第章电气设备.ppt

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第二章 电气设备 第一节 电弧的形成及灭弧措施 第二节 高压电气设备 第三节 低压电气设备 思考题 第一节 电弧的形成及灭弧措施 开关电器切除有电流通过的电路时,动、静触头之间会产生电弧。电弧的影响: (1)延长了短路电流的作用时间。 (2)产生高温: 可能烧损触头 烧毁电气设备及导线电缆 可能引起电路的弧光短路 可能引起火灾和爆炸事故 (3)损害人的视力。 研究电弧的产生与熄灭过程,对制造厂家和运行部门都是非常重要的。 一、电弧的形成 (1)强电场发射 触头刚分离的瞬间,触头间具有很高的电场强度E(V/m),当E大于一定值时,金属触头表面的电子被将从阳极拉出,成为自由电子,在电场力的作用下,自由电子向阳极加速运动。这种现象称强电场发射。 (2)热电发射 触头即将分开的瞬间,由于触头间压力和接触面积减小,接触电阻R增大,从而电能损耗I2R增大,在阳极表面出现炽热点。金属触头在高温作用下,亦将发射电子,这种现象称热电发射。 一、电弧的形成 (3)碰撞游离 向阳极运动的自由电子,在运动过程中,碰撞到中性介原子,使其外围电子被撞出,分离成为自由电子和正离子的现象称为碰撞游离。 当触头间的自由电子、正离子达到一定浓度时,中性介质被击穿变成了导电体,在外加电压作用下,大量的电子连续流向阳极,形成电流,开始了弧光放电。这是电弧产生的最初阶段,随着触头距离增大,E减小,强电场发射与碰撞游离作用减弱。 (4)热游离 当电弧产生以后,介质分子在高温作用下,产生迅速且不规则的运动,并有很大的动能,它们相互碰撞时,同样可游离出自由电子和正离子,这种靠高温产生游离的方式,称为热游离。 热游离是维持电弧燃烧的主要原因。 二、熄灭电弧的常用方法 (1)冷却灭弧法: 降低电弧的温度,使离子运动速度减慢,这样不但使热游离作用减弱,同时离子的复合作用也增强,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,温度愈低,复合作用就愈强烈,因此电弧就愈易熄灭。 (2)速拉灭弧法: 电弧的燃烧必须有一定的电弧电压来维持。如在开关触头断开时,加速触头分离,将电弧迅速拉长,从而降低了开关触头之间的电场强度,或者说电弧电压不足以维持电弧的燃烧,而使电弧熄灭。 二、熄灭电弧的常用方法 (3)短弧灭弧法: 将长电弧切成几个短电弧是有利于灭弧的。一般均采用绝缘夹板夹着许多金属栅片组成灭弧栅,罩住开关触头的全行程。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,结果长电弧被灭弧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,并且不再复燃。图2-1为钢灭弧栅(又称去离子栅)将长弧切成若干短弧的情形。电弧进入钢片,一是利用了图2-2所示的电动力吹弧,另一是利用了图2-3所示的铁磁吸弧。钢片对电弧还有冷却降温的作用。 二、熄灭电弧的常用方法 电弧进入钢灭弧栅钢片后,除短弧灭弧外,还有以下三种灭弧作用: 电动力吹弧,图2-2所示 铁磁吸弧,图2-3所示 钢片对电弧还有冷却降温的作用 二、熄灭电弧的常用方法 (4)狭缝灭弧法: 利用狭缝窄沟灭弧是使电弧与固体介质接触,将电弧冷却,加强去游离。同时电弧在狭缝窄沟中燃烧,压力增大,特别是有产气材料时使去游离作用更加强烈,有利于电弧的熄灭。有的熔断器在熔管中充填石英砂,就是利用狭沟灭弧原理。有一种用耐弧的绝缘材料(如陶瓷)制成的灭弧栅,也同样利用了这种狭沟灭弧原理,如图2-4所示。 二、熄灭电弧的常用方法 (5)吹弧灭弧法 按吹弧的方向分,有横吹和纵吹两种,如图2-5所示 按外力的性质分,有气吹、油吹、电动力吹和磁力吹等方式。 低压刀开关迅速拉开刀闸时,不仅迅速拉长了电弧,而且其本身回路电流产生的电动力作用于电弧,也吹动电弧使之加速拉长,如图2-2所示。 有的开关采用专门的磁吹线圈来吹动电弧,如图2-6所示。 也有的开关利用铁磁物质如钢片来吸动电弧,如图2-3所示,这相当于反向吹弧。 二、熄灭电弧的常用方法 (6)真空灭弧法: 真空具有较高的绝缘强度,如将开关触头置于真空容器中,则当电流过零时即能熄灭电弧。为防止产生过电压,应当不使触头分开时电流突变为零。为此,宜在触头间产生少量金属蒸汽,以便形成电弧通道。当交流电流自然下降过零前后,这些等离子态的金属蒸汽便在真空中迅速飞散而熄灭电弧。 上述灭弧方法中,通常以冷却灭弧为基础,再配合其他灭弧方法,构成各种开关电器的灭弧装置。如高压隔离开关采用冷却灭弧加速拉灭弧;在充填石英砂的管形熔断器中,利用狭缝灭弧加冷却灭弧;在低压自动空气开关、接触器和带灭弧罩的刀开关中,采用短弧灭弧加冷却灭弧的方法;在压缩气断路器及负荷开关中,广泛利用气吹灭弧的方法。近年来,采用SF6作为高压断路器

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