电弧及电气触头的基本理论t

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,福建水电学院,*,第3章 电弧及电气触头的基本理论,教学要求：,掌握电弧的特征,了解电弧形成的原因及电弧熄灭的基本方法,影响触头电阻的因素。,重 点：,电弧熄灭的基本方法。影响触头电阻的因素。,难 点：,电弧形成的原因,1,3-1 电弧的形成和熄灭,一、电弧现象,当开关电器开断电路时，只要电路中的电流超过80100mA或电压超过1020V，断口就会产生强烈的白光，称为电弧。,3-1 电弧的形成和熄灭,二、电弧的特点与危害：,实质：,气体游离导电,;,特点：,电弧是一种离子通道（载流通道）：只有触头间的电弧熄灭后，电流才真正切断。,电弧的温度很高,、能量大,：容易烧坏触头，或使触头周围的绝缘材料遭受破坏。,电弧燃烧时间过长，压力过高，可能使电器发生爆炸事故。,质量轻，在外力的作用下易变形，扩大事故范围和程度。,3-1 电弧的形成和熄灭,、电弧产生的条件,断开电路时，触头间电压大于1020V；电流大于80100mA,2、带电质点的来源,电极发射大量自由电子,强电场发射,强电场力,热电子发射,高温,电极间弧柱气体游离，,产生大量的电子和离子,碰撞游离,电场力的作用，,由高速运动的电子作用产生,热游离,高温（起弧,），,由中性质点热运动碰撞产生,三、电弧的形成：,大量带电质点在电场力的作用定向运动,3-1 电弧的形成和熄灭,3、,电弧的形成过程：,阴极发射（起因）,碰撞游离（重要因素）,击穿（量变到质变）,热游离（主要因素）,维持发展,3-1 电弧的形成和熄灭,关键是加强去游离作用,介质的游离作用,电弧产生,介质的去游离作用,电弧熄灭,1,去游离：,复合与扩散,2,熄弧条件 游离与去游离谁主导？,当游离,去游离,电弧电流,（剧烈燃烧）,当游离,=,去游离,电弧电流不变（稳定燃烧）,当游离,去游离,电弧电流,（熄灭）,四、电弧的熄灭：,带电质点不断消失,复合,异性质点靠近而相互中和的现象。,扩散,带电质点逸出弧柱外的现象。,影响游离和去游离的因素,电弧温度：热游离Q速度复合加强Q,电场强度：E运动速度复合Q热游离,气体介质的压力：F,自由行程缩短离子浓度复合；,F真空，数目少磁撞游离扩散,介质特性：包括气体的介电强度、导热系数、电负性,电极材料：铜、银、铜钨、银钨合金具有熔点高、导热能力强、热容量大的特点，可减少热电子发射和弧柱中的金属蒸气。,3、去游离方式,氢气导热性和灭弧性能较好，灭弧能力为空气的7.5倍,SF6很强的电负性，灭弧能力约为空气的100倍,特性：,1、,电弧电压分布图：,=阴极区电压+弧柱区电压+阳极区电压,3.2 直流电弧的特性及熄灭,U,h,=阴极区电压U,阴极区,+弧柱区U,H,+阳极区U,阳极区,或,：, U,阴极区，,大小与i,h,无关，在空气中U=811V, U,H,与i,h,呈线性关系, U,阳极区, U,阴极区,、且随i,h,增大而减小甚至为零,短弧：几个,mm,长、主要由,U,阴极区,+ U,阳极区,组成, U,H,近似于零,长弧：几个,cm,几个,m,长，主要由,U,H,组成,3.2 直流电弧的特性及熄灭,2、静态伏安特性曲线,3.2 直流电弧的特性及熄灭,3、直流电弧的工作点,具有直流电弧的RL电路,3.2 直流电弧的特性及熄灭,电压方程式,U电源电压。,i,h,R电阻电压。,电感电压,U,h,电弧电压,直流电弧的熄灭条件,3.2 直流电弧的特性及熄灭,4、近阴极效应（短弧原理）,将长弧沿垂直方向切割成多段电弧串联，每一段即构成一个短弧，获得一个阴极区压降。,如果加在触头间的电压小于各段短弧的阴极电压之和，则电弧就不能维持而熄灭。,3.2 直流电弧的特性及熄灭,5、直流电弧的熄灭方法,(1).,拉长电弧,(2).,开断电路时在电路中逐级串入电阻,(3).,在断口上装灭弧栅,(4).,冷却电弧,直流电弧的熄灭注意事项,在直流电路中不能采用灭弧能力太强的开关电器，避免产生过电压。,一、特性,（1）交流电弧的电流大小随时间按正弦规律变化，且存在电弧的热惯性。电弧电流过零，交流电弧自动暂时熄灭。,（2）弧隙电压呈现马鞍形,33 交流电弧的特性及熄灭,二、 交流电弧的熄灭,1、弧隙介质电强度的恢复过程U,j,U,j,弧隙介质能够承受而致使弧隙击穿的最小电压,过程：,电流过零前电弧的温度高，热游离强烈，弧隙的导电性能好,电流过零时弧隙温度剧降，热游离减弱，弧隙失去导电性能而恢复为绝缘介质。,电流过零后温度继续下降，弧隙介质电强度逐渐回升。,这种现象称为交流电路的,近阴极效应,。,（电流极性改变后的0.11.0秒瞬间, 有U,j,=150250V）,33 交流电弧的特性及熄灭,2、弧隙电压的恢复过程U,hf,U,hf,电压由熄弧电压恢复到电源电压的过程。,过程:,（1）电流过零前，电弧电阻很小，电源电压大部分降落在线路或负载的阻抗上。,（2）电流过零时，电弧熄灭，最后变为绝缘介质，电源电压全部加在弧隙上。,33 交流电弧的特性及熄灭,触头间介质强度,Uj,（击穿电压）的影响因素,温度、浓度、距离,影响触头间恢复电压,Uhf,的因素,电源电压、负载感阻比例、熄弧前电流变化率,3、交流电弧的熄灭条件：,33 交流电弧的特性及熄灭,两曲线无交点,三、交流电弧的灭弧方法,(1)提高触头的分闸进度,迅速拉长电弧，E，冷却与扩散,(2)采用多断口灭弧,拉长迅速，行程， 灭弧时间提高了灭弧能力,(3)吹弧,加强冷却和扩散,横吹将电弧吹弯吹长,纵吹将电弧吹细,33 交流电弧的特性及熄灭,(4)利用固体介质的狭缝狭沟灭弧,冷却,表面吸附电子，加强复合。,如：介质纵缝灭弧罩,介质填料灭弧管,(5)利用短弧原理灭弧（交流电弧的近阴极效应）,交流电路：电流自然过零时，每一短弧有,150,250v,电压。,33 交流电弧的特性及熄灭,原因：,电流过零后极性改变，弧隙中剩余的带电质点的运动方向也相应改变，电子能迅速朝相反方向运动，而比电子质量大1000倍的正离子几乎原地未动，于是在阴极附近便立刻形成一个只有正电荷的不导电层，起阻碍阴极发射电子的作用。,(6)磁吹,利用电磁力驱动和拉长电弧至固体介质灭弧罩或金属栅灭弧罩中,(7)高压力气体介质灭弧,磁撞游离，复合,(8)真空灭弧,碰撞游离，热游离，扩散,33 交流电弧的特性及熄灭,吹弧（纵吹、横吹、环吹、纵横吹）,迅速拉长电弧,多断口灭弧,使电弧在周围介质中移动灭弧,利用固体介质的狭缝或狭沟灭弧,增大绝缘介质气体压力,将触头置于真空灭弧室中,将长弧分割成多段短弧。,3-4,熄灭电弧的基本方法,一、概述,定义：,电气触头是指两个导体或几个导体之间相互接触实现导电的部分,。,电气触头按接触形式可分为：,点接触、线接触和面接触三种。,35 电气触头,对电气触头的要求,1、结构可靠，便于调整、维修和更换。,2、具有良好的导电性能和接触性能：,3、长期通过规定的电流不过热，短时通过短路电流应满足动稳定和热稳定要求。,4、可分触头应能可靠地开断规定断流量的电弧，有足够的抗熔焊和抗电弧烧伤的性能。,35 电气触头,二、电气触头的接触电阻,1,、触头电阻触头体电阻,接触电阻,触头体电阻,收缩电阻表面膜电阻,2,、影响接触电阻的因素及降低其值的措施：,（,1,）触头材料：铜铝过渡接头片,（,2,）接触压力：,（,3,）接触形式：点、线、面接触的用途,（,4,）接触面的加工情况：要求平整而不是光滑,接触电阻,决定,触头质量,35 电气触头,三、,触头的结构型式,按接触面的形式划分,平面触头,线触头,点触头,按结构形式划分,可动触头,固定触头,可分触头,刀形触头,指形触头,插座式触头,触头的结构与分类,习题及思考题,31 何为电弧？简述断路器触头开断时断口电弧的形成过程及由此 而确定的基本灭弧方法。,32 直流电弧稳定燃烧的条件为何？灭弧栅何灭弧室在灭弧原理上由何差别？,33 交流电弧电流有何特点？熄灭交流电弧的条件是什么？,34 什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？它们与哪些因素有关？,35 在直流电弧和交流电弧中，将长电弧分割成短电弧灭弧室利用了什么原理？,36 电气触头主要有哪几种接触形式？各有什么特点？,37 如果电气触头发生振动是什么原因造成的？有什么危害？,