3开关电器典型灭弧装置的工作原理
开关电器典型灭弧装置的工作原理
教学基本内容：
开关电器典型灭弧装置的工作原理
提高灭弧装置开断能力的辅助方法
概述
当电源电压超过数十伏、开断电流在数十安以上时，为减少电弧对触头的烧损和限制电弧扩展的空间，通常需要采取加强灭弧能力的措施，为此而采用的装置称为灭弧装置。
这些灭弧装置的灭弧原理主要有下列十几种：
1．简单开断； 2．磁吹线圈；
3．纵缝灭弧装置； 4．绝缘栅片灭弧装置；
5．金属栅片灭弧装置； 6．固体产气灭弧装置，
7．石英砂灭弧装置； 8．变压器油灭弧装置；
9．压缩空气灭弧装置； 10．SF6灭弧装置；
11．真空灭弧装置。
此外，为了增加灭弧装置的开断能力，通常可以采用下列辅助方法：
1．在弧隙两瑞并联电阻；
2. 附加同步开断装置；
3．附加晶闸管装置。
上述灭弧装置的灭弧原理是：
(1) 在大气中依靠触头分开时的机械拉长，使L增大；
(2) 利用流过导电回路或特制线圈的电流在燃弧区产生磁场，使电弧迅速移动和拉长；
（3）依靠磁场的作用，将电弧驱入用耐弧材料制成的狭缝中，以加强电弧的冷却和消电离；
(4) 用金属板将电弧分隔成许多串联的短弧；
(5) 在封闭的灭弧室中，利用电弧自身能量分解固体材料，产生气体，以提高灭弧室中的压力，或者利用产生的气体进行吹弧；
(6) 利用电弧自身能量，使变压器油分解成含有大量氢气的气体并建立起很高的压力，再利用此压力推动冷油和气体去吹弧；
(7) 利用压缩空气吹弧；
(8) 利用SF6气体吹弧；
(9) 在高真空中开断触头，利用弧隙中由电极金属蒸汽形成的弧柱在电流过零时迅速扩散的原理进行灭弧；
(10) 利用石英砂等固体颗粒介质，限制电弧直径的扩展和加强冷却。
开关电器典型灭弧装置的工作原理
一、拉长电弧
（1）大气中，利用机械拉长电弧方式的原理与图例。
电弧放长后，电弧电压就增大，其静态伏——安特性向上移动。
如下图示，除依靠触头分开拉长电弧以外，还可依靠导电回路的电流产生的磁场使电弧弯曲来拉长电弧。前者沿电弧的轴向(亦称切向)拉长电弧，后者是沿着垂直于弧轴的方向(亦称法向)拉长电弧。
依靠拉长电弧使之恰好熄灭的最短长度，称为临界长度，记为L lj。刀开关拉长电弧的例子。
(2) 利用流过导电回路的特制线圈的电流在燃弧期间产生磁场，使电弧迅速移动和拉长。
下图的b还增加了引弧角。
二、磁吹灭弧：
可用于低压直流和交流接触器中。对后者，为减少涡流损耗和避免由于钢夹板中磁通与电弧电流相位不同而产生反向电动力，铁心2上可开一槽8(如图5-4所示)或者用硅钢片叠成。
当铁心不饱和时，如果磁吹线圈的开断大电流时产生的磁场适当，则在开断小电流时将因电动力过小而引起吹弧困难。当然，也可以设计成磁吹线圈在开断小电流时产生的磁场适当。
但这样做，一方面将使磁吹线圈的匝数增加，增大了线圈体积和多用有色金属；另一方面将使开断大电流时产生的磁场过强，过强的磁场不仅会使燃弧区扩展过大和容易产生不能允许的过电压，而且因为因为在触头刚分瞬间，触头间形成的熔化金属桥可能被过大的电动力驱赶到接触区以外去，使得触头的电磨损大大增加。
为缓和上述矛盾，可以通过适当选择磁吹线圈的匝数以及铁心和钢夹板的截而积，使得开断小电流时磁场加强，在开断大电流时则由于磁路饱和而磁场不致过强。这样，电弧所受
到的电动力将不再随开断电流成平方倍数地增加。
三、纵缝灭弧装置
所谓纵缝就是灭弧室的缝隙方向与电弧的轴线平行。
此灭弧装置的工作原理是利用磁吹线圈产生的磁场将电弧驱入耐弧绝缘材料(石棉、水泥、陶土等)制成的具有纵缝的灭弧室中进行灭弧。它既可用于熄灭直流电弧，也可用于熄灭交流电弧。
按缝隙的尺寸和形式，它们又分两种，如图5-5所示。图5-5a表示一单纵缝灭弧装置的原理结构。图中，1为用耐弧绝缘材料制成的灭弧室壁，2为磁吹线圈的钢夹板，3为电弧。
通常上部缝宽小于熄灭电弧的直径。
由图5-6可见，当电流增大（横坐标向右）时，纵缝灭弧装置中电弧的“伏—安特性”随电弧电流增加而下降的程度比自由燃弧时的“伏—安特性”下降程度要缓得多；特别当电流很大时，E可以认为是常数。
随着缝宽的减小和电弧横向运动速度的提高，电弧的“伏—安特性”也将升高，这表明灭弧能力也随之增强。
采用多纵缝可以减小电弧进入上部窄缝的阻力，在驱动电弧运动的电磁力给定时，可以采用比单纵缝灭弧室更小的缝隙。这使灭弧空壁对电弧的冷却和消电离作用更强。
多纵缝灭弧装置广泛用于低压接触器中。
四、绝缘栅片灭弧装置
灭弧装置如图5-8所示。
其中，灭弧室l中装有用耐弧绝缘材料制成的几片绝缘栅片2，栅片的边缘和电弧3的轴线垂直。
当开断电流时，在触头4和5之间产生的电弧在导电回路的磁场作用下向上运动。
由于受到绝缘栅片的阻挡，电弧弯曲成如图5-9中A~G曲线所示的形状。
当磁场的方向为垂直于纸面向里时，电弧AB、BC和CD段所受的电动力都使电弧压向绝缘栅片顶部，增大与栅片表面的接触面积，从而加强了电弧的冷却和消电离作用；而DE段所受的电动力使电弧向上拉长，更加深入栅片间隙和增加电弧与绝缘栅片的接被面积。
除此以外，电弧AB段和CD段相互作用产生一相吸电动力、CD段和EF段相互作用产生一相斥电动力，使AB、CD和EF段压向绝缘册片；CD段和EF段对DE段相互作用也产生一相斥电动力，使DE段向上运动。
这种灭弧装置充分利用了电弧自身磁场产生的电动力。
在电弧进入栅片之后，电弧电压变高。
图5-11表示厚为2mm、片距5mm的平板形栅片的灭弧装置开断350A电流时，介质初始恢复强度U jf0和K jf与n变化的关系是不成比例。其原因，是电弧进入栅片分成很多短弧
后，它们在灭弧室中的运动速度不同、运动方向也不同。
五、金属栅片(又称去离子栅)灭弧装置：
这种灭弧装置的原理构造如图5-10 a所示。
灭弧室1内部有许多由厚度为2~3mm钢板冲成的横向栅片2。栅片外表面镀铜以增大传热能力和防止钢片生锈。每一栅片冲有三角形的缺口。栅片缺口错开的作用为减少电弧初始碰到的栅片数，从而减少进入的阻力。
在电弧进入栅片之后，电弧电压变为
当熄灭直流电弧时：
图5-11表示厚为2mm、片距5mm的平板形栅片的灭弧装置开断350A电流时，介质初始恢复强度U jf0和K jf与n变化的关系是不成比例。其原因，是电弧进入栅片分成很多短弧
后，它们在灭弧室中的运动速度不同、运动方向也不同。
金属栅片灭弧装置广泛用于低压开关电器中。
其主要缺点是灭弧室除电弧能量损耗之外，还有栅片中电阻、磁滞和涡流引起的损耗。加之栅片间隙较小，阻碍了热量的散发。这些都使灭弧室的温度容易升向，从而引起灭弧条件恶化。
因此，这种灭弧装置不适用于过分频繁操作的场所。
六、固体产气灭弧装置
某些固体绝缘材料如钢纸(亦称反白)、有机玻璃等，在电弧的高温作用下能迅速气化，
产生大量主要成分为氢及其化合物的气体。
利用这些材料的产气性质进行灭弧的灭弧装置称为固体产气灭弧装置。
图5-13是利用串联短弧和高气压两种方式灭弧。其中，钢纸管在电弧的高温作用下分
解，产生气体，使压力提高。
如图5-14所示，灭弧期间管内的压力可达4.8MPa
图5-15是利用产气原理提高气压，再利用气压进行灭弧的高压跌落式熔断器熔管的原理结构图。
当短路电流通过时，熔丝3被熔断产生电弧，于是弹簧6长度缩短，电弧被迅速拉长。同时，电弧的高温使钢纸分解产生大量的气体，管内压力迅速升高，这一压力推动软线5加速向右运动，从而也加速电弧的拉长和压力的升高。
当软线5被推出钢纸管8以后，管内的高压气体向外冲出，进行纵向吹弧，使电弧熄灭。
七、石英砂灭弧装置：
利用石英砂限制弧柱的扩展并冷却电弧使之熄灭的装置，叫做石英砂灭弧装置。
当熔片的狭颈熔断、气化形成几个串联的短弧后，这些短弧继续将熔片的狭颈部分气化。由于熔片气化后让出的空间很小，每一短弧都相当于在石英砂包围的狭缝中燃烧，它因为和石英砂紧密接触而受到强烈冷却。
同时由于熔片4金属从固态变为气态后，体积受局部石英砂的限制不能自由膨胀，于是在燃弧区形成很高的压力，此压力推动弧隙中电离气体迅速向石英砂缝隙中扩散，并在缝隙中受到冷却和消游离，这就大大加强了对弧隙的冷却作用。
石英砂熔断器釆用了多断口串联、提高弧隙中气压以加强电离气体的扩散作用，以及利用狭缝冷却电弧共三种灭弧原理，所以它的灭弧能力强，限流作用非常显著
熔管1用瓷制成，2和3分别为端盖和接线板。
当熔片的狭颈熔断、气化形成几个串联的短弧后，这些短弧继续将熔片的狭颈部分气化。由于熔片气化后让出的空间很小，每一短弧都相当于在石英砂包围的狭缝中燃烧，它因为和石英砂紧密接触而受到强烈冷却。
同时由于熔片4金属从固态变为气态后，体积受局部石英砂的限制不能自由膨胀，于是在燃弧区形成很高的压力，此压力推动弧隙中电离气体迅速向石英砂缝隙中扩散，并在缝隙中受到冷却和消游离，这就大大加强了对弧隙的冷却作用。
石英砂熔断器釆用了多断口串联、提高弧隙中气压以加强电离气体的扩散作用，以及利用狭缝冷却电弧共三种灭弧原理，所以它的灭弧能力强，限流作用非常显著。
八、变压器油灭弧装置
1、分类：
自能式：利用电弧自身的能量将油蒸发分解而成油气，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行吹弧。
外能式：利用外界能量(通常是储存在弹簧中的能量)推动活塞，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行灭弧。
混合式：兼用上述两种能量，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行吹弧。
2、即使在油中简单地位长电弧，其灭弧能力也比在大气中拉长电弧高得多。
这是因为：
(1) 油气的主要成分是氢，它在所有气体中具有最高的导热系数和最小的粘度，这就使弧柱的热量容易散发。
(2) 在电弧的高温作用T，油的气化和分解过程非常剧烈。油气形成后由于受到周围冷油的阻碍，体积不能迅速膨胀，因而气泡中压力很高，通常可达（0.5~1）MP。
(3) 在熄灭交流电弧过程中，当电流增大时，电弧的功率增大，油气的形成加剧，气泡中油气温度增高和压力上升。在压力较高的情况下，气泡壁处油的沸点升高，处于过热状态。
当电流减小特则是过零附近时，由于电弧功率减小，油气产生的速度下降，但气泡在压力作用下仍继续膨胀，结果引起气泡中油气的温度和压力迅速降低。此时气泡壁处油的沸点下降，处于过热状态的油猛烈气化。由于气泡壁各处油的气化速度不一致，在气泡内就形成了压力差。此压力差促使油气产生混乱的运动，使刚刚形成的温度较低的油气进入弧柱中，加强了弧柱的冷却．
(4) 在某些情况下，还可利用被开断电流产生的电动力使电弧弯曲和靠近气泡壁，加强对弧柱的冷却作用。
按照油或油气与电弧泎用的方式，自能吹弧灭弧装置又可分为横吹，纵吹．纵横吹和环吹四种。
开断电流越大，则单位时间内产生的气体越多，灭弧室内压力越高，吹弧力量越强，于是燃弧时间越短；
当开断较小电流时，灭弧室内压力越低，吹弧力量减弱，燃弧时间增长，实际上没有吹
弧作用，即相当于在油中简单开断。
由图可见，燃弧时间有一最大值，相应于最大燃弧时间的电流称为临界电流Ilj。其数值视灭弧装置的具体结构而异，一般为几十安到上千安。
自能吹弧灭弧装置的极限开断电流Ilx主要决定于灭弧室的机械强度。
九、压缩空气灭弧方式。
在开断电路对，将预先储备好的压缩空气用管道引向燃弧区，利用压缩空气猛烈吹弧和提高燃弧区的压力，使电弧熄灭的装置叫做压缩空气灭弧装置。
按照气流吹弧的方向分横吹式和纵吹式两类。
横吹式缺点较多，已淘汰，现主要介绍纵吹式。
十、SF6灭弧装置。
SF6是无色、无臭、无毒、无公害和不燃烧的气体。
其沸点在大气压时为-60℃，加温到150 ℃都不易与其他物质起化学反应，到500℃时仍不能自行分解。它的密度是空气的5倍。常温时的传热能力(包括对流在内)为空气的1.6倍。
它具有很高的绝线性能。在压力为0.1MPa时约为氮气的5~6倍，当压力为0.16MP时已与变压器油相等，而击穿电压为压缩空气的2~3倍。
所以，采用SF6作为绝缘介质可以大大减小绝缘间隙的尺寸和缩小电器的体积。
SF6另一突出的优点是它只有很强的灭弧能力。主要原因有三条。
十一、真空灭弧装置
由于空气稀薄，空气分子及其电子的平均自由行程加长，这就使弧中气体粒子受到其他粒子碰障而电离的几率大大减少。因此，真空具有很高的绝缘和灭弧性能。将触头在高度真空中开断便构成有很高开断能力的灭弧装置。
按照触头结沟的不同，真空灭弧装置分带圆柱状触头、带螺旋槽的磁吹触头和带纵磁场线圈的触头三种。
图5-29是带圆柱状触头真空灭弧装置的原理结构图。
是电极表面粗糙度和电极上有无脏圬影响很大。
真空灭弧装置的触头形状示例。
提高灭弧装置开断能力的辅助方法
一、并联电阻帮助灭弧电路，图5-33是图5-32的简化图。
并联电阻有助于灭弧。
二、附加同步开断装置
由于交流电流每秒要通过零点2f(f是电源频率)次。如果我们能使开关电器的触头在电流过零瞬时分开，并以极高的速度拉开到足以承受恢复电压而不发生间隙击穿的距离，则此时弧隙中将不产生电弧，也不存在所谓热击穿阶段。
同时，由于弧隙是未电离的，只需较小的极间距离，就可承受较高的恢复电压。这种开断电路的方法叫做同步开断，而相应的开关电器叫做同步开关开关。
由上述可见，这种理想的同步开关可以无需采用灭弧装置。然而，事实上，实现这一方案非常困难。
其原因主要是：
(1）技术上还不能保证开关电器的触头稳定地每次恰在电流过零时分开；
(2) 还没有比较简便的方法使开关电器的动触头获得所需的高速度。
工程上获得实际应用的是带灭弧装置的同步开关，即在现有的开关电器灭弧装置上加装同步装置，使触头在电流过零前一极短时刻(例如lms左右)分开，同时提高触头运动速度，使触头从分开到电流过零这段时间内动、静触头能分开到足够距离。
三、附加晶闹管装置
晶闸管具有可控单向导电的性质。
如图5-38 a，如果将它和开关电器S并联，并且当交流电流I的流向如图所示的方向时，将开关S的触头分开，同时使晶闸管V触发导通，于是开断电流将从V中流过。由于V的电压降大大低于生弧电压，弧隙中将无电弧。此后，当晶闸管v中交流电流过零时，它将自动闭锁，于是电路被开断。这种综合有触头开关电器和晶闸管而成的开关，常称为混合式开关。
这样做的好处：
(1) 触头分开时刻的稳定性要求降低；
(2) 有较长的时间让动触头在电洫过零时达到一定的开距，从而可以减小动触头的运动速度。这时，虽然在弧隙中流过一定的电流，但因数值较小，而且持续时间较短，弧隙中气体电离悄况不太严重，所以在电流过零后弧隙的介质恢复强度数值较高，从而使现有的灭弧装置能够开断更大的电流。
混合式开关
优点：具有较高的电寿命；
缺点：结构较复杂，价格较昂贵。
真空断路器灭弧原理和方法分析-民熔
真空断路器灭弧原理和方法-民熔 真空断路器，系三相交流50Hz额定电压为12KV的电力系统的户内开关设备，民熔真空断路器作为电网设备、工矿企业动力设备的保护和控制单元。适用于要求在额定工作电流下的频繁操作，或多交开断短路电流的场所。 灭弧是断路器的重要应用之一，电弧不仅会损坏设备线路，还会影响人身安全。一般来说，常用的灭弧方法有四种，包括机械灭弧、磁吹弧等。本文介绍了常用的灭弧方法和几种常用断路器的原理。首先讨论了常用的灭弧方法，包括以下四种：
1机械灭弧：限位装置使电弧迅速拉长。这种方法常用于开关器件。 2灭磁弧：在与触头串联的磁吹线圈产生的磁场作用下，在电磁力的作用下拉长电弧，吹入由固体介质组成的灭弧罩内，与固体介质接触，使电弧冷却熄灭。 3窄缝（纵缝）灭弧方法：在电弧形成的磁场的电场作用下，电弧被拉长，进入灭弧罩窄（纵）槽内。将纵向电弧分为若干段并与之接触的固体弧段迅速熄灭。这种结构主要用于交流接触器。
4栅极灭弧法：当触头分离时，所产生的电弧在电力的作用下被推入一组金属光栅中，并分成若干段。每一块相互绝缘的金属网格相当于一个电极，因此正负极之间会有许多电压降。对于交流电弧，当电弧过零时，阴极附近会出现150V～250V的介电强度，使电弧无法维持和熄灭。由于栅极灭弧效果比直流灭弧效果强得多，在交流电器中常采用栅极灭弧。 这些方法主要针对一些低压断路器。为了了解使用这些方法的原因，有必要阐明断路器的灭弧原理。以下是一些常用断路器的讨论。真空断路器中断电弧原理。真空断路器在分闸瞬间，由于触头间存在电容，两触头间的绝缘被击穿，产生真空电弧。由于触头的形状和结构，真空弧柱迅速向弧柱外的真空区扩散。当开断电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，使电弧无法维持和熄灭。灭弧后几μs内，触头间真空间隙的耐压水平迅速恢复。
常用灭弧器的工作原理
①少油断路器 少油断路器以变压器油作为灭弧介质及动、静触头之间的绝缘。而用空气、陶瓷或有机绝缘材料作为相与相之间或相与地之间的绝缘。因此，少油断路器油量少、体积小、耗用钢材，价格便宜。目前在我国10~220KV电力系统中得到广泛应用。 其灭弧原理是少油断路器在油中开断电流时，触头间将产生电弧。高温电弧使油急速蒸发和分解。于是电弧便在油蒸汽和油分解的气体气泡中燃烧。油分解的气体中氢气约占70% ~ 80%，而且氢气的热导率非常高，并有很强的扩散作用。氢气和其他冷热气体对弧道产生强烈的冷却和去游离作用，特别是当电流经过零值瞬间，这种作用更加强烈，有利于熄灭电弧。断路器通常采用绝缘材料制成灭弧室，电弧在灭弧室中燃烧，利用灭弧室内升高的压力（可达几十兆帕）使油一方面流动，一方面与电弧接触，则灭弧效果更好。 ②六氟化硫断路器 六氟化硫断路器采用SF6气体作为灭弧介质和绝缘介质，SF6气体具有良好的绝缘性能和灭弧能力，因此在断路器中的应用得到迅速发展。SF6断路器的类型按灭弧方式分，有单压式和双压式；按触头工作方式可分为定开距式和变开距式；按总体结构分，有落地罐式和瓷瓶支柱式。 灭弧原理： 单压式SF6断路器只有一种压力较低的压力系统，既只有0.3~0.6MPa 压力（表压）的SF6气体作为断路器的内绝缘。在断路器开断的过程中，
由动触头带动压力活塞或压气罩，利用压缩气流吹熄电弧。分闸完毕，压气作用停止，分离的动静触头处在低压的SF6气体中 双压式SF6断路器内部有高压区和低压区，低压区0.3~0.5Mpa的SF6气体作为断路器的主绝缘。在分闸过程中，排气阀开启，利用高压区约1.5MPa的气体吹熄电弧。分闸完毕，动、静触头处于低压气体中或高压气体中。高压区喷向低压区的气体，再经气体循环系统和压缩机抽回高压区。 目前我国生产的SF6断路器采用单压式；并且触头多采用变开距结构 ③真空断路器 真空断路器是利用真空(真空度为10-4mm汞柱以下)具有良好的绝缘性能和耐弧性能等特点，将断路器触头部分安装在真空的外壳内而制成的断路器。真空断路器具有体积小、重量轻、噪音小、易安装、维护方便等优点。尤其适用于频繁操作的电路中。 真空灭弧室中电弧的点燃是由于真空断路器刚分瞬间，触头表面蒸发金属蒸汽，并被游离而形成电弧造成的。真空灭弧室中电弧弧柱压差很大，质量密度差也很大，因而弧柱的金属蒸汽（带电质点）将迅速向触头外扩散，加剧了去游离作用，加上电弧弧柱被拉长、拉细，从而得到更好的冷却，电弧迅速熄灭，介质绝缘强度很快得到恢复，从而阻止电弧在交流电流自然过零后重燃。(责任编辑：admin)
真空灭弧室的基本结构和工作原理
真空灭弧室的基本结构和工作原理 真空灭弧室，又名真空开关管，是中高压电力开关的核心部件，其主要作用是，通过管内真空优良的绝缘性使中高压电路切断电源后能迅速熄弧并抑制电流，避免事故和意外的发生，主要应用于电力的输配电控制系统，还应用于冶金、矿山、石油、化工、铁路、广播、通讯、工业高频加热等配电系统。具有节能、节材、防火、防爆、体积小、寿命长、维护费用低、运行可靠和无污染等特点。真空灭弧室从用途上又分为断路器用灭弧室和负荷开关用灭弧室，断路器灭弧室主要用于电力部门中的变电站和电网设施，负荷开关用灭弧室主要用于电网的终端用户。 我公司生产的多种型号的真空灭弧室，按其用途、参数、开断容量可分为断路器用真空灭弧室、负荷开关用真空灭弧室、接触器用真空灭弧室、重合器用真空灭弧室和分段器用真空灭弧室等。 其结构形式均由气密绝缘外壳、导电回路、屏蔽系统、波纹管等部分组成。 1、 气密绝缘系统 由玻璃或陶瓷制成的气密绝缘外壳、动端盖板、定端盖板，不锈钢波纹管组成了气密绝缘系统。为了保证玻璃、陶瓷与金属之间有良好的气密性，除了封接时要有严格的操作工艺外，还要求材料本身的透气性尽量小和内部放气量限制到极小值。不锈钢波纹管的作用不仅能将真空灭弧室内部的真空状态与外部的大气状态隔离开来，而且能使动触头连同动导电杆在规定的范围内运动，以完成真空开关的闭合与分断操作。 2 、导电系统 定导电杆、定跑弧面、定触头、动触头、动跑弧面、动导电杆构成了灭弧室的导电系统。其中定导电杆、定跑弧面、定触头合称定电极，动触头、动跑弧面、动导电杆合称动电极，由真空1.排气管保护罩 2.排气管密封刀口 3.环氧树脂填料 4.定端盖版 5.定导电杆 6.屏蔽筒 7.玻壳（或陶瓷壳） 8.定触头座 9.定触头 10.动触头 11.动触头座 12.动导电杆 13.波纹管 14.均压罩 15.动端盖版 16.导向套
各种电弧灭弧原理
各种电弧灭弧原理、条件及措施的比较 1. 开关电弧灭弧的基本原理：首先使触头间的介质成为良好电导率的电弧，进而使电弧冷却，迅速降低其电导率，最终使其转变为良好的绝缘体。 单位体积内的能量平衡： 电源提供的能量=电弧的能量增量— v ?gradp （由对流引起的散热功率）—s (T) （由辐射引起的散热功率）— div Χ?gradT （由广义热传导引起的散热功率） 应根据不同条件、不同场合，提高后三项的散热功率。 2.直流电弧 灭弧条件：稳态电路方程与电弧伏安特性无交点 灭弧措施：（1）拉长电弧→Ua ↗；（2）冷却电弧→Ua ↗（加装灭弧室，选用好的介质）；（3）制造电流过零点 3.交流电弧 交流电弧的熄灭措施：实质上是防止电弧重燃：利用电流过零点的有利时机，使U d >Utr 措施：提高U d 及其上升率，同时降低Utr 及其上升率 具体措施：（略） 4.SF 6电弧 灭弧原理：使大量SF 6分子与电弧接触而分解吸热，冷却电弧。 散热方式：以弧柱的热传导和对流换热为主，散热条件良好。 实际上防止重燃的方法：利用电流过零点的有利时机，使U d >Utr 。 gradT div T s gradp v dt dh E ?--?-=χρσ)(2
5.真空电弧 散热方式：以辐射和经电极与屏蔽罩的热传导为主，散热条件较差。只要保持为扩散型电弧，电流过零后，在微秒级内带电粒子即可消散而恢复间隙的绝缘强度。 实际上防止重燃的方法：利用电流过零点的有利时机，使U d >Utr， 纵向磁场的特点： （1）延缓离子贫乏现象、阳极斑点的产生，使集聚电流值提高；（2）降低了电弧电压：一方面：不利于增大电弧电压的灭弧措施； 另一方面，降低了电弧能量，电极的温度可降低，不易形成阳 极斑点。 （3）不能使阳极斑点在阳极表面快速移动，局部熔融严重。 不同形式横向磁场的特点： （1）纵向电流自身产生的角向磁场（自箍缩磁场）：有助于形成集聚型电弧。 （2）径向磁场：使电弧在电极表面快速移动，避免局部温度过高； 且可在工频后半周使集聚型电弧转变为扩散型电弧。 （3）抵消或部分抵消自箍缩磁场的角向磁场：使电弧向电极边缘移动而拉长电弧。一方面，电弧电压增高有利于灭弧；另一方面，电弧能量增大使电极温度升高。 （4）X向磁场：在电极的一边（y<0区域）增强自箍缩磁场，在电极的另一边（y>0区域）减弱自箍缩磁场。可利用来产生漂移
各类断路器的灭弧原理
引用各类断路器的灭弧原理 电机设备2010-10-27 15:24:38 阅读30 评论0 字号：大中小订阅 本文引用自缘分的天空《各类断路器的灭弧原理》 引用 缘分的天空的各类断路器的灭弧原理 真空断路器灭弧原理？ 在真空断路器分断瞬间，由于两触头间的电容存在，使触头间绝缘击穿，产生真空电弧。由于触头形状和结构的原因，使得真空电弧柱迅速向弧柱体外的真空区域扩散。当被分断的电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，使电弧不能继续维持而熄灭。电弧熄灭后的几μs内，两触头间的真空间隙耐压水平迅速恢复。同时，触头间也达到了一定距离，能承受很高的恢复电压。所以，一般电流在过零后， 不会发生电弧重燃而被分断。这就是其灭弧的原理。 SF6开关的灭弧原理 10kV SF6断路器灭派性能优良，不仅在于SF6气体本身，而且采用旋弧式灭弧室。目前，国内外在10kV电压级的SF6断路器研制上，广泛采用了具有良好灭弧性能的旋弧式灭抓室，它利用短路电流来建立磁场，使电弧在电磁力的作用下高速旋转，以达到自动灭弧的作用。其灭弧原理从图1可见：当短路开始，电信号反馈到脱扣器，使开关分闸。在分闸的瞬间，动触头和静触头之间就产生了电弧。动触头继续向下运动，电弧很快转移到引弧电极上。此时，绕在圆筒电极外而串联在静触头与圆筒电极之间的磁吹线圈通过短路电流，因而产生了磁场，于是电磁力驱使电弧高速旋转，在SF6气体中，电弧的高速旋转使得其离子体不断地与新鲜的SF6气体接触，以充分发挥六氟化硫的负电性，从而迅速地熄灭电弧。 油断路器的灭弧原理 当油断路器开断电路时，只要电路中的电流超过0.1A，电压超过几十伏，在断路器的动触头和静触头之间就会出现电弧，而且电流可以通过电弧继续流通，只有当触头之间分开足够的距离时，电弧熄灭后电路才断开。1OkV少油断路器开断20KA时的电弧功率，可达一万千瓦以上，断路器触头之间产生的电 弧弧柱温度可达六七千度，甚至超过1万度。 油断路器的电弧熄灭过程是，当断路器的动触头和静触头互相分离的时候产生电弧，电弧高温使其附近的绝缘油蒸发气化和发生热分解，形成灭弧能力很强的气体（主要是氢气）和压力较高的气泡，使电 弧很快熄灭。 灭弧的种类：灭弧有磁吹，纵缝灭弧，横吹的等等！ 磁吹当然是利用磁力来灭弧。因为电弧本身就是一个比较大的电流，用线圈通上电流，当然线圈必须是在电弧的两边，把电弧加在中间！当有电弧的时候，线圈用自己本身的磁力，把电弧拉长，让他自动 熄灭！ 可以引申以下，原先的断路器是用油来灭弧（当然不是单纯的用油），也就是电弧形成时，会把油电离，电离出来的氢气会把电弧吹灭！现在的SF6断路器的灭弧能力是氢气的6-8倍，所以现在的断路器 都是用FS6灭弧。 纵缝是把电弧引到缝里面，从而灭弧。
少油断路器灭弧室的灭弧过程
少油断路器灭弧室的灭弧过程 为了提高其开断能力，油断路器在触头周围装设了用绝缘材料制成的灭弧室。油断路器的灭弧室利用油分解产生的气体形成高速气流对电弧进行强烈气吹而使之熄灭。其工作特点是开断电流愈大，则单位时间内产生的气体愈多，灭弧室中的压力愈高，吹弧力量愈强，因而燃弧时间也愈短；当开断电流减小时，吹弧力量相应减弱，于是燃弧时间增大。 灭弧室装在高强度的绝缘简中，由灭弧片组成，各灭弧片之间隔开一定的距离形成油囊。灭弧室上部为静触头，分闸时动触头向下运动，当触头分开时，在触头间产生电弧，电弧被圆柱形气泡包围着，气泡壁由灭弧室油囊中的油形成。由于电弧到气泡壁的距离很短，故油强烈地冷却电弧，使电弧的能量消耗于油的分解和气化上，产生大量气体。随着动触头向下运动，高压气体通过灭弧片中间的圆孔向上对电弧进行纵吹，待动、静触头之间的距离足够长时，电弧即能熄灭。纵吹灭弧室结构简单，气体排出的方向与触头运动方向相反，有利于电弧的冷却，但燃弧时间较长，灭弧后新鲜油不易补充，不利于重合闸。少油断路器的灭弧室结构形式较多，除了纵吹灭弧室外，还有横吹、纵横吹等形式的灭弧室。 当断路器分断有电流的电路时，动、静触头分离产生电弧。随着动触
杆向下运动，电弧被拉人灭弧室依次与油囊中的油接触，使油蒸发、分解形成高压油气泡，在压力差的作用下，高压油气通过灭弧片中心的圆孔连续对电弧向上纵吹，使电弧冷却并熄灭。 属于自能式灭弧的油断路器，其灭弧能力与电弧电流大小有关。电弧电流越大，电弧能量越大，产生的油气压力越高，吹弧越强烈，灭弧能力越强。电弧电流小，则灭弧能力弱，电流过零时弧隙介质介电强度小容易复撼，开断电容电流时还会出现过电压。 为提高油断路器开断小电流电弧的能力，在现代的少油断路器中，设置压油活塞装置。静触头座内装压油活塞后，触头分离时，弹簧力推动活塞向下运动，将活塞下面的油压人弧隙中，可以消除“真空”现象，迅速提高弧隙的绝缘强度，有利于小电流电弧的熄灭。 断路器也采用逆流原理，导电杆采用下拉式。即分闸导电杆向下运动，电弧产生的高温高压油向上喷，将电弧中的带电质点迅速向上排出弧道，有利于弧隙绝缘强度的迅速恢复。导电杆向下运动，将电弧向下拉，与弧根接触的是下部冷油，可以降低电弧和触头的温度，使热游离减弱。同时向下运动，总有一部分冷油向上挤进灭弧室，形成附加机械油吹，对熄灭小电流电弧极为有利。
开关电器典型灭弧装置的工作原理
开关电器典型灭弧装置的工作原理 教学基本内容： 开关电器典型灭弧装置的工作原理 提高灭弧装置开断能力的辅助方法 概述 当电源电压超过数十伏、开断电流在数十安以上时，为减少电弧对触头的烧损和限制电弧扩展的空间，通常需要采取加强灭弧能力的措施，为此而采用的装置称为灭弧装置。 这些灭弧装置的灭弧原理主要有下列十几种： 1．简单开断； 2．磁吹线圈； 3．纵缝灭弧装置； 4．绝缘栅片灭弧装置； 5．金属栅片灭弧装置； 6．固体产气灭弧装置， 7．石英砂灭弧装置； 8．变压器油灭弧装置； 9．压缩空气灭弧装置； 10．SF6灭弧装置； 11．真空灭弧装置。 此外，为了增加灭弧装置的开断能力，通常可以采用下列辅助方法： 1．在弧隙两瑞并联电阻； 2. 附加同步开断装置； 3．附加晶闸管装置。
上述灭弧装置的灭弧原理是： (1) 在大气中依靠触头分开时的机械拉长，使L增大； (2) 利用流过导电回路或特制线圈的电流在燃弧区产生磁场，使电弧迅速移动和拉长； （3）依靠磁场的作用，将电弧驱入用耐弧材料制成的狭缝中，以加强电弧的冷却和消电离； (4) 用金属板将电弧分隔成许多串联的短弧； (5) 在封闭的灭弧室中，利用电弧自身能量分解固体材料，产生气体，以提高灭弧室中的压力，或者利用产生的气体进行吹弧； (6) 利用电弧自身能量，使变压器油分解成含有大量氢气的气体并建立起很高的压力，再利用此压力推动冷油和气体去吹弧； (7) 利用压缩空气吹弧； (8) 利用SF6气体吹弧； (9) 在高真空中开断触头，利用弧隙中由电极金属蒸汽形成的弧柱在电流过零时迅速扩散的原理进行灭弧； (10) 利用石英砂等固体颗粒介质，限制电弧直径的扩展和加强冷却。 开关电器典型灭弧装置的工作原理 一、拉长电弧 （1）大气中，利用机械拉长电弧方式的原理与图例。 电弧放长后，电弧电压就增大，其静态伏——安特性向上移
真空断路器灭弧原理
真空断路器灭弧原理 真空断路器是利用真空(真空度为10-4mm汞柱以下)具有良好的绝缘性能和耐弧性能等特点，将断路器触头部分安装在真空的外壳内而制成的断路器。真空断路器具有体积小、重量轻、噪音小、易安装、维护方便等优点。尤其适用于频繁操作的电路中。 真空灭弧室中电弧的点燃是由于真空断路器刚分瞬间，触头表面蒸发金属蒸汽，并被游离而形成电弧造成的。真空灭弧室中电弧弧柱压差很大，质量密度差也很大，因而弧柱的金属蒸汽（带电质点）将迅速向触头外扩散，加剧了去游离作用，加上电弧弧柱被拉长、拉细，从而得到更好的冷却，电弧迅速熄灭，介质绝缘强度很快得到恢复，从而阻止电弧在交流电流自然过零后重燃。 真空灭弧室是真空断路器的灭弧和绝缘部件。主要有动触头、静触头、动端跑弧面、动端法兰、静端法兰、瓷柱、不锈钢支撑法兰、屏蔽罩、动静导电杆、玻壳和波纹管等，经过清洗由玻璃封装、真空焊、亚弧焊、排气等工艺程序处理后封装而成。各主要零部件均密封在玻壳中，玻壳不仅通过动静法兰起到密封作用，还能起到绝缘作用。波纹管系一动态密封的弹性元件，通过真空灭弧室在操动机构的作用下可完成分合闸动作，而又不会破坏其真空度。
真空灭弧室制造成一个整体，不能拆装，损坏后应整体更换。 真空电弧的熄灭是基于利用高真空介质（一般为压强低于10-4mm汞柱的稀薄气体）的绝缘强度及在这种气体中的电弧生成物（带电粒子和金属蒸汽）具有极高的扩散速度，在电弧电流过零后，触头间隙的介质强度可以迅速恢复起来的原理而实现的。燃弧过程中的金属蒸汽和带电粒子在强烈的扩散中为屏蔽罩所冷凝，带三条阿基米德螺旋槽的跑弧面使电弧电流在其流经路线上的触头间产生一个横向磁场，这时电弧电流在主触头上沿切线方向快速移动，从而降低了主触头表面的温度，减少了主触头的烧损，稳定了断路器的开断性能，提高了断路器的寿命。
开关电器中电弧产生及灭弧方法
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法 问：开关电器中电弧是如何产生的? 答：电孤是一种气体放电现象，它有两个特点：一是电弧中有大量的电子、离子，因而是导电的，电孤不熄灭电路继续导通，要电弧熄灭后电路才正式断开;二是电弧的温度很高，弧心温度达4000～5000摄氏度以上，高温电弧会烧坏设备造成严重事故，所以必须采取措施，迅速熄灭电弧。 电弧产生和熄灭的物理过程简述如下：在开关断开过程中，由于动触头的运动，使动、静触头间的接触面不断减小，电流密度就不断增大，接触电阻随接触面的减小就越来越大，因而触头温度升高，产生热电子发射。当触头刚分离时，由于动、静触头间的间隙极小，出现的电场强度很高，在电场作用下金属表面电子不断从金属表面飞逸出来，成为自由电子在触头间运动，这种现象称为场致发射。热电子发射、场致发射产生的自由电子在电场力作用下加速飞向阳极，途中不断碰撞中性质点，将中性质点中的电子又碰撞出来，这种现象称作碰撞游离。由于碰撞游离的连锁反应，自由电子成倍地增加(正离子亦随之增加)，大量的电子奔向阳极，大量的正离子向负极运动，开关触头间隙便成了电流的通道，触头间隙间介质被击穿就形成电弧。 由于电弧温度很高，在高温的作用下，处在高温下的中性质点由于高温而产生强烈不规则的热运动，在中性质点互相碰撞时，又将被游离而形成电子和离子，这种因热运动而引起的游离称为热游离。热游离产生大量电子和离子维持触头间隙间电弧。产生电弧主要由碰撞游离，维持电弧主要依靠热游离。 问：开关电器中电弧熄灭常用哪些方法? 信息来源:https://www.360docs.net/doc/766268992.html, 答：开关电器中电弧熄灭常用的方法如下：
(1)利用气体或油熄灭电弧。在开关电器中利用各种形式的灭弧室使气体或油产生巨大的压力并有力地吹向弧隙，电弧在气流或油流中被强烈地冷却和去游离，并且其中的游离物质被未游离物质所代替，电弧便迅速熄灭。气体或油吹动的方式有纵吹和横吹两种，纵吹使电弧冷却变细，然后熄灭;横吹是把电弧拉长切断而熄灭。不少断路器采用纵横混合吹弧方式，以取得更好灭弧效果。 (2)采用多断口。高压断路器常制成每相有两个或多个串联的断口，使加于每个断口的电压降低，电弧易于熄灭。 (3)断路器断口加装并联电阻。在高压大容量断路器中，广泛利用弧隙并联电阻来改善它们的工作条件。断路器每相假如有两对触头，一对为主触头，另一对为辅助触头，电阻并联在主触头上。当断路器在合闸位置时，主、辅触头都闭合。当断开电路时，主触头先断开，这时并联在主触头断口上的电阻在主触头断开过程中起分流作用，有利于主触头断口灭弧。主触头的电弧熄灭后，并联电阻串联在电路中，有效地降低触头上的恢复电压数值及电压恢复速度。另外，并联电阻对切断小电感电流或电容电流时，可限制过电压产生。 (4)采用新介质。利用灭弧性能优越的新介质，例如SF6(六氟化硫)断路器和真空断路器等。 (5)利用金属灭弧栅熄灭电弧。用铁磁物质制成金属灭弧栅，当电弧发生后，立刻把电弧吸引到栅片内，将长弧分割成一串短弧，当电弧过零时，每个短弧的附近会出现150～250伏的介质强度，如果作用于触头间的电压小于各个介质强度的总和时，电弧就立即熄灭。这种灭弧方法在低压开关中用得很多。
第十三章 电弧及灭弧装置
第十三章电弧及灭弧装置 在有触点电器中，触头接通和分断电流的过程中往往伴随着气体放电现象一电弧的产生及熄灭。电弧对电器具有一定的危害。本章通过对电弧现象的介绍，分析其产生和熄灭的过程，从而找出并介绍在电器常用的灭弧方法及装置，以解决电弧在电器中的影响。 第一节电弧的物理基础 一、电弧现象及特点 电弧属于气体放电的一种形式。气体放电分为自持放电与非自持放电两类，电弧属于气体自持放电中的弧光放电。试验证明，当在大气中开断或闭合电压超过10V、电流超过0.5A的电路时，在触头间隙（或称弧隙）中会产生一团温度极高、亮度极强并能导电的气体，称为电弧。由于电弧的高温及强光，它可以广泛应用于焊接、熔炼、化学合成、强光源及空间技术等方面。对于有触点电器而言，由于电弧主要产生于触头断开电路时，高温将烧损触头及绝缘，严重情况下甚至引起相间短路、电器爆炸，酿成火灾，危及人员及设备的安全。所以从电器的角度来研究电弧，目的在于了解它的基本规律，找出相应的办法，让电弧在电器中尽快熄灭。 我们借助一定的仪器仔细观察电弧，可以发现，除两个极（触头）外，明显的分为3个区域，即近阴极区、近阳极区及弧柱区。如图13—1所示。 图13—1 电弧3个区及电位降、电位梯度分布
近阴极区的长度约等于电子的平均自由行程（小于m 610 ）。在电场力的作用下正离子向阴极运动，造成此区域内聚集着大量的正离子而形成正的空间电荷层，使阴极附近形成高电场强度（约为m V /10~1076）。正的空间电荷层形成阴极压降，其数值随阴极材料和气体介质的不同而有所变化，但变化不大，约在10－20V 之间。 近阳极区的长度约等于近阴极区的几倍。在电场力的作用下自由电子向阳极运动，它们聚集在阳极附近而且不断被阳极吸收而形成电流。在此区域内聚集着大量的电子形成负的空间电荷层，产生阳极压降，其值也随阳极材料而异、但变化不大，稍小于阴极压降。由于近阳极区的长度比近阴极区的长，故其电场强度较小。 阴极压降与阳极压降的数值几乎与电流大小无关，在材料及介质确定后可以认为是常数。 弧柱区的长度几乎与电极间的距离相同。是电弧中温度最高、亮度最强的区域。因在自由状态下近似圆柱形，故称弧柱区。在此区中正、负电粒子数相同，称等离子区。由于不存在空间电荷，整个弧区的特性类似于一金属导体。每单位弧柱长度电压降相等。其电位梯度E 。也为一常数，电位梯度与电极材料、电流大小、气体介质种类和气压等因素有关。 电弧按其外形分为长弧与短弧。长短之别一般取决于弧长与弧径之比。把弧长大大超过弧径的称为长弧。长弧的电压是近极压降（阴极压降与阳极压降）与弧柱压降之和。若弧长小于弧径，两极距离极短（如几毫米）的电弧称为短弧。此时两极的热作用强烈，近极区的过程起主要作用。电弧的压降以近极压降为主，几乎不随电流变化。 电弧还可按其电流的性质分为直流电弧和交流电弧。 二、开断电路时电弧产生的物理过程 当触头开断电路，在间隙中产生电弧时，电路仍然是导通的。这就说明已分开触头间的气体由绝缘状态变成了导电状态。那么，究竟有哪些物理过程在这个气体由不导电状态的变成导电状态过程中起作用了呢？下面就此进行一些分析。 1．碰撞游离 带电粒子（自由电子、正离子和负离子）在电场力中获得动能而加速，当这
开关电器的灭弧
开关电器的灭弧 电弧是电气设备运行中经常发生的物理现象，其特点是光亮很强和温度很高。它不仅对触头有很大的破坏作用，电弧的产生对供电系统的安全运行有很大影响。首先，电弧延长了电路开断短路电流的时间。在开关分断短路电流时，开关触头上的电弧就延长了短路电流通过电路的时间，使短路电流危害的时间延长，这可能对电路设备造成更大的损坏。同时，电弧的高温可能烧坏开关的触头，烧毁电气设备和导线电缆，甚至可能引起火灾和爆炸事故。此外，强烈的电弧可能损伤人的视力，严重的可导致人失明。因此，开关设备在结构设计上就要保证其操作时电弧能迅速地熄灭。 当电弧稳定燃烧时是处在热动平衡状态，此时不可能有电子和离子的积累。这说明电弧中气体游离现象的同时还存在一个相反的过程，我们称之为消游离。消游离就是正、负带电粒子中和而变成中性粒子的过程。消游离的方式分两类：复合和扩散。 1．复合 带异性电荷的粒子相遇后相互作用中和而变成中性粒子称为复合。复合按其地点可分为： （1）表面复合：带正、负电荷的粒子附在金属或绝缘材料表面上，相互吸引而中和电荷，变成中性粒子。 （2）空间复合：带正、负电荷的粒子在放电间隙中相互吸引而中和电荷，变成中性粒子。自由电子与正离子相遇，相互吸引而中和电荷而变成中性粒子，称为直接复合。由于自由电子的运动速度比正离子大得多，所以直接复合的机率很小。往往自由电子粘合在中性粒子上，再与正离子相遇而复合，中和电荷形成两个中性粒子。这种过程称间接复合。因为正、负离子的运动速度相当，间接复合的机率大，约为直接复合的上千倍。自由电子粘合在中性粒子上形成负离子的强弱与气体的种类和纯净度有关。氟原子及其化合物SF 分子与自由电子的粘合 6 的复合能力很强，是比较理想的消游离和作用很强，所以称为负电性气体。SF 6 绝缘介质。现已应用在高压断路器中。 显而易见，带电粒子运动速度是直接影响复合作用大小的重要因素。降低温度、减小电场强度可使粒子运动速度减小，易于复合。此外，带电粒子浓度增大时，复合机会增多，复合作用也可以加强。在电弧电流不变的条件下，设法缩小电弧直径，则粒子浓度可增大。 复合过程总是伴随着能量的释放。释放出来的能量成为加热电极、绝缘物及气体的热源，同时也向四周散发。 2．扩散 带电粒子从电弧区转移到周围介质中去的现象称为扩散。扩散的方向一般为从高温、高浓度区向低温、低浓度区。扩散使电弧中的带电粒子减小。扩散出来的带电粒子因冷却很容易相互结合，中和电荷而形成中性粒子。扩散速度与电弧内外浓度差、温度差成正比。电弧直径愈小，弧区中带电粒子浓度愈大；电弧与周围介质温差愈大，扩散速度愈大。因此，加速电弧的冷却是提高扩散作用的有效方法。 综上所述，电弧中存在着游离和消游离两方面的作用。当游离作用占优势时电弧就会产生和扩大，当消游离作用占优势时，电弧就趋于熄灭。游离与消游离作用与许多物理因素有关，如电场强度、温度、浓度、气体压力等。那么，我们可以
电弧-灭弧
电弧 电弧当用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于10—20伏，电流不小于 80~100mA，电器的触头间便会产生电弧。 电弧是高温高导电率的游离气体，它不仅对触头有很大的破坏作用，而且使断开电路的时间延长。 因此，在了解开关电器的结构和工作情况之前，首先来看看其是如何产生和熄灭的。 电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。开关触头分离时，触头间距离很小，电场强度E很高(E = U/d)。当电场强度超过3×10---6---V/m时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。这种游离方式称为：强电场发射。 从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，途中不断地和中性质点相碰撞。只要电子的运动速度v足够高，电子的动能A = mv2足够大，就可能从中性质子中打出电子，形成自由电子和正离子。这种现象称为碰撞游离。新形成的自由电子也向阳极作加速运动，同样地会与中性质点碰撞而发生游离。碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子，具有很大的电导；在外加电压下，介质被击穿而产生电弧，电路再次被导通。 触头间电弧燃烧的间隙称为弧隙。电弧形成后，弧隙间的高温使阴极表面的电子获得足够的能量而向外发射，形成热电场发射。同时在高温的作用下(电弧中心部分维持的温度可达10000℃以上)，气体中性质点的不规则热运动速度增加。当具有足够动能的中性质点相互碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。 随着触头分开的距离增大，触头间的电场强度E逐渐减小，这时电弧的燃烧主要是依靠热游离维持的。 在开关电器的触头间，发生游离过程的同时，还发生着使带电质点减少的去游离过程。 电弧是一种空气导电的现象，在两电极之间产生强烈而持久的放电现象，称为电弧。 电弧的能量集中，温度极高，亮度很强。例：10kv QF断开20kv的电流，电弧功率达到一万kw以上。 电弧由阴级区、阳极区和弧柱区组成。弧柱处温度最高，可达6-7k0C到1万度以上。在弧柱周围温度较低。亮度明显减弱的部分叫弧焰，电流几手都从弧柱内部流过。 电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃烧的电压很低。在大气中，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅15-30v。在变压器油中，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅100-220v。 电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易变形。电弧在气体或液体的流动作用下或电动力作用下，能迅速移动，伸长或弯曲。 电弧对电力设备、动力设备的断路器有破坏作用，必须尽量消除。但在机械、建筑等领域，电焊却是一种广泛应用的工艺。在化工等领域，电弧喷涂也得到广泛应用! 灭弧 灭弧室是盆状的，底部有孔，动触头在孔中穿过，与静触头接触形成导电通路。灭弧室、静触头和动触杆上都有铜钨合金，灭弧室外有灭弧线圈。当动触杆和静触头分开即分闸操作
真空灭弧室结构及原理
◆ 电弧 ◆ 真空和真空度 ◆ 真空电弧 ◆ 交流真空电弧 ◆ 真空击穿 ◆ 灭弧原理 ◆ 真空灭弧室的寿命 1、电弧 电弧或弧光放电是气体放电的一种形式。气体放电在性质上和外观上是各种各样的。在正常状态下，气体有良好的电气绝缘性能。但当在气体间隙的两端加上足够大的电场时，就可以引起电流通过气体。这种现象称为放电。放电现象与气体的种类和压力、电极的材料和几何形状、两极间的距离以及加在间隙两端的电压等因素有关。例如在正常状态下，给气体间隙两端的电极加压到一定程度时，普通空气中电子在电场作用下高速运动，与气体分子碰撞后产生较多的电子和离子，新生的电子和离子又同中性原子碰撞，产生更多的电子和离子，这时，气体开始发光，两电极变为炽热，电流迅速增大。这种性质上的转变称为气体间隙的击穿，其所需的电压称为击穿电压。这时，由于电场的支持，放电并不停止，故称为自持放电。电弧则是气体自持放电的一种形式。电弧具有电流密度大和阴极电位降低的特点。 2、真空和真空度 低于1个大气压的气体状态，都称为真空。描述真空程度的量叫真空度，用该气体的压力大小来表示。 l大气压= 760×＝×105Pa（帕斯卡）或 真空技术中将广阔的真空度范围划分为粗、低、高、超高、极高等区域。其中高真空区域的气体压力为 10-1～10-6Pa，这一区域的后半段，即×10-3～×10-6就是真空灭弧室通常采用的真空度范围。 在高真空区域中，单位体积内的气体分子数目大大减少了，气体分子之间碰撞的几率大大减少，气体分子之间的平均距离大大增加。
真空度的高低对灭孤能力有影响。实验表明：灭孤室真空度在10-3Pa数量级时就能够可靠地灭弧。真空灭弧定制造厂在产品出厂时，提高了灭孤室的真空度，达到 10-5～ 10-6 Pa，待经过20年的使用或贮存期，或多或少产生外部渗气等现象使其真空度下降到10-3Pa范围，仍能保证它的灭孤能力。 3、真空电弧 在真空环境中，气体非常稀薄，残存气体的电离可忽略不记。一对带电触头在这种高真空环境中的分离，便会产生真空电弧。真空电弧是这样产生的：当触头行将分离前，触头上原先施加的接触压力开始减弱，动静触头间的接触电阻开始增大，由于负荷电流的作用，发热量增加。在触头刚要分离瞬间，动静触头之间仅靠几个尖峰联系着，此时负荷电流将密集收缩到这几个尖峰桥上，接触电阻急剧增大，同时电流密度又剧增，导致发热温度迅速提高，致令触头表面金属产生蒸发，同时微小的触头距离下也会形成极高的电场强度，造成强烈的场致发射，间隙击穿，继而形成真空电弧。真空电弧一旦形成，就会出现电流密度在104A/cm2 以上的阴极斑点，使阴极表面局部区域的金属不断熔化和蒸发，以维持真空电弧。在电弧熄灭后，电极之间与电极周围的金属蒸气密度不断下降直到零，仍然恢复高真空状态。 真空中电弧的形式： 真空中的电弧有两种形式，扩散形电弧和收缩形电弧。 扩散型真空电弧： 当真空电弧电流不大时，阴极斑点将不停地运动，通常是由电极中心向边缘运动。当阴极斑点到达边缘，等离子锥便弯曲，接着阴极斑点就突然熄灭，在电极中心又会继续不断地产生新的阴极斑点。如果电流保持不变，阴极表面存在的阴极斑点数基本上维持不变。当电弧电流增大或减小时，阴极斑点也随之增加或减少。这种存在许多阴极斑点的真空电弧，随着阴极斑点的运动不断地向四周扩散，所以叫扩散型真空电弧。
各类灭弧原理
各类断路器的灭弧原理真空断路器灭弧原理？ 在真空断路器分断瞬间，由于两触头间的电容存在，使触头间绝缘击穿，产生真空电弧。由于触头形状和结构的原因，使得真空电弧柱迅速向弧柱体外的真空区域扩散。当被分断的电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，使电弧不能继续维持而熄灭。电弧熄灭后的几μs内，两触头间的真空间隙耐压水平迅速恢复。同时，触头间也达到了一定距离，能承受很高的恢复电压。所以，一般电流在过零后，不会发生电弧重燃而被分断。这就是其灭弧的原理。 SF6开关的灭弧原理 10kV SF6断路器灭派性能优良，不仅在于SF6气体本身，而且采用旋弧式灭弧室。目前，国内外在10kV电压级的SF6断路器研制上，广泛采用了具有良好灭弧性能的旋弧式灭抓室，它利用短路电流来建立磁场，使电弧在电磁力的作用下高速旋转，以达到自动灭弧的作用。其灭弧原理从图1可见：当短路开始，电信号反馈到脱扣器，使开关分闸。在分闸的瞬间，动触头和静触头之间就产生了电弧。动触头继续向下运动，电弧很快转移到引弧电极上。此时，绕在圆筒电极外而串联在静触头与圆筒电极之间的磁吹线圈通过短路电流，因而产生了磁场，于是电磁力驱使电弧高速旋转，在SF6气体中，电弧的高速旋转使得其离子体不断地与新鲜的SF6气体接触，以充分发挥六氟化硫的负电性，从而迅速地熄灭电弧。 油断路器的灭弧原理 当油断路器开断电路时，只要电路中的电流超过0.1A，电压超过几十伏，在断路器的动触头和静触头之间就会出现电弧，而且电流可以通过电弧继续流通，只有当触头之间分开足够的距离时，电弧熄灭后电路才断开。1OkV少油断路器开断20KA时的电弧功率，可达一万千瓦以上，断路器触头之间产生的电弧弧柱温度可达六七千度，甚至超过1万度。油断路器的电弧熄灭过程是，当断路器的动触头和静触头互相分离的时候产生电弧，电弧高温使其附近的绝缘油蒸发气化和发生热分解，形成灭弧能力很强的气体（主要是氢气）和压力较高的气泡，使电弧很快熄灭。 灭弧的种类：灭弧有磁吹，纵缝灭弧，横吹的等等！ 磁吹当然是利用磁力来灭弧。因为电弧本身就是一个比较大的电流，用线圈通上电流，当然线圈必须是在电弧的两边，把电弧加在中间！当有电弧的时候，线圈用自己本身的磁力，把电弧拉长，让他自动熄灭！ 可以引申以下，原先的断路器是用油来灭弧（当然不是单纯的用油），也就是电弧形成时，会把油电离，电离出来的氢气会把电弧吹灭！现在的SF6断路器的灭弧能力是氢气的6-8倍，所以现在的断路器都是用FS6灭弧。 纵缝是把电弧引到缝里面，从而灭弧。
断路器灭弧原理
高压断路器的灭弧原理 1. 油断路器的灭弧 这类断路器用油作灭弧介质，电弧在油中燃烧时，油受电弧的高温作用而迅速分解、蒸发，并在电弧周围形成气泡。能有效地冷却电弧，降低弧隙电导率，促使电弧熄灭。在 油断路器中设置了灭弧装置(室)，使油和电弧的接触紧密，气泡压力得到提高。当灭弧室 喷口打开后，气体、油和油蒸气本身形成一股气流和液流，按照具体的灭弧装置结构，可垂直于电弧横向吹弧，平行于电弧纵向吹弧或纵横结合等方式吹向电弧，对电弧实行强力有效的吹弧，这样，就加速去游离过程，缩短燃弧时间，从而提高了断路器的开断能力，电流过零时灭弧。 2. SF6断路器的灭弧 SF6断路器用SF6气体作为灭弧介质。SF6气体是理想的灭弧介质，它具有良好的热化学性与强负电性。 (1) 热化学性即SF6气体有良好的热传导特性。由于SF6气体有较高的导热率，电弧 燃烧时，弧心表面具有很高的温度梯度，冷却效果显著，所以电弧直径比较小，有利于灭 弧。同时SF6在电弧中热游离作用强烈，热分解充分，弧心存在着大量单体的S、F 及其离 子等，电弧燃烧过程中，电网注入弧隙的能量比空气和油等作灭弧介
质的断路器低得多。 因此，触头材料烧损较少，电弧也就比较容易熄灭。 (2) SF6气体的强负电性就是这种气体分子或原子生成负离子的倾向性强。由电弧 电离所产生的电子，被SF6气体和由它分解产生的卤族分子和原子强烈的吸附，因而带电 粒子的移动性显著降低，并由于负离子与正离子极易复合还原为中性分子和原子。因此， 弧隙空间导电性的消失过程非常迅速。弧隙电导率很快降低，从而促使电弧熄灭。 (3) 真空断路器的灭弧 真空断路器应用真空作为绝缘和灭弧介质。断路器开断时，电弧在真空灭弧室触头材料所产生的金属蒸气中燃烧，简称为真空电弧。当开断真空电弧时，由于弧柱内外的压力与密度差别都很大，所以弧柱内的金属蒸气与带电质点会不断向外扩散。弧柱内部处在一面向外扩散，一面处于电极不断蒸发出新质点的动态平衡中。随着电流减小，金属蒸气密度与带电质点的密度都下降，最后在电流接近零点时消失，电弧随之熄灭。此时，弧柱残余的质点继续向外扩散，断口间的介质绝缘强度迅速恢复，只要介质绝缘强度的恢复速度大于电压恢复上升速度，电弧最终熄灭。
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法开关电器中电弧是如何产生的 电孤是一种气体放电现象，它有两个特点：一是电弧中有大量的电子、离子，因而是导电的，电孤不熄灭电路继续导通，要电弧熄灭后电路才正式断开;二是电弧的温度很高，弧心温度达4000～5000摄氏度以上，高温电弧会烧坏设备造成严重事故，所以必须采取措施，迅速熄灭电弧。 电弧产生和熄灭的物理过程简述如下：在开关断开过程中，由于动触头的运动，使动、静触头间的接触面不断减小，电流密度就不断增大，接触电阻随接触面的减小就越来越大，因而触头温度升高，产生热电子发射。当触头刚分离时，由于动、静触头间的间隙极小，出现的电场强度很高，在电场作用下金属表面电子不断从金属表面飞逸出来，成为自由电子在触头间运动，这种现象称为场致发射。热电子发射、场致发射产生的自由电子在电场力作用下加速飞向阳极，途中不断碰撞中性质点，将中性质点中的电子又碰撞出来，这种现象称作碰撞游离。由于碰撞游离的连锁反应，自由电子成倍地增加(正离子亦随之增加)，大量的电子奔向阳极，大量的正
离子向负极运动，开关触头间隙便成了电流的通道，触头间隙间介质被击穿就形成电弧。 由于电弧温度很高，在高温的作用下，处在高温下的中性质点由于高温而产生强烈不规则的热运动，在中性质点互相碰撞时，又将被游离而形成电子和离子，这种因热运动而引起的游离称为热游离。热游离产生大量电子和离子维持触头间隙间电弧。产生电弧主要由碰撞游离，维持电弧主要依靠热游离。 开关电器中电弧熄灭常用哪些方法 开关电器中电弧熄灭常用的方法如下： (1)利用气体或油熄灭电弧。在开关电器中利用各种形式的灭弧室使气体或油产生巨大的压力并有力地吹向弧隙，电弧在气流或油流中被强烈地冷却和去游离，并且其中的游离物质被未游离物质所代替，电弧便迅速熄灭。气体或油吹动的方式有纵吹和横吹两种，纵吹使电弧冷却变细，然后熄灭;横吹是把电弧拉长切断而熄灭。不少断路器采用纵横混合吹弧方式，以取得更好灭弧效果。
开关电器中电弧产生原因及灭弧方法
编号：SM-ZD-44218 开关电器中电弧产生原因 及灭弧方法 Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly. 编制：____________________ 审核：____________________ 批准：____________________ 本文档下载后可任意修改
开关电器中电弧产生原因及灭弧方 法 简介：该规程资料适用于公司或组织通过合理化地制定计划，达成上下级或不同的人员 之间形成统一的行动方针，明确执行目标，工作内容，执行方式，执行进度，从而使整 体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅 读内容。 开关电器中电弧是如何产生的? 电孤是一种气体放电现象，它有两个特点：一是电弧中有大量的电子、离子，因而是导电的，电孤不熄灭电路继续导通，要电弧熄灭后电路才正式断开;二是电弧的温度很高，弧心温度达4000～5000摄氏度以上，高温电弧会烧坏设备造成严重事故，所以必须采取措施，迅速熄灭电弧。 电弧产生和熄灭的物理过程简述如下：在开关断开过程中，由于动触头的运动，使动、静触头间的接触面不断减小，电流密度就不断增大，接触电阻随接触面的减小就越来越大，因而触头温度升高，产生热电子发射。当触头刚分离时，由于动、静触头间的间隙极小，出现的电场强度很高，在电场作用下金属表面电子不断从金属表面飞逸出来，成为自由电子在触头间运动，这种现象称为场致发射。热电子发射、场
各种不同的断路器的灭弧方法
各种不同的断路器的灭弧方法 SF6断路器按照灭弧原理分为：自能吹弧式（又分为旋弧式和热膨胀式），压气式，混合吹弧式。 旋弧式灭弧：目前，国内外在10kV电压级的SF6断路器研制上，广泛采用了具有良好灭弧性能的旋弧式灭抓室，它利用短路电流来建立磁场，使电弧在电磁力的作用下高速旋转，以达到自动灭弧的作用。其灭弧原理：当短路开始，电信号反馈到脱扣器，使开关分闸。在分闸的瞬间，动触头和静触头之间就产生了电弧。动触头继续向下运动，电弧很快转移到引弧电极上。此时，绕在圆筒电极外而串联在静触头与圆筒电极之间的磁吹线圈通过短路电流，因而产生了磁场，于是电磁力驱使电弧高速旋转。在SF6气体中，电弧的高速旋转使得其离子体不断地与新鲜的SF6气体接触，以充分发挥六氟化硫的负电性，从而迅速地熄灭电弧。这里需要指出的是：电弧的转移，电流过零时的电磁力以及开断小电流等均进行了技术处理。 对SF6开关灭弧室的改进意见：由于SF6开关的灭弧室为圆筒型，电弧不会被拉长。如果采用圆锥型结构，情况就有所变化。当电弧被引入灭弧室后，由于灭弧室的半径是逐渐变大的，这样电弧将被逐渐拉长，电弧电阻增大，加速电弧的熄灭，从而提高了断路器的开断能力。 真空断路器按照灭弧原理的不同有纵磁灭弧，横磁灭弧，纵横磁灭弧。由触头结构在电流流经触头时产生不同的磁场，横向磁场可以拉长电弧，使阴极半点移动，减少阴极表面的烧蚀，增大了电子发射的难度，使电弧赖以存在的自由电子减少。而纵磁场是电流从触头流过时产生纵向磁场，纵向磁场像磁镜将自由电子约束在弧道内，这样电弧弧柱的电阻就小，电弧的导电性能就好，系统向电弧输入的能量就小，熄灭电弧时就容易。这些都是不同的熄灭电弧的方法。 真空灭弧室中电弧的点燃是由于真空断路器刚分瞬间，触头表面蒸发金属蒸汽，并被游离而形成电弧造成的。真空灭弧室中电弧弧柱压差很大，质量密度差也很大，因而弧柱的金属蒸汽（带电质点）将迅速向触头外扩散，加剧了去游离作用，加上电弧弧柱被拉长、拉细，从而得到更好的冷却，电弧迅速熄灭，介质绝缘强度很快得到恢复，从而阻止电弧在交流电流自然过零后重燃。