交流电弧的特性和熄灭ppt课件.ppt

普通高等教育普通高等教育普通高等教育普通高等教育“十二五十二五十二五十二五”规划教材规划教材规划教材规划教材高等职业教育电气类专业系列教材高等职业教育电气类专业系列教材高等职业教育电气类专业系列教材高等职业教育电气类专业系列教材主 编：李家坤 朱华杰主 审：陈光会3 3 电弧及电气触头电弧及电气触头发电厂及变电站电气设备FADIANCHANG JI BIANDIANZHAN DIANQISHEBEIFADIANCHANG JI BIANDIANZHAN DIANQISHEBEI1 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 3.1 3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题电弧的基本问题电弧的基本问题 13.2 3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭 23.3 3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭 33.4 3.4 电气触头电气触头电气触头电气触头 43 电弧及电气触头电弧及电气触头目目 录录2 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益【知识目标】【知识目标】1了解电弧的概念及特征，理解电弧的形成过程和燃烧熄灭的条件及影响电弧熄灭的因素；2理解直流电弧的特性及燃烧工作点，掌握稳定燃烧方程式及熄灭的条件；3理解交流电弧的动态伏安特性，理解弧隙电压恢复和介质电强度的恢复过程,掌握交流电弧熄灭的条件；4理解各种电弧熄灭的方法、原理及开关装置的灭弧措施；5了解电气触头的概念分类及接触电阻的概念，理解触头的接触机理和影响接触电阻的因素。3 电弧及电气触头电弧及电气触头3 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益【能力目标】【能力目标】1能够简述电弧的形成过程，解释燃烧电弧熄灭的条件；2能够写出直流电弧沿弧长的电压分布方程，能够解释直流电弧稳定燃烧方程式；3能够简述交流电弧的动态伏安特性，能够解释弧隙电压恢复过程和介质电强度恢复过程；4能够认识、区分常见电气触头。3 电弧及电气触头电弧及电气触头4 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益电力系统中的电气设备，当切断通有电流的电路和接通具有电压的电路时，在分离和接通的触头之间便会产生电弧。电弧的温度较高，很容易烧毁触头，使触头周围的绝缘材料遭受破坏。如果电弧燃烧时间过长，设备内部压力过高，则很可能使电器设备发生爆炸等事故。因此，当开关触头间出现电弧时，必须尽快予以熄灭。了解和分析电弧的形成机理，并采取有效的措施熄灭电弧，对电力系统的正常操作与安全运行有很重要的意义。3 电弧及电气触头电弧及电气触头5 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备，其最大特点是能断开电路中的负荷电流和短路电流，因此，运行中其开断能力是标志性能的一项基本指标。所谓开断能力，就是指断路器在切断电流时熄灭电弧的能力，以保证其顺利地分、合闸电路的任务。3 电弧及电气触头电弧及电气触头6 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.1 电弧的电弧的基本问题基本问题3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题7 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益电弧实际上是一种能量集中、温度很高、亮度很大的气体放电现象，就是一种具有强光和高温的电游离现象。其内因在于触头本身和周围介质中存在着大量可被游离的电子，其外因为分断的触头间又存在足够大的电压，当同时具有上述两个条件时，触头间便可能产生强烈的电游离而形成电弧。游离就是中性质点转化为带电质点。3.1.1 电弧的形成电弧的形成3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题8 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益用开关切断有电流通过的电路时，在开关触头刚分离的瞬间便会产生电弧，如图3.1所示为直流电弧的组成示意图。图图3.1 直流电弧的组成直流电弧的组成3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题9 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.1.1.1 电弧的特性电弧的特性（1）电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成，如图3.1所示。阴极和阳极附近的区域分别称为阴极区和阳极区，在阴极和阳极间的明亮光柱称为弧柱。弧柱区中心部位温度最高、电流密度最大，称为弧心；弧柱区周围温度较低、亮度明显减弱的部分称为弧焰。（2）电弧的温度很高。电弧形成后，由电源不断地输送能量，维持其燃烧，并产生很高的温度。电弧燃烧时，能量高度集中，弧柱区中心温度可达到10000以上，表面温度也有30004000，同时发出强烈的白光，故称弧光放电为电弧。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题10 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（3）电弧是一种自持放电，不同于其他形式的放电现象（如电晕放电、火花放电等），电极间的带电质点不断产生和消失，处于一种动态平衡。弧柱区电场强度很低，一般仅为10200Vcm，很低的电压就能维持电弧的稳定燃烧而不会熄灭。（4）电弧是一束游离的气体，质量很轻，在电动力、热力或其他外力作用下能迅速移动、伸长、弯曲和变形。其运动速度可达每秒几百米。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题11 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.1.1.2 触头间发生电弧的条件和物理过程触头间发生电弧的条件和物理过程触头周围的介质原本是绝缘的，电弧的产生说明绝缘介质变成了导电的介质，发生了物态的转化。任何一种物质都有三态，即固态、液态和气态，这三态随温度的升高而改变。当物质变为气态后，若温度再升高，一般要到5000以上，物质就会转化为第四态，即等离子体态。任何等离子体态的物质都是以离子状态存在的，具有导电的特性。因此，电弧的形成过程就是介质向等离子体态的转化过程。电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子和原子）被游离的结果。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题12 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益开关触头刚分离时，由于触头间的间隙很小，触头间会出现很高的电场强度，当电场强度超过 V/m时，阴极触头表面的电子在强电场的作用下被拉出来发生强电场发射。从阴极表面发射出来的自由电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，它们在奔向阳极的途中碰撞介质的中性质点（原子或分子），只要电子的运动速度足够高，其动能大于中性质点的游离能（能使电子释放出来的能量）时，便产生碰撞游离，原中性质点游离为正离子和自由电子。新产生的电子将和原有的电子一起以极高的速度向阳极运动，当它们和其他中性质点相碰撞时又再一次发生碰撞游离，依次连续发生。碰撞游离过程示意图如图3.2所示。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题13 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益图图3.2 碰撞游离过程示意图碰撞游离过程示意图3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题14 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益碰撞游离连续进行的结果是使触头间隙充满了电子和正离子，介质中带电质点大量剧增，使触头间隙具有很大的电导，在外加电压的作用下，大量的电子向阳极运动，形成电流，这是由于介质被击穿而产生的电弧，这时，电流密度很大，触头间电压降很小。电弧产生后，弧柱的温度很高，可达5000K以上，这时处于高温下的介质分子和原子产生剧烈运动，使它们之间不断发生碰撞，其结果又游离出电子和正离子，这便是热游离过程。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题15 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益电弧燃烧过程中，电极表面少数点上有较集中的电流，同时因开关触头分离后，触头间接触压力及接触面积逐渐减少，接触电阻随之增大，会使电极表面有相当高温，从而造成其中的电子获得很大的动能，逸出到周围空间。这种现象称为热电子发射，是气体介质中带电质点产生的主要原因之一，其强弱程度与阴极的材料及表面有关。从以上分析可知，电弧形成的过程是：开关阴极触头在强电场作用下发射电子，所发射出的电子在触头间电压作用下产生碰撞游离，形成了电弧。在高温的作用下，介质中发生热游离，热电子发射，使电弧得以维持和发展。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题16 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.1.1.3 产生电弧的游离方式产生电弧的游离方式（1）热电发射）热电发射当开关触头分断电流时，阴极表面由于大电流逐渐集中而出现炽热的光斑，温度很高，从而使触头表面分子中外层电子吸收足够的热能而发射到触头间的介质中去，形成自由电子。（2）高电场发射）高电场发射开关触头分断之初，电场强度很大。在这种高电场作用下，触头表面的电子可能被强拉出去，也进入触头间的介质中形成自由电子。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题17 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（3）碰撞游离）碰撞游离当触头间隙存在足够大的电场强度时，其中的自由电子以相当大的动能向阳极运动，在运动中碰撞中性质点（介质分子），有可能使中性质点分裂为带电的正离子和自由电子。这些被碰撞游离出来的带电质点，在电场力作用下继续参与碰撞游离，使触头间隙中的离子数越来越多，形成“雪崩”现象。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题18 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.1.1.4 影响游离作用的物理因素影响游离作用的物理因素（1）气体介质的温度。温度越高，热游离越强烈。（2）介质的压力。压力越大，自由电子的平均自由行程越小，发生碰撞游离的可能性越小。（3）触头之间的外加电压。电压越高越容易将间隙击穿。（4）触头之间的开断距离。开断距离增大则减小间隙中的电场强度。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题19 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（5）触头之间的介质种类。不同介质游离电场不同，热游离温度也不同。（6）开关电器的触头材料。不同金属的蒸气有不同的游离电压，有些金属耐高温，不易产生金属蒸气。在电弧中，发生游离过程的同时还进行着带电质点减少的去游离过程。去游离过程是指自由电子和正离子相互吸引发生中和现象。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题20 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益电弧的熄灭过程，实际上是气体介质由导通又变为截止的去游离过程，去游离使弧隙中正离子和自由电子减少，电弧的熄灭是电弧区域内已电离的质点不断发生去游离的结果。3.1.2 电弧的熄灭电弧的熄灭3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题21 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.1.2.2 影响去游离的物理因素影响去游离的物理因素（1）介质的特性）介质的特性介质特性在很大程度上决定了电弧中去游离的强度，介质特性包括导热系数、热容量、热游离温度、介电强度等，这些参数值越大，去游离作用越强，电弧越容易熄灭，如氢气的灭弧能力是空气的7.5倍，SF6气体的灭弧能力约是空气的100倍。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题22 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（2）电弧的温度）电弧的温度降低电弧温度可以减弱热游离，减少新的带电质点的产生，同时也降低带电质点的运动速度，加强了复合作用。通过快速拉长电弧，用气体或油吹动电弧，或使电弧与固体介质表面接触，都可以降低电弧的温度。（3）气体介质压力）气体介质压力气体介质压力增大，可使质点间的距离减小、浓度增大、复合作用加强。而高度真空的绝缘强度远远高于一个大气压的空气和SF6气体的绝缘强度，并且高于变压器油的绝缘强度，真空中绝缘强度恢复快、熄弧能力强。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题23 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.1.2.2 去游离的主要方式去游离的主要方式去游离的主要方式包括复合和扩散两种形式。（1）复合）复合复合是带异性电荷的质点相遇，彼此中和正负电荷成为中性质点的现象。电子的运动速度远大于离子，电子对于正离子的相对速度较大，它们复合的可能性很小，但电子在碰撞时，如果先附着在中性质点上形成负离子，则速度大大减慢，而正、负离子间的复合比电子和正离子间的复合要容易得多。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题24 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益若利用液体或气体吹弧，或将电弧挤入绝缘冷壁做成的窄缝中，迅速冷却电弧，减小离子的运动速度，可加强复合过程。此外，增加气体压力，使离子间自由行程缩短，气体分子密度加大，使复合的几率增加，也是加强复合过程的措施。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题25 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（2）扩散）扩散扩散是指电弧中自由电子和正离子逸出弧柱以外，与周围未被游离的冷介质相混合的现象。扩散是由于带电质点的不规则热运动以及空间电荷的不均匀分布，使电弧中的高温离子由密集的空间向密度小、温度低的介质周围方向扩散。电弧和周围介质的温度差以及离子浓度差愈大，扩散作用就愈强。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题26 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益扩散去游离主要有两方面原因及形式：离子浓度差，由于弧道中带电质点浓度高，而弧道周围介质中带电质点浓度低，存在着浓度上的差别，带电质点会由浓度高的地方向浓度低的地方扩散，使弧道中的带电质点减少；温度差，由于弧道中温度高，而弧道周围温度低，存在温度差，这样，弧道中的高温带电质点将向温度低的周围介质中扩散，减少了弧道中的带电质点。电弧截面越小，离子扩散也越强。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题27 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.1.2.3 熄灭电弧的基本方法熄灭电弧的基本方法熄灭电弧的基本方法是：削弱游离过程，加强去游离过程，使触头间电弧中的去游离率（速率）大于游离率（速率）。主要措施有：（1）提高触头间的开断速度）提高触头间的开断速度第一批自由电子是依靠断口间的高电场强度产生的，提高触头的运动速度或增加断口数目，减少间隙处于高电场强度下的时间，使自由电子数不足而迫使电流减小，过程中注入间隙的能量也小，间隙温度较低，使电弧不易形成。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题28 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（2）冷却电弧）冷却电弧用冷却绝缘介质降低电弧温度，削弱热发射和热游离作用以熄灭电弧。在高压开关中常用的绝缘介质有三种：油、SF6和压缩空气（高密度空气）。（3）增大绝缘介质气体压力）增大绝缘介质气体压力它可使气体密度增加，缩短分子和离子运动的自由程，降低热游离几率，增大复合几率，促使电弧熄灭。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题29 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（4）吹弧）吹弧采用绝缘介质吹弧，使电弧拉长，增大冷却面，提高传热率，并强行迫使弧道中游离介质扩散，流入新鲜介质以促使电弧熄灭。（5）将触头置于真空密室中）将触头置于真空密室中由于缺乏导电介质而使电器分断时不能维持电弧燃烧。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题30 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（1）电弧的高温，可能烧坏电器触头和触头周围的其他部件；对充油设备还可能引起着火甚至爆炸等危险，危及电力系统的安全运行，造成人员的伤亡和财产的重大损失。3.1.3 电弧的危害电弧的危害3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题31 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（2）由于电弧是一种气体导电现象，所以在开关电器中，虽然开关触头已经分开，但是在触头间只要有电弧的存在，电路就没有断开，电流仍然存在，直到电弧完全熄灭，电路才真正断开，电弧的存在延长了开关电器断开故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。（3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，容易造成飞弧短路、伤人或引起事故扩大。3.1 电弧的基本问题电弧的基本问题32 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.2 直流电弧直流电弧的特性和熄灭的特性和熄灭3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭33 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益因为交流回路和直流回路中产生的电弧在特性上有差异，所以高压断路器熄灭这两种电弧的方法并不完全相同，在直流电路中产生的电弧叫直流电弧。直流电弧的特性，可以用沿弧长的电压分布和伏安特性来表示。对于几毫米长的电弧，通常称为短弧。在短弧中，电弧电压主要由阳极区、阴极区电压降组成，它的特性表现在电弧电压约为20V，而且是与电流、外界条件无关的常数。对于长度为几厘米及以上的电弧，称为长弧。在长弧中，电弧电压主要由弧柱区电压降组成，电弧电压与电弧长度成正比。3.2.1 直流电弧的特性直流电弧的特性3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭34 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.2.1.1 弧长电压分布特性弧长电压分布特性稳定燃烧的直流电弧沿弧长的电压分布如图3.3所示。电弧压降由阴极区压降、弧柱区压降和阳极区压降三部分组成。电弧阴极区压降近似等于常数，它与电极材料和弧隙的介质有关。弧柱区压降与弧长成正比。阳极区的电压降比阴极区的小。当电流很大时，阳极区压降很小。如果其他条件不变，电弧电压随电流的增加而下降。由图3.3可知直流电弧弧长的电压为：3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭35 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益式中电弧在全长上的压降；阴极区压降；弧柱区压降；阳极区压降。由于电弧的端部靠近触头的区段（阴极区和阳极区）较之于中心区段（弧柱区）温度低，自由电子的密度小，因此导电率低，电位梯度大。（3.1）3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭36 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益图图3.3直流电弧电压沿弧长的分布直流电弧电压沿弧长的分布3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭37 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益特别是阴极区，由于堆积了许多正离子，电位梯度最高；而阳极区主要是接受从弧隙中来的电子，只有在高温下才发射少量电子，所以其电位梯度较阴极区小。弧柱区压降与电流大小、弧隙长度、介质种类及其状态（介质压力、介质流动方式及流速等）有关。当电弧稳定燃烧时，若弧隙介质情况不变，则电流越大，弧柱区电阻越小，弧柱区压降越低；当弧长增加时，弧柱区电阻增大，弧柱区压降上升，弧柱区压降与弧长基本上成正比。3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭38 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.2.1.2 电弧燃烧伏安特性电弧燃烧伏安特性图3.4是具有电弧的R-L直流电路，其电压方程式为电弧稳定燃烧时，和 基本保持不变，即 0。若改变电阻R使电弧稳定燃烧，则可画出“”曲线，称为电弧的静态伏安特性曲线；如果 0，电弧的 曲线称为动态伏安特性曲线，如图3.5所示。由于热惯性的原因，图中曲线2总低于曲线1。（3.2）3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭39 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益图图3.4 具有直流电弧的具有直流电弧的R-L电路电路 3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭40 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益图图3.5 直直流流电电弧弧的的伏伏安安特特性性 3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭41 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.2.1.3 直流电弧的熄灭条件直流电弧的熄灭条件对于几毫米的短弧，电弧压降主要是近极（阴极和阳极）压降，如果外加电压小于近极压降，电弧将被熄灭。对于几厘米以上的电弧，电弧压降主要由弧柱区压降组成，因此电弧压降正比于电弧长度。当=0时，由式（3.2）可得:是电源供给电弧的电压，曲线是电路的伏安特性，它与电弧的静态特性曲线 在图3.6中有A和B两个交点，其中B点是电弧稳定燃烧点，A点是不稳定燃烧点。（3.3）3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭42 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益在A点若电流 略有减小，则，电弧电流将会继续减小，直至熄灭；若 略有增加，则 ，电弧电流将继续增大，最后稳定在B点。如果能将电弧静态伏安特性提高到图3.6中的虚线 位置，两条特性曲线 与 无交点，就会将电弧熄灭。因此，直流电弧的熄灭条件是：或（3.4）3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭43 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益图图3.6 直流电弧的稳定燃烧点直流电弧的稳定燃烧点3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭44 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益如图3.5和图3.6所示，由直流电弧的伏安特性曲线可知，其稳定燃烧点在B点，只要能够保证 ，则能保持0，从而使电弧熄灭。因此，增加电阻压降和电弧压降以消耗电压，是低压开关电器熄灭电弧的有效方法。具体灭弧方法有：（1）拉长电弧）拉长电弧。如图3.7所示，当电弧长度为 时电弧在B点稳定燃烧，如将其拉长经 （临界状态）至 ，由于 的增加而总有 0，电弧熄灭。3.2.2 直流电弧的灭弧方法直流电弧的灭弧方法3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭45 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益图图3.7 拉长电弧熄灭拉长电弧熄灭 3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭46 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（2）开断电路时在电路中逐级串人电阻）开断电路时在电路中逐级串人电阻。如图3.8所示。当外电路电阻为R0时，电弧在B点稳定燃烧，如在外电路中串入电阻使外电路电阻变为R1，0而熄灭。采用此种措施时应注意限制电流的变化速度以防止过电压，否则不能达到熄弧目的。因此由R0变至R1时，需逐级串人电阻进行。3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭47 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益图图3.8 外电路逐级引入电阻灭弧外电路逐级引入电阻灭弧 3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭48 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（3）在断口上装灭弧栅）在断口上装灭弧栅 如图3.9所示，由钢片组成的灭弧栅罩在开关触头上，开关开断时，弧电流产生的磁场与钢片产生作用力使电弧拉入灭弧栅内被钢片分割成多段短弧，形成许多对电极，由于电弧的近极压降而使电弧所需电压增加，造成 0，使电弧熄灭。低压开关的灭弧常采用此种方法。3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭49 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益图图3.9 金属栅片分割短弧灭弧金属栅片分割短弧灭弧 3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭50 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（4）吹弧冷却电弧）吹弧冷却电弧利用流体介质对电弧进行横吹或纵吹，或者把电弧与耐热绝缘材料（如石棉、水泥或陶土等）密切接触，都可对电弧起冷却作用，并可增强表面复合作用，如图3.10所示。3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭51 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益图图3.10 吹弧（横吹和纵吹）吹弧（横吹和纵吹）3.2 直流电弧的特性和熄灭直流电弧的特性和熄灭52 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.3 交流电弧交流电弧的特性和熄灭的特性和熄灭3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭53 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益交流电弧是指在开断交流回路过程中所产生的电弧。它存在自然暂时熄弧点，电流过零时，电弧自然暂时熄灭，与电弧中去游离过程无关；电流过零后，电弧的发展方向就取决于游离与去游离的强弱较量。3.3.1 交流电弧的伏安特性交流电弧的伏安特性3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭54 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益交流电弧的特性如下：（1）交流电弧具有动态伏安特性）交流电弧具有动态伏安特性在交流电路中，电流的大小和相位不断地随时间变化，每个周期有两次通过零点，因而电弧的温度、直径以及电弧电压也随时间变化，因此交流电流一直处于动态过程，电弧的这种特性称为动态特性。3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭55 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益图3.11为含R-L-C的交流电弧电路，设交流电路处于稳定状态，且电弧长度不变，则交流电弧的伏安特性以及在一个周期内交流电弧电流和电压随时间的变化关系如图3.12所示。由图3.12可见，电流由负值过零瞬间，电弧暂时熄灭，但触头两端仍有电源电压。在电流上升阶段，当电压升至A点时，电弧重燃，对应于A点的电压称为燃弧电压。3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭56 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益由于电弧热游离很强，尽管电流继续上升，而电弧压降却在逐渐降低（AB段）；从B点（对应于电流峰值）以后电流逐渐减小，电弧压降相应回升（BC段），到达C点时电弧再次熄灭，对应电压称为熄弧电压。由此可见，熄弧电压总低于燃弧电压。电弧电压呈马鞍形变化，电流小时电弧电压高，电流大时电弧电压减小且接近于常数。3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭57 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益图图3.11 含含R-L-C的交流电弧电路的交流电弧电路3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭58 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益图图3.12 交流电弧的伏安特性及电压、电流波形交流电弧的伏安特性及电压、电流波形（a）伏安特性；（）伏安特性；（b）波形图）波形图3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭59 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益电流过零后在反方向重燃，其伏安特性与正半周相似。（2）交流电弧具有热惯性）交流电弧具有热惯性交流电流变化很快，而弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟不上快速变化的电流，所以电弧温度的变化总滞后于电流的变化，这种现象称为电弧的热惯性。3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭60 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（3）交流电弧电流存在着自然过零）交流电弧电流存在着自然过零交流电流每半个周期过零一次，称为“自然过零”。电流过零时，电弧自然熄灭。如果电弧是稳定燃烧的，则电弧电流过零熄灭后，在另半周又会重燃。如果电弧过零后，电弧不发生重燃，电弧就熄灭。因此，交流电流过零的时刻是熄灭电弧的良好时机，如果在电流过零时采取有效措施使电弧不再重燃，则电弧最终熄灭。3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭61 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益由于电源电压的交变，交流电弧与直流电弧燃烧过程的基本区别在于交流电弧中电流每半个周期要经过零点一次，此时电弧暂时熄灭，而不像直流电弧那样需要强行熄灭。熄灭交流电弧的主要问题仅为防止电弧重燃，且产生过电压的可能性也低于强行熄灭的直流电弧，因而交流电路较直流电路易于切断。3.3.2 交流电弧的熄灭交流电弧的熄灭3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭62 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益交流电流过零后，弧隙中同时存在着两个恢复过程：一是弧隙介质绝缘能力（或介电强度）的恢复过程，它主要取决于弧隙的冷却条件；二是弧隙电压的恢复过程，即弧隙电压由熄弧电压经过电路参数所决定的电磁振荡，逐渐恢复到电源电压的过程，它主要取决于电路参数。在恢复过程中，电弧是否重燃取决于弧隙介质绝缘强度的恢复和弧隙电压的恢复快慢程度。3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭63 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益在电流过零时，若恢复电压高于介质的绝缘强度，电弧将会重燃，这种现象叫电击穿；反之，若采取有效措施加强弧隙的冷却，使弧隙介质的绝缘强度达到不会被弧隙外施电压击穿的程度，则在下半周电弧就不会重燃而最终熄灭。同时弧隙中电弧是否能够熄灭也与弧隙中去游离过程和游离过程的竞争结果密切相关。3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭64 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益当电流过零、电弧暂时熄灭时，弧隙温度继续下降，去游离作用继续加强，弧隙介质绝缘强度逐渐回升，但因热惯性而使弧隙温度仍然较高，甚至热游离也未完全停止，所以弧隙还具有一定的导电性，在弧隙外加电压作用下仍有残余电流通过。此时弧隙中同时存在着散失能量和输人能量两个过程，若输入能量大于散失能量，则游离过程胜于去游离过程，电弧可以重燃，这种现象叫热击穿；反之，电弧就会熄灭。一般来说，断路器电弧多由电击穿而重燃。3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭65 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.3.2.1 弧隙介质介电强度的恢复弧隙介质介电强度的恢复弧隙介质能够承受外加电压作用而不致使弧隙击穿的电压称为弧隙的绝缘能力（绝缘强度或介电强度）。当电弧电流过零时电弧熄灭，弧隙中去游离作用继续进行，弧隙电阻不断增大，但弧隙介质的介电强度要恢复到正常状态值需要有一个过程，此恢复过程称为弧隙介质介电强度的恢复过程，以能耐受的电压 表示。3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭66 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益介质介电强度的恢复速度与冷却条件、电流大小、开关电器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质有关。目前，电力系统中常用的灭弧介质有油（变压器油或断路器油）、空气、真空、SF6等。图3.13所示为不同介质的介电强度恢复过程曲线。从图可知，在电流过零瞬间（t=0），介电强度出现突然升高的现象，这称为近阴极效应。这是因为在电弧过零之前，弧隙充满着电子和正离子,电流过零后，弧隙的电极极性发生了改变，弧隙中剩余的带电质点的运动方向也相应改变，弧隙中质量小的电子迅速向新的阳极运动。3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭67 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益图图3.13 介质介电强度的恢复过曲线介质介电强度的恢复过曲线1-真空；2-SF6；3-空气；4-油3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭68 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益而比电子质量大很多倍的正离子由于惯性大，来不及改变运动方向停留在原地基本未动，从而形成弧隙间电子与正离子运动不平衡，导致新的阴极附近形成了一个正电荷离子层，如图3.14所示，空间正电荷层使阴极附近出现了大约150250V的起始介电强度。近阴极效应使弧隙在电弧自然熄灭后的极短瞬间能耐受150250V的外加电压。在低压电器中，常利用近阴极效应这个特性来灭弧。3.3 交流电弧的特性和熄灭交流电弧的特性和熄灭69 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，