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电弧的特性和熄灭方法

第三章 电弧及电气触头的基本知识 第一节 电弧的特性和熄灭方法 教学内容 本节教学内容 一、直流电弧的特性 二、直流电弧的熄灭 三、交流电弧的特性 四、交流电弧的熄灭 五、熄灭交流电弧的基本方法 一、直流电弧的特性 稳定燃烧的直流电弧压降由阴极区压降、弧柱压降和阳极区压降三部分组成。电弧阴极区压降近似等于常数,它与电极材料和弧隙的介质有关;弧柱压降与弧长成正比;阳极区的电压降比阴极区的小。 短弧:几毫米长,电弧电压主要由阳极、阴极电压降组成。电弧电压是与电流、外界条件无关的常数,约为20V左右。 长弧:几厘米以上,电弧电压主要由弧柱电压降组成,电弧电压与电弧长度成正比。 二、直流电弧的熄灭 熄灭直流电弧方法: ??? 1.冷却或拉长电弧,增大电弧电阻和电弧电压; ??? 2.增大线路电阻,如熄弧过程中串入电阻; ??? 3.长弧分割成串联短弧,利用短弧的特性,使得电弧电压大于触头施加的电压时,则电弧即可熄灭。 在高压大容量的直流电路中(如大容量发电机的励磁电路),一方面采用冷却电弧和短弧原理的方法来熄弧,另一方面采用逐步增大串联电阻的方法来熄弧。 三、交流电弧的特性 1. 动态特性 2. 热惯性 3.“自然过零” 四、交流电弧的熄灭 电弧重燃取决于弧隙介质绝缘能力或介电强度和弧隙电压的恢复。 1.弧隙介质介电强度的恢复 四、交流电弧的熄灭 2.弧隙电压的恢复过程 四、交流电弧的熄灭 3.交流电弧的熄灭条件 Uj(t)>Uhf(t) 在交流电弧的灭弧中,应充分利用交流电流的自然过零点,采取有效的措施,加大弧隙间去游离的强度,使电弧不再重燃,最终熄灭。 五、熄灭交流电弧的基本方法 1.吹弧 2.采用多断口灭弧 3.提高分闸速度 五、熄灭交流电弧的基本方法 4.用耐高温金属材料制作触头 5.采用优质灭弧介质 6.短弧原理灭弧 7.利用固体介质的狭缝灭弧装置灭弧 思考练习 思考练习 1.交流电弧有什么特征?熄灭交流电弧的条件是什么? 2.什么是近阴极效应? 3.什么是弧隙介质介电强度和弧隙恢复电压? 4.断路器断口并联电阻和电容的作用是什么? 5.开关电器中常采用的基本灭弧方法有哪些?各自的灭弧原理是什么? 《发电厂变电站电气设备》 第三章 电弧及电气触头的基本知识 第二节 电弧的特性和熄灭方法 首页 电弧的温度、直径以及电弧电压随时间变化。 电弧电压呈马鞍形变化,电流小时,电弧电压高,电流大时,电弧电压减小且接近于常数。 A点:燃弧电压 B点:熄弧电压 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。 电流过零时,电弧自然熄灭。 如果电弧是稳定燃烧的,则电弧电流过零熄灭后,在另半周又会重燃。 如果电弧过零后,电弧不发生重燃,电弧就熄灭。 恢复过程:电弧电流过零,电弧熄灭时,弧隙中去游离作用继续进行,弧隙电阻不断增大,弧隙介质的介电强度要恢复到正常状态值所需要的过程。 ??? 介质介电强度的恢复速度与冷却条件、电流大小、开关电器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质有关。 低压电器常利用近阴极效应来灭弧。 影响介质介电强度恢复速率的主要因素: (1)弧隙温度。?? (2)弧隙介质特性。?? (3)灭弧介质的压力。?? (4)断路器触头的分断速度。 电流过零后,弧隙电压从熄弧电压恢复到电源电压的过程,用Uhf(t)表示,恢复过程与电路参数、负荷性质等有关。受电路参数等因素的影响,电压恢复过程可能是周期性的变化过程,也可能是非周期性变化过程。 不会在电压恢复过程中出现过电压 周期性振荡的恢复电压更容易超过弧隙介质强度,造成电弧重燃。 利用灭弧介质(气体、油等)在灭弧室中吹动电弧,广泛应用在开关电器中,特别是高压断路器中。 横吹:吹弧方向与电弧轴线相垂直 纵吹:吹动方向与电弧轴线一致 纵横吹:将纵吹和横吹结合起来 熄弧时,利用多断口把电弧分解为多个相串联的短电弧,使电弧的总长度加长,弧隙电导下降;在触头行程、分闸速度相同的情况下,电弧被拉长的速度成倍增加,促使弧隙电导迅速下降,提高了介电强度的恢复速度;另一方面,加在每一断口上的电压减小数倍,输入电弧的功率和能量减小,降低了弧隙电压的恢复速度,缩短了灭弧时间。 迅速拉长电弧,有利于迅速减小弧柱内的电位梯度,增加电弧与周围介质的接

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