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第二章工厂供电系统的主要电气设备
第一节电气设备中的电弧问题
开关电器是工厂供电系统中重要电气设备之一。开关电器在操
作时,其触头之间要产生电弧。电弧不仅延长了开关电器切断电路
的时间,而且强烈的弧光可能损伤人的视力,同时电弧的高温还可
能烧损开关的触头,造成电路的弧光短路,甚至引起火灾和爆炸事
故。因此,电气设备中电弧的产生对工厂供电系统的安全运行有着
极大的影响。在工厂供电系统中,各种开关电器由于其灭弧装置不
同,使其外型和结构有较大的差异,所以有必要了解开关电器中电
弧的产生及灭弧方法,并进一步了解对开关电器中电气触头的基本
要求。
一、电弧的产生及灭弧方法
1.电弧的产生
电弧,从本质上说是一种极强烈的电游离现象,其特点是弧光
很强、温度很高,而且具有导电性。
当开关电器切断电路时,在其触头之间出现电压并形成电场。
触头间电压越高,距离越小,则电场强度越大。由于强电场作用,
触头附近的气体被游离,产生大量的电子和离子。在强电场中,电
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子和离子作加速运动,使触头间介质的气体分子产生碰撞游离,从
而形成电弧。又由于电弧的温度很高,使弧隙间气体进一步发生热
游离,维持电弧的继续燃烧。
要使电弧熄灭,必须使触头间电弧区域中离子消失的速率去游离
率)大于离子产生的速率游离率)。
2.电气设备中常用的灭弧方法
为了使开关电器能迅速熄灭电弧,常采用下列几种灭弧方法。
1)冷却灭弧法用降低电弧温度的方法,使电弧迅速熄灭,叫冷
却灭弧法。降低电弧温度,使离子运动速度减慢,不但使热游离作
用减弱,而且使离子重新复合为中性质点的作用也增强,有利于电
弧的熄灭。在交流电弧中,当触头间电压过零时,复合现象特别强
烈。复合的速度也与电弧的温度有关,温度越低,复合作用就越强
烈,因而电弧就越易熄灭。
2)速拉灭弧法加速切断电路的动作,触头间的电场强度迅速减
弱。,使电弧迅速熄灭的方法,叫速拉灭弧法。这种方法在开关触
头断开时,加速触头分离。将电弧迅速拉长,从而降低开关触头之
间的电场强度、电弧电压不足以维持电弧的燃烧,而使电弧熄灭。
3)短弧灭弧法将长电弧切成短电弧,加速电弧熄灭的方法,叫短
弧灭弧法。采用由金属栅片组成的灭弧栅,罩住开关触头运动的全
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行程。当开关触头分离时,长电弧在电动力和磁场力的作用下迅速
移入灭弧栅,长电弧被灭弧栅片切割成一连串的短电弧,使触头间
的电压不足以再击穿所有栅片间的气隙,而使这些短电弧同时熄
灭。
4)狭缝灭弧法将电弧与固体介质所形成的狭缝接触,使电弧冷却
而灭孤的方法,叫狭缝灭弧法。由于电弧在固体狭缝中,其冷却条
件加强,从而使电弧的去游离得以改善,同时电弧在狭缝中燃烧时
产生气体.其内部压力增大,去游离作用更加强烈,有利于电弧的
熄灭。
5)气吹灭弧法利用较冷的绝缘介质的气流来吹动电弧,使电弧迅
速熄灭的方法,叫气吹灭弧法。气流吹动电弧时,既使电弧冷却,
同时又使电弧迅速拉长扩散,降低电弧中的电场强度,使离子的复
合和扩散增强,从而加速电弧的熄灭。
6)真空灭弧法将开关触头置于真空容器中,当电流过零时即能熄
灭电弧,这种方法叫真空灭弧法。由于真空具有较高的绝缘强度,
即不存在气体游离问题,因此处于真空中的电弧,在电流过零时就
能立即熄灭而不致复燃。
上述灭孤方法,在各种电气设备中可以采用不同的具体措施来
实现。在这些灭弧方法中,冷却灭弧是基本的方法,再配合其他的
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灭弧方法,就形成了各种电气设备的灭弧装置。例如在高压隔离开
关和低压快分开关中,就采用了冷却灭弧和加速拉弧的灭弧方法;
在充填石英砂的管形熔断器中,利用狭缝灭弧加冷却灭弧;在
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