斷路器電弧產(chǎn)生及熄滅的辦法

時(shí)間：2023-09-06 09:09:28 來源：www.bdhuanzheng.com 作者：瀏覽次數(shù)：75次

電弧的形成與熄滅

(1)電弧產(chǎn)生的條件：電源電壓大于10~20V，電流大于80~100mA，動(dòng)靜觸頭分離瞬間，觸頭間產(chǎn)生電弧。

觸頭分開后，電路中有電流，電弧導(dǎo)電，電弧中有大量自由電子。

(2)電弧的危害

電弧的溫度很高，可達(dá)5000～7000度以上，常超過金屬的汽化點(diǎn)，可能燒壞開關(guān)電器的金屬觸頭。

燒壞開關(guān)電器的絕緣。如，燒壞瓷絕緣的表面，或者使有機(jī)絕緣材料炭化，以致失去絕緣性能。

若電弧長(zhǎng)時(shí)間不熄滅，不僅燒壞開關(guān)電器，而且造成系統(tǒng)事故，威脅電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

交流電弧的特點(diǎn)及熄滅條件

特點(diǎn)：

在交流電路中，電流瞬時(shí)值隨時(shí)間變化，因而電弧的溫度、直徑以及電弧電壓也隨時(shí)間變化，電弧的這種特性稱為動(dòng)特性。由于弧柱的受熱升溫或散熱降溫都有一定過程，跟不上快速變化的電流，所以電弧溫度的變化總滯后于電流的變化，這種現(xiàn)象稱為電弧的熱慣性。

經(jīng)過對(duì)圖2-2的分析，可見交流電弧在交流電流自然過零時(shí)將自動(dòng)熄滅，但在下半周隨著電壓的增高，電弧又重燃。如果電弧過零后，電弧不發(fā)生重燃，電弧就此熄滅。

過零自然熄滅

動(dòng)態(tài)伏安特性

交流電弧的熄滅條件：

弧隙介質(zhì)強(qiáng)度：弧隙介質(zhì)能夠承受外加電壓作用而不致使弧隙擊穿的電壓稱為弧隙的介質(zhì)強(qiáng)度。當(dāng)電弧電流過零時(shí)電弧熄滅，而弧隙的介質(zhì)強(qiáng)度要恢復(fù)到正常狀態(tài)值還需一定的時(shí)間，此恢復(fù)過程稱之為弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程，用耐受電壓Ud(t)表示。

--由滅弧裝置的結(jié)構(gòu)和滅弧介質(zhì)的性質(zhì)決定

弧隙電源電壓- 電流過零前，弧隙電壓呈馬鞍形變化，電壓值很低，電源電壓的絕大部分降落在線路和負(fù)載阻抗上。電流過零時(shí)，弧隙電壓正處于馬鞍形的后蜂值處。電流過零后，弧隙電壓從后蜂值逐漸增長(zhǎng)，一直恢復(fù)到電源電壓，這一過程中的弧隙電壓稱為恢復(fù)電壓，用恢復(fù)電壓Ur(t)表示。

-與線路參數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)等有關(guān)

高壓斷路器熄滅交流電弧的基本方法

1、提高觸頭的分閘速度

熄滅交流電弧的關(guān)鍵在于電弧電流過零后，弧隙的介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程能否始終大于弧隙電壓的恢復(fù)過程。為了加強(qiáng)冷卻，抑制熱游離，增強(qiáng)去游離，在開關(guān)電器中裝設(shè)專用的滅弧裝置或使用特殊的滅弧介質(zhì)，以提高開關(guān)的滅弧能力。

迅速拉長(zhǎng)電弧，有利于迅速減小弧柱中的電位梯度，增加電弧與周圍介質(zhì)的接觸面積，加強(qiáng)冷卻和擴(kuò)散的作用。因此，現(xiàn)代高壓開關(guān)中都采取了迅速拉長(zhǎng)電弧的措施滅弧，如采用強(qiáng)力分閘彈簧，其分閘速度已達(dá)16m/s以上。

2 采用多斷口

每一相有兩個(gè)或多個(gè)斷口相串聯(lián)。在熄弧時(shí)，多斷口把電弧分割成多個(gè)相串聯(lián)的小電弧段。多斷口使電弧的總長(zhǎng)度加長(zhǎng)，導(dǎo)致弧隙的電阻增加；在觸頭行程、分閘速度相同的情況下，電弧被拉長(zhǎng)的速度成倍增加，使弧隙電阻加速增大，提高了介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度，縮短了滅弧時(shí)間。

采用多斷口時(shí)，加在每一斷口上的電壓成倍減少，降低了弧隙的恢復(fù)電壓，亦有利于熄滅電弧。在要求將電弧拉到同樣的長(zhǎng)度時(shí)，采用多斷口結(jié)構(gòu)成倍減小了觸頭行程，也就減小了開關(guān)電器的尺寸。如下圖所示：

3 吹弧

用新鮮而且低溫的介質(zhì)吹拂電弧時(shí)，可以將帶電質(zhì)點(diǎn)吹到弧隙以外，加強(qiáng)了擴(kuò)散，由于電弧被拉長(zhǎng)變細(xì)，使弧隙的電導(dǎo)下降。吹弧還使電弧的溫度下降，熱游離減弱，復(fù)合加快。按吹弧氣流的產(chǎn)生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分為以下幾種。

3.1 吹弧氣流產(chǎn)生的方法

（1）用油氣吹弧

用油氣作吹弧介質(zhì)的斷路器稱為油斷路器。在這種斷路器中，有用專用材料制成的滅弧室，其中充滿了絕緣油。當(dāng)斷路器觸頭分離產(chǎn)生電弧后，電弧的高溫使一部分絕緣油迅速分解為氫氣、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等氣體，其中氫的滅弧能力是空氣的7.5倍。這些油氣體在滅弧室中積蓄能量，一旦打開吹口，即形成高壓氣流吹弧。

（2）用壓縮空氣或六氟化硫氣體吹弧

將20個(gè)左右大氣壓的壓縮空氣或5個(gè)大氣壓左右的六氟化硫氣體（SF6）先儲(chǔ)存在專門的儲(chǔ)氣罐中，斷路器分閘時(shí)產(chǎn)生電弧，隨后打開噴口，用具有一定壓力的氣體吹弧。

（3）產(chǎn)氣管吹弧

產(chǎn)氣管由纖維、塑料等有機(jī)固體材料制成，電弧燃燒時(shí)與管的內(nèi)壁緊密接觸，在高溫作用下，一部分管壁材料迅速分解為氫氣、二氧化碳等，這些氣體在管內(nèi)受熱膨脹，增高壓力，向管的端部形成吹弧。

3.2 按吹弧的方向分

（1）縱吹

吹弧的介質(zhì)（氣流或油流）沿電弧方向的吹拂稱為縱吹，縱吹能增強(qiáng)弧柱中的帶電質(zhì)點(diǎn)向外擴(kuò)散，使新鮮介質(zhì)更好地與熾熱電弧接觸，加強(qiáng)電弧的冷卻，有利于迅速滅弧。

（2）橫吹

橫吹時(shí)氣流或油流的方向與觸頭運(yùn)動(dòng)方向是垂直的，或者說與電弧軸線方向垂直。橫吹不但能加強(qiáng)冷卻和增強(qiáng)擴(kuò)散，還能將電弧迅速吹彎吹長(zhǎng)。有介質(zhì)滅弧柵的橫吹滅弧室，柵片能更充分地冷卻和吸附電弧，加強(qiáng)去游離。在相同的工作條件下，橫吹比縱吹效果要好。

（3）縱橫吹

橫吹滅弧室在開斷小電流時(shí)因室內(nèi)壓力太小，開斷性能較差。為了改善開斷小電流時(shí)的滅弧性能，可將縱吹和橫吹結(jié)合起來。在大電流時(shí)主要靠橫吹，小電流時(shí)主要靠縱吹。

4 短弧原理滅弧

滅弧裝置是一個(gè)金屬柵滅弧罩，利用將電弧分為多個(gè)串聯(lián)的短弧的方法來滅弧。由于受到電磁力的作用，電弧從金屬柵片的缺口處被引入金屬柵片內(nèi)，一束長(zhǎng)弧就被多個(gè)金屬片分割成多個(gè)串聯(lián)的短弧。如果所有串聯(lián)短弧陰極區(qū)的起始介質(zhì)強(qiáng)度或陰極區(qū)的電壓降的總和永遠(yuǎn)大于觸頭間的外施電壓，電弧就不再重燃而熄滅。采用缺口鐵質(zhì)柵片，是為了減少電弧進(jìn)入柵片的阻力，縮短燃弧時(shí)間。

4.1 利用固體介質(zhì)的狹縫狹溝滅弧

滅弧裝置的滅弧片是由石棉水泥或陶土制成的。觸頭間產(chǎn)生電弧后，在磁吹裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，將電弧吹入由滅弧片構(gòu)成的狹縫中，把電弧迅速拉長(zhǎng)的同時(shí)，使電弧與滅弧片內(nèi)壁緊密接觸，對(duì)電弧的表面進(jìn)行冷卻和吸附，產(chǎn)生強(qiáng)烈的去游離。原理圖如圖所示。