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1、 1 1 项目五项目五 电气一次设备电气一次设备 vv第一节第一节 开关电器中的电弧开关电器中的电弧 vv第二节第二节 高压断路器高压断路器 vv第三节第三节 高压隔离开关高压隔离开关 vv第四节第四节 互感器互感器 vv第五节第五节 高压开关柜高压开关柜 2 2 vv一 电弧产生的物理过程一 电弧产生的物理过程 vv二 交流二 交流电弧的熄灭与重燃电弧的熄灭与重燃 vv三 开关电器熄灭电弧基本方法三 开关电器熄灭电弧基本方法 第一节 开关电器中的电弧第一节 开关电器中的电弧 3 3 一 一 电弧产生的物理过程电弧产生的物理过程 1 1 电弧的危害电弧的危害 vv电弧的存在使电路不能断开 电弧
2、的存在使电路不能断开 开关电器失去了开关电器失去了 开断电路的作用开断电路的作用 影响电力系统的安全运行 影响电力系统的安全运行 vv电弧的高温电弧的高温可能会烧坏触头或触头周围的其它可能会烧坏触头或触头周围的其它 部件 如果电弧长时间不能熄灭 引起开关电器部件 如果电弧长时间不能熄灭 引起开关电器 并爆炸 危及电力系统的安全运行 并爆炸 危及电力系统的安全运行 4 4 2 2 电弧的形成电弧的形成 vv电弧是一种气体放电现象 电弧的产生是触头间电弧是一种气体放电现象 电弧的产生是触头间 中性质点被游离中性质点被游离的过程 的过程 vv电弧中带电质点的产生 游离电弧中带电质点的产生 游离 游离
3、游离 强电场发射强电场发射 热电子发射热电子发射 碰撞游离碰撞游离 热游离热游离 5 5 vv强电场发射强电场发射 在动 静触头刚分离的瞬间 触头间隙距离在动 静触头刚分离的瞬间 触头间隙距离 很小 触头间隙的电场强度很高很小 触头间隙的电场强度很高 阴极触头表面自阴极触头表面自 动逸出电子 动逸出电子 2 2 电弧的形成电弧的形成 vv热电子发射热电子发射 在弧光放电过程中 一方面电极表面少数点上在弧光放电过程中 一方面电极表面少数点上 有局部集中的电流 另一方面触头分离后 触头接有局部集中的电流 另一方面触头分离后 触头接 触压力及接触面积逐渐减小 接触电阻逐渐增加 触压力及接触面积逐渐减
4、小 接触电阻逐渐增加 会使电极表面产生高温 从而造成其中的电子获得会使电极表面产生高温 从而造成其中的电子获得 很大的动能后逸出到周围空间 很大的动能后逸出到周围空间 6 6 vv碰撞游离碰撞游离 当电子的运动速度足够快 其动能大于中性质点当电子的运动速度足够快 其动能大于中性质点 的游离能 当的游离能 当电子与中性质点相碰撞时就会使中性质电子与中性质点相碰撞时就会使中性质 点分离为正离子和自由电子点分离为正离子和自由电子 这种游离称为碰撞游离 这种游离称为碰撞游离 碰撞游离示意图碰撞游离示意图 自由电子自由电子 中性质点中性质点 2 2 电弧的形成电弧的形成 7 7 vv热游离热游离 在高温
5、的作用下 气体分子不规则热运动的在高温的作用下 气体分子不规则热运动的 速度增加 具有足够动能的中性质点相互碰撞时 速度增加 具有足够动能的中性质点相互碰撞时 游离出正离子和自由电子 这种游离称为热游离 游离出正离子和自由电子 这种游离称为热游离 电弧由碰撞游离产生电弧由碰撞游离产生 由热游离来 由热游离来 维持电弧燃烧维持电弧燃烧 2 2 电弧的形成电弧的形成 8 8 vv弧隙带电质点的去游离弧隙带电质点的去游离 在电弧形成的过程中 中性质点发生游离的在电弧形成的过程中 中性质点发生游离的 同时 还存在与游离相反的过程 即去游离 去游同时 还存在与游离相反的过程 即去游离 去游 离的作用是减
6、轻弧柱中的游离程度 使电弧熄灭 离的作用是减轻弧柱中的游离程度 使电弧熄灭 去游离去游离 复合复合 扩散扩散 2 2 电弧的形成电弧的形成 9 9 vv复合复合 复合是指两种带异性电荷的质点相接触而复合是指两种带异性电荷的质点相接触而 形成中性质点的过程 形成中性质点的过程 直接复合直接复合 间接复合间接复合 主要形式 主要形式 A A e A e A A e AA e A A A A A 2A 2A 影响复合的主要因素是温度 温度下降时 影响复合的主要因素是温度 温度下降时 带电质点的运动速度降低 复合的速度迅速增加 带电质点的运动速度降低 复合的速度迅速增加 2 2 电弧的形成电弧的形成
7、1010 vv扩散扩散 扩散是带电质点从电弧间隙逸出到周围介质扩散是带电质点从电弧间隙逸出到周围介质 中的现象 中的现象 高浓度高浓度 低浓度低浓度 影响扩散的主要因素是弧柱直径 将电弧拉长影响扩散的主要因素是弧柱直径 将电弧拉长 或用气体 液体吹弧 能带走弧柱中的大量带电质点或用气体 液体吹弧 能带走弧柱中的大量带电质点 加强扩散作用 加强扩散作用 2 2 电弧的形成电弧的形成 1111 vv小结小结 pp电弧形成 阴极发射 起因 电弧形成 阴极发射 起因 碰撞游离 重碰撞游离 重 要因素 要因素 击穿 量变到质变 击穿 量变到质变 热游离 主要热游离 主要 因素 因素 维持发展 维持发展
8、pp游离和去游离是电弧形成时两个相反的过程 游离和去游离是电弧形成时两个相反的过程 游离使弧隙中带电质点数量增加 有助于电弧燃游离使弧隙中带电质点数量增加 有助于电弧燃 烧 去游离使弧隙中带电质点数量减少 有利于烧 去游离使弧隙中带电质点数量减少 有利于 电弧熄灭 由此可见 要熄灭电弧 就要减弱游电弧熄灭 由此可见 要熄灭电弧 就要减弱游 离 加强去游离 离 加强去游离 2 2 电弧的形成电弧的形成 1212 二 交流二 交流电弧的熄灭与重燃电弧的熄灭与重燃 交流电弧电流每半周过零一次 给熄灭交流电交流电弧电流每半周过零一次 给熄灭交流电 弧创造了有利条件 只要在电流过零后 电弧不发弧创造了有
9、利条件 只要在电流过零后 电弧不发 生重燃 电弧就能最终熄灭 因此熄灭交流电弧要生重燃 电弧就能最终熄灭 因此熄灭交流电弧要 比直流电弧容易比直流电弧容易 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 电弧过零后是否重燃 取决于电压恢复过程电弧过零后是否重燃 取决于电压恢复过程 和介质强度的恢复过程的和介质强度的恢复过程的 竞赛竞赛 如果恢复电压在 如果恢复电压在 某一时刻高于介质强度 弧隙将被击穿 电弧再次某一时刻高于介质强度 弧隙将被击穿 电弧再次 重燃 反之电弧熄灭 间隙恢复成绝缘介质 重燃 反之电弧熄灭 间隙恢复成绝缘介质 1313 uj t uh t v
10、v交流电弧熄灭条件交流电弧熄灭条件 u uj j t t 弧隙介质强度 弧隙介质强度 u uh h t t 弧隙恢复电压弧隙恢复电压 二 交流二 交流电弧的熄灭与重燃电弧的熄灭与重燃 1414 三 开关电器灭弧基本方法三 开关电器灭弧基本方法 vv用液体或气体吹弧用液体或气体吹弧 1 1 高压断路器灭弧方法高压断路器灭弧方法 pp纵吹 吹弧方向与弧柱轴线纵吹 吹弧方向与弧柱轴线 平行 主要使电弧冷却变细最平行 主要使电弧冷却变细最 后熄灭 后熄灭 pp横吹 吹弧方向与弧柱轴线横吹 吹弧方向与弧柱轴线 主要将电弧拉长 增大电弧 主要将电弧拉长 增大电弧 的表面积 冷却效果好 的表面积 冷却效果好
11、 1515 vv采用多断口灭弧采用多断口灭弧 断路器的积木组合方式示意图断路器的积木组合方式示意图 pp采用多个断口串联 使电弧采用多个断口串联 使电弧 被分割成多个小电弧段 在被分割成多个小电弧段 在 相同的行程下 多断口的电相同的行程下 多断口的电 弧比单断口拉得更长 并且弧比单断口拉得更长 并且 电弧拉长的速度加快 有利电弧拉长的速度加快 有利 于弧隙介质强度的恢复 于弧隙介质强度的恢复 pp由于加在每个断口的电压降由于加在每个断口的电压降 低 使弧隙恢复电压降低 低 使弧隙恢复电压降低 有利于电弧熄灭 有利于电弧熄灭 1 1 高压断路器灭弧方法高压断路器灭弧方法 1616 SW2 11
12、0型少油断路 器 每相单柱双断口 pp高压断路器采用多断口高压断路器采用多断口 结构后 由于断口之间导结构后 由于断口之间导 电部分对地电容的影响 电部分对地电容的影响 会造成每个断口的电压分会造成每个断口的电压分 布不均匀 使承受较高电布不均匀 使承受较高电 压的断口首先被击穿 为压的断口首先被击穿 为 了改善断口的电压分布 了改善断口的电压分布 通常在每个断口上并联电通常在每个断口上并联电 容 容 并联电容 1 1 高压断路器灭弧方法高压断路器灭弧方法 1717 vv采用性能优良的灭弧介质采用性能优良的灭弧介质 电弧中的去游离作用 在很大程度上取决于电电弧中的去游离作用 在很大程度上取决于
13、电 弧周围介质的特性 介质的灭弧性能越好 则去游离弧周围介质的特性 介质的灭弧性能越好 则去游离 作用越强 电弧越容易熄灭 作用越强 电弧越容易熄灭 SF6SF6气体和真空是理想气体和真空是理想 的灭弧和绝缘介质 的灭弧和绝缘介质 vv采用特殊金属材料作为灭弧触头采用特殊金属材料作为灭弧触头 采用熔点高 导热系数和热容量大的耐高温金采用熔点高 导热系数和热容量大的耐高温金 属作触头材料 可以减少热电子发射和电弧中的金属作触头材料 可以减少热电子发射和电弧中的金 属蒸汽 抑制游离作用 有利于电弧的熄灭 常用属蒸汽 抑制游离作用 有利于电弧的熄灭 常用 的触头材料有 铜的触头材料有 铜 钨合金 银
14、钨合金 银 钨合金等 钨合金等 1 1 高压断路器灭弧方法高压断路器灭弧方法 1818 迅速拉长电弧 可使弧隙的电场强度迅速拉长电弧 可使弧隙的电场强度 降低 电弧的长度和表面积增大 有利于电降低 电弧的长度和表面积增大 有利于电 弧的冷却和带电质点向周围介质的扩散 从弧的冷却和带电质点向周围介质的扩散 从 而加速电弧的熄灭 高压断路器常采用强力而加速电弧的熄灭 高压断路器常采用强力 的分闸弹簧 以加快触头的分断速度 的分闸弹簧 以加快触头的分断速度 vv迅速拉长电弧迅速拉长电弧 1 1 高压断路器灭弧方法高压断路器灭弧方法 1919 2 2 中 低压断路器灭弧方法中 低压断路器灭弧方法 vv
15、利用短弧的近阴极效应灭弧利用短弧的近阴极效应灭弧 pp近阴极效应 近阴极效应 实验表明 开关实验表明 开关 开断过程中 当电流过零后 触开断过程中 当电流过零后 触 头电极极性发生了变化 在新的头电极极性发生了变化 在新的 阴极附近会出现介质强度升高的阴极附近会出现介质强度升高的 现象 称为近阴极效应 这个突现象 称为近阴极效应 这个突 然升高的介质强度可达然升高的介质强度可达150150 250V250V 又叫起始介质强度 又叫起始介质强度 2020 pp灭弧栅灭弧灭弧栅灭弧 由于近阴由于近阴 极极 效应的存在 在低压开关电器效应的存在 在低压开关电器 中 将电弧引入用钢片制成的中 将电弧引
16、入用钢片制成的 灭弧栅中 整个电弧被分割成灭弧栅中 整个电弧被分割成 若干短弧 每个短弧在阴极附若干短弧 每个短弧在阴极附 近形成近形成150150 250V250V的起始介质强的起始介质强 度 如果起始介质强度之和大度 如果起始介质强度之和大 于加在触头两端的电压 即可于加在触头两端的电压 即可 将电弧熄灭将电弧熄灭 2 2 中 低压断路器灭弧方法中 低压断路器灭弧方法 2121 vv利用固体介质的狭缝灭弧利用固体介质的狭缝灭弧 pp利用固体介质壁的冷却作用使电弧熄灭利用固体介质壁的冷却作用使电弧熄灭 在低压电在低压电 器中 接触器 磁力起动器的灭弧都是采用这种方式器中 接触器 磁力起动器的灭弧都是采用这种方式 pp低压开关中广泛采用的低压开关中广泛采用的狭缝灭弧装置 狭缝灭弧装置 灭弧片是由石棉灭弧片是由石棉 水泥或陶土材料制成的 当触头间产生电弧后 在磁场线水泥或陶土材料制成的 当触头间产生电弧后 在磁场线 圈产生的磁场作用下 对电弧产生电动力 将电弧拉入灭圈产生的磁场作用下 对电弧产生电动力 将电弧拉入灭 弧片的狭缝中 在把电弧拉长的同时将电弧直接与灭弧片弧片的狭缝中 在把电弧
