断路器检修详解.ppt

第一部分 电弧及其熄弧方法 —、开关电器中的电弧 开关电器的主要任务是接通和切断通过电流的电路，只有在电路中电压和电流的数值很小时，开关才能以“无火花切断”的方式切断电路，当电路电压大于10~20伏，电流大于80~100毫安时，切断电路，在电器的触头之间将发生电弧。 在常温，常压的条件下，气体中几乎不存在自由电子和离子，是很好的电介质，但在X射线和紫外线的作用下，或在高温和强电场的作用下，气体就可能游离（又称电离），游离过程是靠外界能量而发生的，开关触头分离式所形成的电弧，就是因气体游离而产生的。 刀闸开关和断路器在切断负载或事故电路时，在动，静触头分离过程中，触头间的接触压力将逐渐减小，而触头间的接触电阻却随着压力的减小而迅速加大，接触部位的稳定亦急剧升高。在触头分离瞬间，间距约为10??厘米时，电场强度可高达10?~10?伏/厘米，触头表面将产生热电子发射和高电场。电子在电场力的作用下，其运动速度提高很快，当电子能量达到一定程度时，在与中性分子或原子碰撞过程中，将产生更多的电子和离子，这就是“电场游离”。气体间隙（即动，静触头间）导电性能的建立，依赖于离子的数量。由于电源不断地把能量供给间隙，其间的气体介质温度将不断增高。当温度增高到一定值时，分子大量分解为原子；温度继续增高将使原子或分子在剧烈运动中福相碰撞，形成大量的电子和离子，这就是“热游离”。 电弧主要是由于气体中大量的电子和离子热游离的物理现象而形成的。 电弧的特点：是温度特别高，表面为3000~4000C,弧心可达10000C。 在气体游离、电弧形成的过程中，同时存在另一种与游离现象相反的物理现象，叫做去游离，即带电质点互相中和。去游离的主要形式为离子的复合和扩散。 1.复合 正负电荷的质点相互接触而形成中性质点的现象称为复合。 复合过程的快慢与电场强度有关，电场强度愈小，离子的运动速度愈小，复合机会愈多，故低电压时，易于熄灭电弧。交流电弧在经过零值时，复合现象特别强烈。同时，与电弧温度，截面有关，温度越低，截面越小，复合就越强。 2.扩散 带电质点从电弧燃烧区逸出进入介质中去的现象称为扩散。 扩散的速度决定于温差及浓度差，与电弧截面成反比。 电弧所产生的危害是非常严重的，轻则损坏设备，重则可发生爆炸，酿成火灾，威胁生命和财产的安全。因此，有分断能力的电器应考虑灭弧问题。尤其是高压配电方面更要注意。 利用电弧可用于焊接、冶炼、照明、喷涂等领域。 二、 交流电弧的熄灭方法 在50赫的工频交流系统中，交流电弧每经0.01秒就要过零一次。根据正弦交流电特点，电流过零前，输入弧柱的瞬时功率已急剧下降，电流过零时，输入弧柱的瞬时功率等于零。此时弧柱温度迅速下降，去游离作用争强，是极为有利的息弧时机，交流电器开关的熄弧就利用了这个时机。直流电弧要比交流电弧难熄灭。 交流电器开关常用的熄弧方法有五种。 交流电器开关常用的熄弧方法有五种。 1.自然熄弧 动触头与静触头分离后形成电弧，电弧的热量靠电弧表面向周围空气散发，随着电弧的加长，电弧的电阻增加，在电弧足够长时，电弧电阻增至很大，使触头两端的电压不足以维持电弧的存在，而使其熄灭。同时，电弧被拉长时，加大了散热与冷却面积，对灭弧也起到了一定的作用。 有实验证明：在大气中分断电压为1000伏，电流为1500～2000安时，电弧长度可达2米。当分断电压为100千伏5安时，电弧长度超过7米。由此可见，这种熄灭电弧的方法只能应用在电压低和电流小的电器开关中。 电弧会形成向上弯曲的现象，这是由于：（1）电弧的高温加热了周围的空气，热空气上升带动电弧上升；（2）在电弧表面形成的电动力，具有使电弧向上的作用。 2. 加速触头的分离速度 加装快速分闸装置，在分闸时，可以迅速拉长电弧，加快电弧的散热与冷却条件，则加强了复合和扩散，并在极短的时间内增加了电弧电阻，有利于熄灭电弧。在操作无熄弧装置的开关时，要求迅速分合，就是这个原理。 3. 加速电弧的冷却速度 利用空气或其他有利于熄弧的介质吹动电弧，电弧被冷却，使复合和扩散加强，而加快熄灭，常用的方法有纵吹和横吹： 垂直与电弧轴线方向吹弧的为横吹，如图a所示。此时气体与电弧接触紧密，气体的吹动速度越大，冷却的效果就越好，也就越发有利于熄弧。 沿电弧轴线方向吹过电弧表面的为纵吹，如图b所示； 两种方式比较：横吹时电弧被吹长，表面积加大，冷却效果比纵吹好，可使电弧迅速熄灭。 4. 利用有利于熄弧的介质 人们经过研究发现，不同的介质，熄弧能力存在很大的差异，即相对于电弧在此介质中的散热能力。热传导率大者散热好，电弧很快被冷却、熄灭。 各种介质的熄弧能力 介质名称 空气 氮气 氧气 二氧化碳 水蒸气 氢气 热传导率 1 0.8 1.8 2.5