交直流電弧的形成及熄弧原理與方法

1、交直流電弧的形成及熄弧原理與方法第一頁(yè)，共20頁(yè)。一、電弧的形成一、電弧的形成電弧是氣體放電的一種形式。電弧是氣體放電的一種形式。放電現(xiàn)象放電現(xiàn)象：帶電體周?chē)橘|(zhì)從絕緣狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，：帶電體周?chē)橘|(zhì)從絕緣狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，從而使電能通過(guò)的現(xiàn)象。從而使電能通過(guò)的現(xiàn)象。 開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)行切斷電路或關(guān)合電路時(shí)，若動(dòng)、靜觸頭開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)行切斷電路或關(guān)合電路時(shí)，若動(dòng)、靜觸頭之間的電場(chǎng)強(qiáng)度大于介質(zhì)強(qiáng)度，則觸頭之間的絕緣氣體被之間的電場(chǎng)強(qiáng)度大于介質(zhì)強(qiáng)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(qiáng)的導(dǎo)擊穿，成為游離狀態(tài)，在游離狀態(tài)下的氣體具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性能，這實(shí)質(zhì)上是絕緣介質(zhì)轉(zhuǎn)變成了導(dǎo)

2、電體，電性能，這實(shí)質(zhì)上是絕緣介質(zhì)轉(zhuǎn)變成了導(dǎo)電體，也就是形成了也就是形成了電弧電弧。 為什么在切斷有電流通過(guò)的電路時(shí)會(huì)形成導(dǎo)電的弧道？為什么在切斷有電流通過(guò)的電路時(shí)會(huì)形成導(dǎo)電的弧道？開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)的狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)的狀態(tài)時(shí)，動(dòng)、靜觸頭間一般是不導(dǎo)電的絕緣氣體。動(dòng)、靜觸頭間一般是不導(dǎo)電的絕緣氣體。第二頁(yè)，共20頁(yè)。E電弧通?？梢苑譃槿糠郑宏帢O、弧柱和陽(yáng)極。電弧通?？梢苑譃槿糠郑宏帢O、弧柱和陽(yáng)極。電弧的產(chǎn)生是中性質(zhì)點(diǎn)不斷被游離的結(jié)果電弧的產(chǎn)生是中性質(zhì)點(diǎn)不斷被游離的結(jié)果第三頁(yè)，共20頁(yè)。二、電弧的特點(diǎn)：二、電弧的特點(diǎn)：(1)電弧是強(qiáng)功率的放電現(xiàn)象電弧是強(qiáng)功率的放電現(xiàn)象 伴隨著電弧，大量的電能轉(zhuǎn)化為熱

3、能的形式，使電弧處的溫伴隨著電弧，大量的電能轉(zhuǎn)化為熱能的形式，使電弧處的溫度極高，以焦耳熱形式發(fā)出的功率可達(dá)度極高，以焦耳熱形式發(fā)出的功率可達(dá)10000kW。(2)電弧是一種自持放電現(xiàn)象電弧是一種自持放電現(xiàn)象 不用很高的電壓和很大的電流就能維持相當(dāng)長(zhǎng)的電弧穩(wěn)定燃不用很高的電壓和很大的電流就能維持相當(dāng)長(zhǎng)的電弧穩(wěn)定燃燒而不熄滅。燒而不熄滅。(3)電弧是等離子體，質(zhì)量極輕，極易改變形狀電弧是等離子體，質(zhì)量極輕，極易改變形狀 電弧區(qū)內(nèi)氣體的流動(dòng)包括自然對(duì)流及外界甚至電弧電流電弧區(qū)內(nèi)氣體的流動(dòng)包括自然對(duì)流及外界甚至電弧電流本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)都會(huì)使電弧受力，改變形狀。本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)都會(huì)使電弧受力，改變形狀。第

4、四頁(yè)，共20頁(yè)。三、電弧熄滅的物理過(guò)程三、電弧熄滅的物理過(guò)程 在游離的同時(shí)，還存在著一種與游離現(xiàn)象相反的過(guò)在游離的同時(shí)，還存在著一種與游離現(xiàn)象相反的過(guò)程，即帶電質(zhì)點(diǎn)互相中和成為不導(dǎo)電的中性質(zhì)點(diǎn)，使帶程，即帶電質(zhì)點(diǎn)互相中和成為不導(dǎo)電的中性質(zhì)點(diǎn)，使帶質(zhì)點(diǎn)大大減少，這種現(xiàn)象稱為質(zhì)點(diǎn)大大減少，這種現(xiàn)象稱為去游離去游離。1.電弧的去游離方式：電弧的去游離方式：(1)復(fù)合復(fù)合(2)擴(kuò)散擴(kuò)散(3)氣體分離氣體分離第五頁(yè)，共20頁(yè)。2.熄滅電弧的基本條件：熄滅電弧的基本條件：第六頁(yè)，共20頁(yè)。 四、電弧電壓分布四、電弧電壓分布 電弧上的電壓降；電弧上的電壓降； 陰極電壓降；陰極電壓降； 弧柱上的電壓降；弧柱上

5、的電壓降； 陽(yáng)極電壓降陽(yáng)極電壓降KuHZuauHu 觸頭間的電弧觸頭間的電弧可以分為三個(gè)區(qū)域：可以分為三個(gè)區(qū)域： 陰極區(qū)陰極區(qū) 弧柱區(qū)弧柱區(qū) 陽(yáng)極區(qū)陽(yáng)極區(qū)第七頁(yè)，共20頁(yè)。五、直流電弧的熄滅條件五、直流電弧的熄滅條件1.直流電弧的伏安特性直流電弧的伏安特性 從電路角度看，直流電弧是一非線性電阻，阻值隨電流及從電路角度看，直流電弧是一非線性電阻，阻值隨電流及其它因素而改變。其它因素而改變。 具有電弧的具有電弧的RL直流電路直流電路第八頁(yè)，共20頁(yè)。 起弧后電壓平衡方程式為：起弧后電壓平衡方程式為：當(dāng)游離與去游離處于動(dòng)態(tài)平衡，電弧穩(wěn)定燃燒，當(dāng)游離與去游離處于動(dòng)態(tài)平衡，電弧穩(wěn)定燃燒， 則則hudtd

6、iLiRE 0 dtdihuiRE )(ifiRE)(ifUh是電路伏安特性；是電路伏安特性；是電弧靜伏安特性。是電弧靜伏安特性。第九頁(yè)，共20頁(yè)。兩條曲線交于兩條曲線交于A、B兩點(diǎn)，兩點(diǎn)，此兩點(diǎn)既滿足了電路的要求此兩點(diǎn)既滿足了電路的要求(電弧電弧外部條件外部條件)，又滿足了電弧靜伏安，又滿足了電弧靜伏安特性的要求特性的要求(電弧內(nèi)部條件電弧內(nèi)部條件)。B點(diǎn)稱為穩(wěn)定燃燒點(diǎn)；點(diǎn)稱為穩(wěn)定燃燒點(diǎn)；A點(diǎn)稱為視在穩(wěn)定燃燒點(diǎn)。點(diǎn)稱為視在穩(wěn)定燃燒點(diǎn)。二、直流電弧的穩(wěn)定燃燒點(diǎn)及熄滅條件二、直流電弧的穩(wěn)定燃燒點(diǎn)及熄滅條件(一一)直流電弧的穩(wěn)定燃燒點(diǎn)直流電弧的穩(wěn)定燃燒點(diǎn) 直流電弧的穩(wěn)定燃燒點(diǎn)也稱工作點(diǎn)。讓觸頭保持

7、一定距直流電弧的穩(wěn)定燃燒點(diǎn)也稱工作點(diǎn)。讓觸頭保持一定距離，電弧燃燒達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，電流不隨時(shí)間變化。離，電弧燃燒達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，電流不隨時(shí)間變化。第十頁(yè)，共20頁(yè)。(二二)直流電弧的熄滅條件直流電弧的熄滅條件 提高電弧靜伏安特性，使它與提高電弧靜伏安特性，使它與 曲線無(wú)交點(diǎn)，曲線無(wú)交點(diǎn)，則電弧熄滅。則電弧熄滅?？芍绷麟娀∠鐥l件為可知直流電弧熄滅條件為:此式說(shuō)明，此式說(shuō)明，當(dāng)電源電壓不足以當(dāng)電源電壓不足以平衡穩(wěn)態(tài)電弧電壓及線路電阻平衡穩(wěn)態(tài)電弧電壓及線路電阻壓降時(shí)，電弧電流減小直至熄滅。壓降時(shí)，電弧電流減小直至熄滅。當(dāng)兩曲線相切時(shí)，為電弧燃燒當(dāng)兩曲線相切時(shí)，為電弧燃燒與熄滅的臨界狀態(tài)。與熄滅的

8、臨界狀態(tài)。 hUiRE)(ifiRE第十一頁(yè)，共20頁(yè)。六、交流電弧的熄滅條件與熄滅過(guò)程六、交流電弧的熄滅條件與熄滅過(guò)程 在交流電路中，電流的大小隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，每周在交流電路中，電流的大小隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，每周期內(nèi)有兩次通過(guò)零點(diǎn)，同時(shí)交流電弧的溫度和直徑也隨時(shí)間期內(nèi)有兩次通過(guò)零點(diǎn)，同時(shí)交流電弧的溫度和直徑也隨時(shí)間變化，交流電弧的這種特性稱為變化，交流電弧的這種特性稱為動(dòng)特性動(dòng)特性。1.交流電弧的特性交流電弧的特性 由圖知，電弧溫度變化略滯后于電流的變化。由圖知，電弧溫度變化略滯后于電流的變化。這種現(xiàn)象這種現(xiàn)象稱為電弧的稱為電弧的熱慣性。熱慣性。溫度最大值落后于電流最大值溫度最大值落

9、后于電流最大值20電角電角度，溫度最低值落后于電流零值度，溫度最低值落后于電流零值27。第十二頁(yè)，共20頁(yè)。 在交流電流過(guò)零時(shí)，交流電弧將在交流電流過(guò)零時(shí)，交流電弧將暫時(shí)暫時(shí)熄滅。熄滅。 對(duì)于交流電弧不存在電弧能否熄滅的問(wèn)題，而是電流過(guò)對(duì)于交流電弧不存在電弧能否熄滅的問(wèn)題，而是電流過(guò)零后如何有效的零后如何有效的阻止電弧重燃阻止電弧重燃的問(wèn)題。的問(wèn)題。第十三頁(yè)，共20頁(yè)。交流電弧是否重燃與兩個(gè)物理過(guò)程有關(guān)：交流電弧是否重燃與兩個(gè)物理過(guò)程有關(guān)：(1)介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過(guò)程介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過(guò)程 弧隙中介質(zhì)所能承受而不被擊穿的最大外加電壓，即弧隙中介質(zhì)所能承受而不被擊穿的最大外加電壓，即介質(zhì)的耐壓程度。介質(zhì)

10、的耐壓程度。(2)弧隙電壓的恢復(fù)過(guò)程弧隙電壓的恢復(fù)過(guò)程 觸頭間電流為零后，加在弧隙上的電壓稱為恢復(fù)電觸頭間電流為零后，加在弧隙上的電壓稱為恢復(fù)電壓。壓。 恢復(fù)電壓達(dá)到最大值的變化過(guò)程稱為弧隙電壓的恢恢復(fù)電壓達(dá)到最大值的變化過(guò)程稱為弧隙電壓的恢復(fù)過(guò)程。復(fù)過(guò)程。1真空真空2SF63空氣空氣4油油第十四頁(yè)，共20頁(yè)。2.交流電弧的熄滅交流電弧的熄滅 比較電流過(guò)零后弧隙介電強(qiáng)度值和恢復(fù)電壓值的大小，比較電流過(guò)零后弧隙介電強(qiáng)度值和恢復(fù)電壓值的大小，可以判斷交流電弧在電流過(guò)零后能否熄滅。可以判斷交流電弧在電流過(guò)零后能否熄滅。 只要電流過(guò)零后，弧隙介電強(qiáng)度值始終大于弧隙恢只要電流過(guò)零后，弧隙介電強(qiáng)度值始終大

11、于弧隙恢復(fù)電壓值，弧隙不被擊穿，交流電弧熄滅，否則，電弧復(fù)電壓值，弧隙不被擊穿，交流電弧熄滅，否則，電弧將重燃。將重燃。 hu第十五頁(yè)，共20頁(yè)。無(wú)彈簧無(wú)彈簧有彈簧有彈簧六、熄滅電弧的基本方法六、熄滅電弧的基本方法1.加速觸頭的分離速度，迅速拉長(zhǎng)電弧。加速觸頭的分離速度，迅速拉長(zhǎng)電弧。第十六頁(yè)，共20頁(yè)。2.采用未游離的流體采用未游離的流體(油或氣體油或氣體)吹動(dòng)電弧。吹動(dòng)電弧。分別有橫吹、縱吹、縱橫結(jié)合。分別有橫吹、縱吹、縱橫結(jié)合。 橫吹可使電弧冷卻并拉長(zhǎng)變細(xì)，其氣流方向垂直于電弧橫吹可使電弧冷卻并拉長(zhǎng)變細(xì)，其氣流方向垂直于電弧燃燒中心，比縱吹對(duì)電弧冷卻作用好。燃燒中心，比縱吹對(duì)電弧冷卻作用

12、好。 結(jié)合縱、橫吹弧，滅弧效果更好。結(jié)合縱、橫吹弧，滅弧效果更好。第十七頁(yè)，共20頁(yè)。3.用磁吹法滅弧用磁吹法滅弧 按左手定則，當(dāng)電弧電流垂直于外磁場(chǎng)時(shí)，電弧將受按左手定則，當(dāng)電弧電流垂直于外磁場(chǎng)時(shí)，電弧將受到磁場(chǎng)力的作用而發(fā)生彎曲、變形，使冷卻作用加強(qiáng)，電到磁場(chǎng)力的作用而發(fā)生彎曲、變形，使冷卻作用加強(qiáng)，電弧易熄滅?；∫紫?。電弧在本身電流產(chǎn)生的電動(dòng)力影響下的伸展電弧在外加線圈磁場(chǎng)力影響下的移動(dòng)1-吹弧角 2-磁吹線圈第十八頁(yè)，共20頁(yè)。4.把長(zhǎng)電弧分成短電弧。把長(zhǎng)電弧分成短電弧。 每相有四個(gè)斷口的油斷路器熄弧柵作用原理圖1-靜觸頭 2-動(dòng)觸頭 3-柵片金屬柵片柵片結(jié)構(gòu)第十九頁(yè)，共20頁(yè)。5.采用介質(zhì)絕緣強(qiáng)度大、熱容量大的氣體作為滅弧介質(zhì)采用介質(zhì)絕緣強(qiáng)度大、熱容