消游离：稳定燃烧状态游离与消游离游离与消游离（1 1）直流电弧的伏安特性）直流电弧的伏安特性（2 2）电弧能量）电弧能量（3 3）直流电弧的熄灭）直流电弧的熄灭（4 4）熄弧时的过电压）熄弧时的过电压6、直流电弧及其熄灭、直流电弧及其熄灭实验：在两个铜极之间敞开的空气实验：在两个铜极之间敞开的空气中，有稳定燃烧的电弧。测得电弧中，有稳定燃烧的电弧。测得电弧长度长度L LDH1DH1.调节回路电流，分别测量调节回路电流，分别测量电弧电流电弧电流I IDHDH和电弧两端电压和电弧两端电压U UDHDH，绘，绘出其伏安特性曲线。出其伏安特性曲线。(1)直流电弧的伏安特性直流电弧的伏安特性 直流电弧稳定燃烧时，电弧所产生的功率为直流电弧稳定燃烧时，电弧所产生的功率为P PDHDH=U=UDHDHI IDHDH,此功率几此功率几乎全部转变为热量散失到周围介质中去。乎全部转变为热量散失到周围介质中去。P PDHDH=U=UDHDHI IDHDH=P=PCDCD+P+PFSFS+P+PDLDL 很显然，直流电弧稳定燃烧时，电弧产生的功率应等于散热的功率很显然，直流电弧稳定燃烧时，电弧产生的功率应等于散热的功率 电路中有电感时，熄弧就较困难，因为线圈中储存的能量必须通过电弧电路中有电感时，熄弧就较困难，因为线圈中储存的能量必须通过电弧释放。释放。(2)电弧能量电弧能量 通常使用吹弧的方法，吹弧的方法可以加速电弧能量的散失而使通常使用吹弧的方法，吹弧的方法可以加速电弧能量的散失而使其熄灭。与此同时，吹弧时通常也伴随着电弧被拉长，而且电弧被拉其熄灭。与此同时，吹弧时通常也伴随着电弧被拉长，而且电弧被拉长到一定长度后就会熄灭长到一定长度后就会熄灭(3)直流电弧的熄灭直流电弧的熄灭 预防熄弧时的高电压方法预防熄弧时的高电压方法(4)熄弧时的高电压及其减少方法熄弧时的高电压及其减少方法1.1.交流电弧的特点交流电弧的特点2.2.交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭7、交流电弧及其熄灭、交流电弧及其熄灭 1.交流电弧的交流电弧的特性特性 在交流电路中，电流瞬时值随时间变化，因而电弧的温度、直径以及电弧电压也随时间变化，电弧的这种特性称为动特性。由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟不上快速变化的电流，所以电弧温度的变化总滞后于电流的变化，这种现象称为电弧的热惯性。交流电弧在交流电流自然过零时将自动熄灭，但在下半周随着电压的增高，电弧又重燃。如果电弧过零后，电弧不发生重燃，电弧就此熄灭。交流电弧的伏安特性（1）介质强度恢复过程）介质强度恢复过程薄膜绝缘介质