华工自动化企业供电第5章 电气设备及其选择概述.ppt

第五章 电气设备及其选择 本章主要内容 本章首先介绍供配电系统中电气设备触头间电弧产生和熄灭的有关知识，然后介绍主要的电气设备，重点讲述其功用、结构特点、型号，以及使用过程中的注意事项和操作要求。本章是供配电设计、操作和维护必备的基础。 第五章 电气设备及其选择 第一节 电弧的基本知识 一、电弧基本概念 1．电弧：有触点的开关电器在动作时，静触头和动触头之间产生的弧光。 电弧是开关设备在操作过程中发生的一种物理现象；实质：一种极强烈的电游离现象或者为气体放电现象。 游离：中性质点转化为带电质点的过程； 开关电器的动、静触头之间的空气由绝缘变成导体的过程——电游离的过程。 第一节 电弧的基本知识 2．电弧的危害： （1）使开关电器在操作时延长了切断时间； （2）电弧温度很高，容易烧毁电气设备，严重时会发生火灾和爆炸事故。平均温度高达5000度；（高温） （3）弧光会严重影响人的视力，甚至会导致失明； （强光） 第一节 电弧的基本知识 3．电弧产生的物理过程： 物理过程：空气由绝缘状态转变成导体的过程即是电弧产生的过程； 电弧产生的四个阶段： （1）强电场发射：触头分离瞬间，全电路的电压全部加在两个触头上，电场强度极大，阴极触头表面上的电子很容易在强电场中成为自由电子，向阳极高速运动。 第一节 电弧的基本知识 （2）热电场发射——触头分开瞬间，由于触头之间的压力和接触面积减小，接触电阻很大，短时间内能够获取很大的热能，自由电子获取足够的速度和动能，最终能够摆脱原子核的吸引成为自由电子，在外部电场的作用下向阳极运动。 （3）碰撞游离——电子碰撞中性质点，产生自由电子和正离子，此过程连锁反应，产生“雪崩效应” ；当离子浓度达到一定程度之后，中性介质变为导体，在外施电压作用下产生电流，开始弧光放电； （4）热游离——维持电弧；电弧温度表面3000-4000度，电弧中心高达10000度；在此高温下，电弧中的中性质点可游离为正离子和自由电子，从而维持电弧；热游离维持电弧的燃烧。 第一节 电弧的基本知识 二、电弧熄灭的条件 达到一定浓度的带电粒子的存在使得电弧形成；减少内部带电粒子浓度是灭弧的关键。 1．去游离——减少带电质点的过程。 2．去游离的方法 （1）正负带电质点的复合：电弧中电场强度越弱，电弧的温度越低，电弧截面越小，则带电质点的复合越强。（能量小） （2）正负带电质点的扩散：扩散的原因——存在温度差，浓度差； 第一节 电弧的基本知识 3．灭弧条件 第一节 电弧的基本知识 三、交流电弧的基本特点 1.交流电流过零时，电弧会暂时熄灭，此时弧隙温度骤降，热游离终止，去游离增强，弧隙间的介质强度增加； 第一节 电弧的基本知识 2．在阴极附近很小的弧隙区域内有较大的介质强度——近阴极效应。阴极附近积聚大量的正离子，电位跃变；交流电弧在电流过零瞬间，阴极附近在0.1us-1us时间内，立即会出现150~250V的介质强度。当外加电压小于此电压时，电弧会熄灭。 第一节 电弧的基本知识 四、开关电器中灭弧的基本方法（抑制游离，增强去游离） 1．速拉灭弧法：迅速拉长电弧，使弧隙的电场强度骤降，离子复合迅速增强，加速灭弧。此方法是开关电器中较为基本的灭弧方法，高压开关 中装设断路弹簧，用于加快触头的分断速度，迅速拉长电弧。 2．冷却灭弧法：降低电弧的温度，减弱电弧中的热游离，正负离子的复合增强，有助于电弧加速熄灭，也是一种基本的灭弧方法。 第一节 电弧的基本知识 3．吹弧灭弧法： 利用外力（气流、油流或者电磁力等）吹动电弧，使电弧加速冷却，同时拉长电弧，降低电弧中的电场强度，使离子的复合和扩散增强，从而加速灭弧。 第一节 电弧的基本知识 吹弧方向：横吹和纵吹； 吹弧方式：气吹、油吹、电动力吹、磁吹等； 第一节 电弧的基本知识 4．长弧切短灭弧法 广泛采用金属栅片将长弧分成许多短弧，利用近阴极效应灭弧，如图长电弧被分割成许多串联短弧，在电弧电流过零电弧熄灭时，每两个栅片之间产生150-250V的介质强度，则灭弧栅片总的介质强度变为n(150-250)V，若作用触头间的电压小于该值时，不能维持电弧燃烧，电弧自然熄灭。电弧的电压主要降落在阴极和阳极上，弧柱上的电压降很小。 第一节 电弧的基本知识 5．粗弧分细灭弧法 将粗大的电弧分成平行的细小电弧，使之与周围介质的接触面积增加，改善电弧的散热条件，降低电弧温度。熔断器中工作熔丝分成若干根，相当于将粗弧分成了几个细弧。 6．狭缝灭弧原理 使电弧在固体介质所形成的狭缝中燃烧，由于电弧的冷却条件改善，从而使得电弧去游离增强，介质表面的复合增强，从而使得电弧加速熄灭。比如在熔断器中填充石英砂。 第一节 电弧的基本知识 7．真