3.第二章 开关电器详解.ppt

第二章 开关电器 开关是电力网络基本的控制和保障安全的设备，是电力网络的重要组成元件。按照作用不同，可分为下列几类： 仅用来断开或闭合正常工作电流的开关电器，如高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器、磁力启动器等。 仅用来断开过负荷电流或短路电流的开关电器，如高、低压熔断器。 即用来断开或闭合正常工作点电流，也用来断开或闭合过负荷或短路电流的开关电器，如高、低压断路器、低压空气开关等。 不要求断开或闭合电流，只用将被检修设备与带电部分隔离，并形成明显断开点的开关电器，如隔离开关。 第一节 开关中电弧的产生和熄灭 1、电弧的特性 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，电流几乎都从弧柱内部流过。 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。 2、电弧的危害 电弧的温度高达5000～7000度以上，常超过金属的汽化点，可能烧坏开关电器的金属触头或绝缘。 电弧长时间不熄灭，可能造成开关电器的烧毁或爆炸，甚至造成电力系统的事故。 电弧长时间不熄灭，还可能造成其它电气设备应大电流而烧毁，或破坏电力系统运行的稳定性。 电弧长时间不熄灭，可能造成事故扩大。 3、电弧的形成—自由电子的产生 3、电弧的形成—电弧产生 3、电弧的形成—电弧维持 3、电弧的形成—总结 断路器断开过程中电弧是这样形成的。触头刚分离时突然解除接触压力，阴极表面立即出现高温炽热点，产生热电子发射；同时，由于触头的间隙很小，使得电压强度很高，产生强电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，加速向阳极运动，发生碰撞游离;碰撞游离持续连锁发生导致触头间隙中带电质点急剧增加，介质被击穿产生电弧；电弧形成后弧柱温度骤然升高，产生热游离并且成为游离的的主要因素，维持电弧燃烧。 4、电弧的熄灭—熄灭的条件 4、电弧的熄灭—去游离的方式：复合 复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。由于弧柱中电子的运动速度很快，约为正离子的1000倍，所以电子直接与正离子复合的几率很小。一般情况下，先是电子碰撞中性质点时，被中性质点捕获变成负离子，然后再与质量和运动速度相当的正离子互相吸引而接近，交换电荷后成为中性质点。还有一种情况就是电子先被固体介质表面吸附后，再被正离子捕获成为中性质点。 4、电弧的熄灭—去游离的方式：扩散 扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围介质的现象。扩散有三种形式： （1）温度扩散，由于电弧和周围介质间存在很大温差，使得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散，减少了电弧中的带电质点； （2）浓度扩散，这是因为电弧和周围介质存在浓度差，带电质点就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中的带电质点减少； （3）利用吹弧扩散，在断路器中采用高速气体吹弧，带走电弧中的大量带电质点，以加强扩散作用。（强迫扩散） 4、电弧的熄灭—影响去游离的因素 4、电弧的熄灭—影响去游离的因素 5、直流电弧的特性和熄灭-直流电弧的伏安特性 6、交流电弧的特点和熄灭-交流电弧的特点 6、交流电弧的特点和熄灭-交流电弧的伏安特性和波形 6、交流电弧的特点和熄灭-交流电弧的熄灭的条件 6、交流电弧的特点和熄灭-介质强度的恢复过程 6、交流电弧的特点和熄灭-弧隙电压的恢复过程 电流过流前，弧隙电压呈马鞍形变化，电压值很低，电源电压的绝大部分降落在线路和负载阻抗上。电流过零时，弧隙电压正处于熄弧电压处。电流过零后，弧隙电压从熄弧电压逐渐增长，一直恢复到电源电压，这一过程称为弧隙电压恢复过程。 电压恢复过程与线路参数、负荷性质等有关，可能是周期性的变化过程，也可能是非周期性的变化过程。 思考题 电弧有什么特征？对电力系统和电气设备有哪些危害？ 开关中电弧是如何产生的？ 电弧的游离和去游离方式各有哪些？影响去游离的因素是什么？ 交流电弧有何特点，熄灭的条件是什么？ 什么是弧隙介质强度和弧隙恢复电压？ 开关并联电阻有何作用，其临界值是多少？ 开关电器中常采用的基本灭弧方法有哪些？各自的原理何在？ 多断口断路器加装均压电容有何作用？ 式中：C1、C2 －积分常数，其值由初始条件决定 α1、α2 －特征方程的根 ＞0 时：α1、α2为不相等实根，UC为非周期过程