第五章开关电器典型灭弧装置的工作原理.优秀PPT.ppt

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1、LOGO教学目的与要求：教学目的与要求：驾驭在当今开关在当今开关电器中所运用的器中所运用的灭弧装置的弧装置的灭弧弧原理，熟悉提高原理，熟悉提高灭弧装置开断弧装置开断实力的力的协助方法。助方法。教学重点与教学重点与难点：点：金属金属栅片片灭弧装置、真空弧装置、真空灭弧装置、弧装置、SF6灭弧装置、弧装置、石英砂石英砂灭弧装置弧装置第五章 开关电器典型灭弧装置的工作原理第五章第五章 LOGO本本 章章 教教 学学 基基 本本 内内 容容（其中（其中红色内容是重点）色内容是重点）1开关开关电器典型器典型灭弧装置的工作弧装置的工作 2提高提高灭弧装置开断弧装置开断实力的的力的的灭弧弧协助方法助方法：并

2、并联低低值电阻、附加同步装置、附加机械与半阻、附加同步装置、附加机械与半导体混合式开关。体混合式开关。通通过本章的学本章的学习，学生，学生驾驭当今开关当今开关电器中器中所运用的所运用的灭弧装置的弧装置的灭弧原理，熟悉提高弧原理，熟悉提高灭弧弧装置开断装置开断实力的力的协助方法，便于在以后的工程助方法，便于在以后的工程实践中敏捷运用。践中敏捷运用。第五章 开关电器典型灭弧装置的工作原理第五章第五章 LOGO3 5-0 5-0 概概 述述 5-1 5-1 开关开关电电器典型器典型灭灭弧装置的工作原理弧装置的工作原理 5-2 5-2 提高提高灭灭弧装置开断弧装置开断实实力的力的协协助方法助方法 小小

3、 结结 基基 本本 内内 容容 第五章 开关电器典型灭弧装置的工作原理第五章第五章 当当电电源源电压电压超超过过数十伏、开断数十伏、开断电电流在数十安以上流在数十安以上时时，为为削减削减电电弧弧对对触触头头的的烧损烧损和限制和限制电电弧弧扩扩展的空展的空间间，通常，通常须须要要实实行加行加强强灭灭弧弧实实力的措施，力的措施，为为此而接受的装置称此而接受的装置称为灭为灭弧装置。弧装置。这这些些灭灭弧装置主要有下列十几种：弧装置主要有下列十几种：1 1简洁简洁开断；开断；2 2磁吹磁吹灭灭弧装置；弧装置；3 3纵缝灭纵缝灭弧装置；弧装置；4 4绝缘栅绝缘栅片片灭灭弧装置；弧装置；5 5金属金属栅栅

4、片片灭灭弧装置；弧装置；6 6固体固体产产气气灭灭弧装置，弧装置，7 7石英砂石英砂灭灭弧装置；弧装置；8 8变压变压器油器油灭灭弧装置；弧装置；9 9压缩压缩空气空气灭灭弧装置；弧装置；10 10SF6SF6灭灭弧装置；弧装置；11 11真空真空灭灭弧装置。弧装置。概概 述述5-0 5-0 概概 述述LOGO5 此外，此外，为了增加了增加灭弧装置的开断弧装置的开断实力，通常可以接受下列力，通常可以接受下列协助方法：助方法：1 1在弧隙两瑞并在弧隙两瑞并联电阻；阻；2.2.附加同步开断装置；附加同步开断装置；3 3附加机械与半附加机械与半导体混合式开关。体混合式开关。概概 述述第五章第五章 1

5、 1、灭灭弧装置的弧装置的灭灭弧原理主要有：弧原理主要有：(1)(1)在大气中依靠触在大气中依靠触头头分开分开时时的机械拉的机械拉长长，使，使电电弧增大；弧增大；(2)(2)利用流利用流过导电过导电回路或特制回路或特制线线圈的圈的电电流在燃弧区流在燃弧区产产生磁生磁场场，使，使电电弧快速移弧快速移动动和拉和拉长长；（3 3）依靠磁）依靠磁场场的作用，将的作用，将电电弧弧驱驱入用耐弧材料制成的狭入用耐弧材料制成的狭缝缝中，以加中，以加强强电电弧的冷却和消弧的冷却和消电电离；离；(4)(4)用金属板将用金属板将电电弧分隔成很多串弧分隔成很多串联联的短弧；的短弧；(5)(5)在封在封闭闭的的灭灭弧室

6、中，利用弧室中，利用电电弧自身能量分解固体材料，弧自身能量分解固体材料，产产生气体，生气体，以提高以提高灭灭弧室中的弧室中的压压力，或者利用力，或者利用产产生的气体生的气体进进行吹弧；行吹弧；(6)(6)利用利用电电弧自身能量，使弧自身能量，使变压变压器油分解成含有大量器油分解成含有大量氢氢气的气体并建立气的气体并建立起很高的起很高的压压力，再利用此力，再利用此压压力推力推动动冷油和气体去吹弧；冷油和气体去吹弧；(7)(7)利用利用压缩压缩空气吹弧；空气吹弧；(8)(8)利用利用SF6SF6气体吹弧；气体吹弧；(9)(9)在高真空中开断触在高真空中开断触头头，利用弧隙中由，利用弧隙中由电电极金

7、属蒸汽形成的弧柱在极金属蒸汽形成的弧柱在电电流流过过零零时时快速快速扩扩散的原理散的原理进进行行灭灭弧；弧；(10)(10)利用石英砂等固体利用石英砂等固体颗颗粒介粒介质质，限制，限制电电弧直径的弧直径的扩扩展和加展和加强强冷却。冷却。概概 述述LOGO 一个一个灭灭弧装置可以接受上述某一个原理弧装置可以接受上述某一个原理进进行行灭灭弧，但是大多数状况下弧，但是大多数状况下则综则综合接受几个原理，以增大合接受几个原理，以增大灭灭弧效果。弧效果。实实行哪些行哪些灭灭弧原理确定于：弧原理确定于：满满足所需开断的足所需开断的电电流和流和电电器工作的器工作的电压电压考考虑电虑电器的体器的体积积、制造成

8、本、运用寿命和安装修理便利、制造成本、运用寿命和安装修理便利 高高压电压电器和低器和低压电压电器所接受的器所接受的灭灭弧原理不尽相同！弧原理不尽相同！概概 述述第五章第五章 5-1 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理开关电器典型灭弧装置的工作原理 一、一、简洁简洁开断（拉开断（拉长电长电弧）弧）依靠在大气中分开触依靠在大气中分开触头头以拉以拉长电长电弧弧进进行行灭灭弧的方法叫做弧的方法叫做简简洁洁开断。开断。（1 1）原理：）原理：电电弧放弧放长长后，后，电电弧弧电压电压就增大，其静就增大，其静态态伏伏-安特安特性向上移性向上移动动。依据直流。依据直流灭灭弧条件：当弧条件：当电电弧的静弧的

9、静态态伏伏-安安特性高于特性高于电电源源电压电压与与电电路路电电阻上的阻上的电压电压降降之差以后，之差以后，电电弧就要熄弧就要熄灭灭。5-1 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理开关电器典型灭弧装置的工作原理 依靠拉依靠拉长电弧使之恰好熄弧使之恰好熄灭的最短的最短长度，称度，称为临界界长度，度，记为Llj。当触。当触头分开速度在分开速度在1-10m/s范范围内，其内，其计算公式算公式为：式中式中 K K常数，当电源电压为常数，当电源电压为500V500V时，时，K=0.75K=0.75；250V250V时，时，K=0.15K=0.15；开断电流的起始值（有效值），单位为开断电流的起始值（有效

10、值），单位为A A。开断沟通电路时，由于沟通电流自身过零的作用，电弧开断沟通电路时，由于沟通电流自身过零的作用，电弧临界长度要比开断相同直流的直流电弧的临界长度为小。临界长度要比开断相同直流的直流电弧的临界长度为小。LOGO （2 2）图解：如下解：如下图示，除依靠触示，除依靠触头分开拉分开拉长电弧以外，弧以外，还可依靠导电回路的电流产生的磁场使电弧弯曲来拉长电弧。还可依靠导电回路的电流产生的磁场使电弧弯曲来拉长电弧。前者沿电弧的轴向前者沿电弧的轴向(亦称切向亦称切向)拉长电弧，后者是沿着垂直于拉长电弧，后者是沿着垂直于弧轴的方向弧轴的方向(亦称法向亦称法向)拉长电弧。拉长电弧。第五章第五章

11、（3 3）示例：）示例：例一：刀开关拉例一：刀开关拉长电长电弧。弧。刀开关拉刀开关拉长电长电弧同弧同时时利用触利用触头头分开运分开运动动和和导电导电回路回路产产生磁生磁场场拉拉长电长电弧的状况。弧的状况。例二：利用流例二：利用流过导电过导电回路的特制回路的特制线线圈的圈的电电流在燃弧期流在燃弧期间产间产生磁生磁场场，使，使电电弧快速移弧快速移动动和拉和拉长长。当。当动动静触静触头头分开分开时时，形成两个彼此串，形成两个彼此串联联的的电电弧，他弧，他们们一方面被拉一方面被拉长长，一方面受，一方面受导电导电回路磁回路磁场产场产生的生的电动电动力作用，向两力作用，向两侧侧作法作法向运向运动动，使，使

12、电电弧受到拉弧受到拉长长和冷却。（和冷却。（图图b b）还还增加了引弧角，当触增加了引弧角，当触头头分开差分开差生生电电弧弧时时，将在，将在导电导电回路磁回路磁场场中中产产生生电动电动力作用下，其弧根快速移到燃弧力作用下，其弧根快速移到燃弧角角3 3上燃上燃烧烧。不。不仅仅使使电电弧快速拉弧快速拉长长，还还大大削减大大削减对对触触头头的的烧损烧损。二、磁吹二、磁吹线圈：圈：1 1、结构：构：1 1为磁吹磁吹线圈由粗圈由粗导体体绕成，与静触成，与静触头7 7相相连。2 2为铁心心可减小磁阻以增大穿可减小磁阻以增大穿过触触头间隙的磁通。隙的磁通。铁心两端平行固定两心两端平行固定两块钢夹板板5 5，

13、动静触静触头放在两放在两块钢夹板之板之间。2 2、原理：触、原理：触头闭合合时，磁吹，磁吹线圈在圈在钢夹板之板之间产生的磁通，如生的磁通，如图所示。当触所示。当触头分开分开产生生电弧弧4 4时，产生生电动力使力使电弧向上运弧向上运动（方（方向向为垂直垂直纸面面对上）并上）并转移到引弧角上燃移到引弧角上燃烧和熄和熄灭。可用于低可用于低压压直流和沟通接触器中。直流和沟通接触器中。对对后者，后者，为为削减削减涡涡流流损损耗和避开耗和避开由于由于钢夹钢夹板中磁通与板中磁通与电电弧弧电电流相位不同而流相位不同而产产生反向生反向电动电动力，力，铁铁心心2 2上可开上可开一槽或者用硅一槽或者用硅钢钢片叠成。

14、片叠成。当当铁铁心不心不饱饱和和时时，弧隙中的磁通与开断，弧隙中的磁通与开断电电流成正比，假如磁吹流成正比，假如磁吹线线圈圈开断大开断大电电流流时产时产生的磁生的磁场场适当，适当，则则在开断小在开断小电电流流时时将因将因电动电动力力过过小而引小而引起吹弧困起吹弧困难难。当然，通。当然，通过设计过设计也能使磁吹也能使磁吹线线圈在开断小圈在开断小电电流流时产时产生的磁生的磁场场适当。但适当。但这样这样做，一方面将使磁吹做，一方面将使磁吹线线圈的匝数增加，增大了圈的匝数增加，增大了线线圈体圈体积积和多用有色金属；另一方面将使开断大和多用有色金属；另一方面将使开断大电电流流时产时产生的磁生的磁场过场过

15、强强，使得触，使得触头间头间形成的熔化金属形成的熔化金属桥桥可能被可能被过过大的大的电动电动力力驱驱除到接触区以外，使得触除到接触区以外，使得触头头的的电电磨磨损损大大增加。大大增加。解决方法：适当解决方法：适当选择选择磁吹磁吹线线圈的匝数以及圈的匝数以及铁铁心和心和钢夹钢夹板的截板的截面面积积，使得开断小，使得开断小电电流流时时磁磁场场加加强强，开断大，开断大电电流流时则时则由于磁路由于磁路饱饱和不致和不致过过强强。三、三、纵缝灭弧装置弧装置 所所谓纵缝就是就是灭弧室的弧室的缝隙方向与隙方向与电弧的弧的轴线平行。平行。灭弧装置的工作原理：利用磁吹弧装置的工作原理：利用磁吹线圈圈产生的磁生的磁

16、场将将电弧弧驱入耐弧入耐弧绝缘材料材料(石棉、水泥、陶土等石棉、水泥、陶土等)制成的具有制成的具有纵缝的的灭弧室中弧室中进行行灭弧。它既可用于熄弧。它既可用于熄灭直流直流电弧，也可用弧，也可用于熄于熄灭沟通沟通电弧。弧。5-1 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理开关电器典型灭弧装置的工作原理LOGO 按按缝隙的尺寸和形式，它隙的尺寸和形式，它们又分两又分两种，如种，如图5-55-5所示。所示。图5-5a5-5a表示一表示一单纵缝灭弧装置的原弧装置的原理理结构。构。图中，中，1 1为用耐弧用耐弧绝缘材料制成材料制成的的灭弧室壁，弧室壁，2 2为磁吹磁吹线圈的圈的钢夹板，板，3 3为电弧。弧。

17、通常上部通常上部缝宽小小于熄于熄灭电弧的直径。弧的直径。第五章第五章 5-1 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理开关电器典型灭弧装置的工作原理 由图由图5-6可见，当电流增大（横坐标向右）时，纵缝灭弧装置可见，当电流增大（横坐标向右）时，纵缝灭弧装置中电弧的中电弧的“伏伏安特性安特性”随电弧电流增加而下降的程度比自由燃弧随电弧电流增加而下降的程度比自由燃弧时的时的“伏伏安特性安特性”下降程度要缓得多，特殊当电流很大时，下降程度要缓得多，特殊当电流很大时，E可以可以认为是常数。认为是常数。随着缝宽的减小和电弧横向运动速度的提高，电弧的随着缝宽的减小和电弧横向运动速度的提高，电弧的“伏伏安安特

18、性特性”也将上升，这表明灭弧实力也随之增加。也将上升，这表明灭弧实力也随之增加。图图5-6b5-6b表示多表示多纵缝灭纵缝灭弧装置的构造，接受多弧装置的构造，接受多纵缝纵缝可以减小可以减小电电弧弧进进入上部窄入上部窄缝缝的阻力，在的阻力，在驱驱动电动电弧运弧运动动的的电电磁力磁力给给定定时时，可以接受比，可以接受比单纵单纵缝灭缝灭弧室更小的弧室更小的缝缝隙。隙。这这使使灭灭弧空壁弧空壁对电对电弧的弧的冷却和消冷却和消电电离作用更离作用更强强。多纵缝灭弧装置广泛用于多纵缝灭弧装置广泛用于低压接触器低压接触器中。中。四、四、绝缘栅片片灭弧装置弧装置 灭弧装置如弧装置如图5-85-8所示。所示。其中

19、，其中，灭弧室弧室l l中装有用耐弧中装有用耐弧绝缘材料制成的几片绝缘栅片绝缘材料制成的几片绝缘栅片2 2，栅片的边缘和电弧栅片的边缘和电弧3 3的轴线垂直。的轴线垂直。当开断当开断电流流时，在触，在触头4 4和和5 5之之间产生的电弧在导电回路的磁场间产生的电弧在导电回路的磁场作用下向上运动。作用下向上运动。LOGO21 当磁当磁场场的方向的方向为为垂直于垂直于纸纸面面对对里里时时，电电弧弧ABAB、BCBC和和CDCD段所受段所受的的电动电动力都使力都使电电弧弧压压向向绝缘栅绝缘栅片片顶顶部，增大与部，增大与栅栅片表面的接触面片表面的接触面积积，从而加，从而加强强了了电电弧的冷却和消弧的冷

20、却和消电电离作用；而离作用；而DEDE段所受的段所受的电动电动力力使使电电弧向上拉弧向上拉长长，更加深化，更加深化栅栅片片间间隙和增加隙和增加电电弧与弧与绝缘栅绝缘栅片的接片的接被面被面积积。由于受到由于受到绝缘栅绝缘栅片的阻片的阻挡挡，电电弧弯曲成如弧弯曲成如图图5-95-9中中AGAG曲曲线线所示的形所示的形态态。B B5-1 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理开关电器典型灭弧装置的工作原理第五章第五章 除此以外，除此以外，电弧弧ABAB段和段和CDCD段相互作用段相互作用产生一相吸生一相吸电动力、力、CDCD段和段和EFEF段相互作用产生一相斥电动力，使段相互作用产生一相斥电动力，使

21、ABAB、CDCD和和E EF F段段压向向绝缘栅栅片；片；CDCD段和段和EFEF段段对DEDE段相互作用也段相互作用也产生一生一相相斥电动力，使斥电动力，使DEDE段段向上运动。向上运动。这种种灭弧装置充分利用了弧装置充分利用了电弧自身弧自身磁磁场产生的生的电动力。力。五、金属栅片五、金属栅片(又称去离子栅又称去离子栅)灭弧装置：灭弧装置：这种种灭弧装置的原理构造如弧装置的原理构造如图5-10 a5-10 a所示。所示。灭灭弧室弧室1 1内部有很多由厚度内部有很多由厚度为为23mm23mm钢钢板冲成的横向板冲成的横向栅栅片片2 2。栅栅片外表面片外表面镀铜镀铜以增大以增大传热实传热实力和防

22、止力和防止钢钢片生片生锈锈。每一每一栅栅片冲有三角形的缺口。片冲有三角形的缺口。栅栅片缺口片缺口错错开的作用开的作用为为减减 少少电电弧初始遇到的弧初始遇到的栅栅片数，从而削减片数，从而削减进进入的阻力。入的阻力。在在电弧弧进入入栅片之后，片之后，电弧弧电压变为：通常通常l 与与l差别不大，当差别不大，当n数值较大时，数值较大时，所以电弧电，所以电弧电压压 且与电弧电流几乎无关。且与电弧电流几乎无关。金属金属栅栅片片灭灭弧装置既能用于熄弧装置既能用于熄灭灭直流直流电电弧，也能用于熄弧，也能用于熄灭灭沟通沟通电电弧。弧。熄熄灭灭直流直流电电弧条件：弧条件：UN:UN:为为被开断被开断电电路的路的

23、电电源源电压电压U0U0：阴极和阳极：阴极和阳极压压降之和降之和当熄当熄灭沟通沟通电弧弧时，金属，金属栅片片灭弧装置不弧装置不仅在在电流流过零前由零前由于于电弧弧电压上升，可以减小上升，可以减小电弧弧电流的幅流的幅值、减小、减小电弧弧电流流与与电源源电压的相角差，从而降低的相角差，从而降低电流流过零零时的工的工频复原复原电压瞬瞬时值，而且在，而且在电流流过零后，由于每一短弧都有一近阴极效零后，由于每一短弧都有一近阴极效应引起的介引起的介质初始复原初始复原强度度Ujfo Ujfo，n n个短弧就有个短弧就有n n个个Ujfo Ujfo ，从而提高了弧隙从而提高了弧隙总的介的介质复原复原强度特性，

24、使沟通度特性，使沟通电弧易于熄弧易于熄灭。5-1 5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理开关电器典型灭弧装置的工作原理 图图5-115-11表示厚表示厚为为2mm2mm、片、片距距5mm5mm的平板形的平板形栅栅片的片的灭灭弧装弧装置开断置开断350A350A电电流流时时，介，介质质初始初始复原复原强强度度Ujf0Ujf0和和KjfKjf与与n n变变更的更的关系是不成比例。其关系是不成比例。其缘缘由是由是电电弧弧进进入入栅栅片分成很多短弧后，片分成很多短弧后，它它们们在在灭灭弧室中的运弧室中的运动动速度不速度不同、运同、运动动方向也不同。方向也不同。金属金属栅栅片片灭灭弧装置广泛用于弧装置广

25、泛用于低低压压开关开关电电器中。器中。其主要缺点是其主要缺点是灭灭弧室除弧室除电电弧弧能量能量损损耗之外，耗之外，还还有有栅栅片中片中电电阻、阻、磁滞和磁滞和涡涡流引起的流引起的损损耗。加之耗。加之栅栅片片间间隙隙较较小，阻碍了小，阻碍了热热量的散量的散发发。这这些都使些都使灭灭弧室的温度弧室的温度简洁简洁升向，升向，从而引起从而引起灭灭弧条件弧条件恶恶化。化。因此，因此，这这种种灭灭弧装置不适用弧装置不适用于于过过分分频频繁操作的繁操作的场场所。所。六、固体六、固体产气气灭弧装置弧装置 某些固体某些固体绝缘材料如材料如钢纸(亦称反白亦称反白)、有机玻璃等，在、有机玻璃等，在电弧的高温作用下弧

26、的高温作用下能快速气化，能快速气化，产生大量主要成分生大量主要成分为氢及其化合物的气体。及其化合物的气体。利用利用这些材料的些材料的产气性气性质进行行灭弧的弧的灭弧装置称弧装置称为固体固体产气气灭弧装置。弧装置。图5-135-13是利用串是利用串联短弧和高气短弧和高气压两种方式两种方式灭弧。其中，弧。其中，钢纸管管4 4在在电弧弧的高温作用下分解，的高温作用下分解，产生气体，使生气体，使压力提高。力提高。如如图5-145-14所示，所示，灭弧期弧期间管内的管内的压力可达力可达4.8MPa4.8MPa。31 图5-155-15是利用是利用产气原理提高气气原理提高气压，再利用气，再利用气压进行行灭

27、弧弧的高的高压跌落式熔断器熔管的原理跌落式熔断器熔管的原理结构构图。当短路当短路电电流通流通过时过时，熔，熔丝丝3 3被熔断被熔断产产生生电电弧，于是弧，于是弹弹簧簧6 6长长度度缩缩短，短，电电弧被快速拉弧被快速拉长长。同。同时时，电电弧的高温使弧的高温使钢纸钢纸分解分解产产生大量的气体，管内生大量的气体，管内压压力快速上升，力快速上升，这这一一压压力推力推动软线动软线5 5加速向右运加速向右运动动，从而也加速，从而也加速电电弧的拉弧的拉长长和和压压力的上升。力的上升。当当软线软线5 5被推出被推出钢纸钢纸管管8 8以后，管内的高以后，管内的高压压气体向外冲出，气体向外冲出，进进行行纵纵向向

28、吹弧，使吹弧，使电电弧熄弧熄灭灭。七、石英砂七、石英砂灭弧装置：弧装置：利用石英砂限制弧柱的利用石英砂限制弧柱的扩展并冷却展并冷却电弧使之熄弧使之熄灭的装的装置，叫做石英砂置，叫做石英砂灭弧装置。弧装置。图中图中 熔管熔管1 1用瓷制用瓷制成，成，2 2和和3 3分分别为端盖和接端盖和接线板。板。34 当熔片当熔片4 4的狭的狭颈颈熔断、气化形成几个串熔断、气化形成几个串联联的短弧后，的短弧后，这这些短些短弧接着将熔片的狭弧接着将熔片的狭颈颈部分气化。由于熔片气化后部分气化。由于熔片气化后让让出的空出的空间间很小，很小，每一短弧都相当于在石英砂包每一短弧都相当于在石英砂包围围的狭的狭缝缝中燃中

29、燃烧烧，它因，它因为为和石英砂和石英砂紧紧密接触而受到猛烈冷却。密接触而受到猛烈冷却。与此同与此同时时，由于熔片，由于熔片4 4的金属从固的金属从固态变为态变为气气态态后体后体积积受局部受局部石英砂的限制不能自由膨石英砂的限制不能自由膨胀胀，于是在燃弧区形成很高的，于是在燃弧区形成很高的压压力。此力。此压压力推力推动动弧隙中弧隙中电电离气体快速向石英砂离气体快速向石英砂缝缝隙中隙中扩扩散，并在散，并在缝缝隙中隙中受到冷却和消受到冷却和消电电离，离，这这就大大加就大大加强强了了对对弧隙的冷却作用。弧隙的冷却作用。LOGO35 石英砂熔断器釆用了多断口串石英砂熔断器釆用了多断口串联联、提高弧隙中气

30、、提高弧隙中气压压以以加加强强电电离气体的离气体的扩扩散作用，以及利用狭散作用，以及利用狭缝缝冷却冷却电电弧共三种弧共三种灭灭弧原理，所以它的弧原理，所以它的灭灭弧弧实实力力强强，限流作用特，限流作用特别显别显著。著。第五章第五章 八、变压器油灭弧装置八、变压器油灭弧装置 1 1、分类：、分类：（1 1）自能吹弧灭弧装置：利用电弧自身的能量）自能吹弧灭弧装置：利用电弧自身的能量将油蒸发分解而成油气，提高灭弧室中的压力以驱将油蒸发分解而成油气，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行吹弧。动油或油气进行吹弧。（2 2）外能吹弧灭弧装置：利用外界能量）外能吹弧灭弧装置：利用外界能量(通常通常是储存在弹

31、簧中的能量是储存在弹簧中的能量)推动活塞，提高灭弧室中推动活塞，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行灭弧。的压力以驱动油或油气进行灭弧。（3 3）混合吹弧灭弧装置：兼用上述两种能量，）混合吹弧灭弧装置：兼用上述两种能量，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行吹弧。提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行吹弧。第一种结构简洁，已获广泛应用！第一种结构简洁，已获广泛应用！37 2 2、即使在油中、即使在油中简洁简洁地位地位长电长电弧，其弧，其灭灭弧弧实实力也比在大气力也比在大气中拉中拉长电长电弧高得多。弧高得多。这这是因是因为为：(1)(1)油气的主要成分是油气的主要成分是氢氢，它在全部气体中具有最高，

32、它在全部气体中具有最高的的导热导热系数和最小的粘度，系数和最小的粘度，这这就使弧柱的就使弧柱的热热量量简洁简洁散散发发。(2)(2)在在电电弧的高温作用下，油的气化和分解弧的高温作用下，油的气化和分解过过程特程特别别猛烈。油气形成后由于受到四周冷油的阻碍，体猛烈。油气形成后由于受到四周冷油的阻碍，体积积不能快速膨不能快速膨胀胀，因而气泡中，因而气泡中压压力很高，通常可达（力很高，通常可达（0.510.51）MPMP。(3)(3)在熄在熄灭灭沟通沟通电电弧弧过过程中，当程中，当电电流增大流增大时时，电电弧的功弧的功率增大，油气的形成加率增大，油气的形成加剧剧，气泡中油气温度增高和，气泡中油气温度

33、增高和压压力上升。力上升。在在压压力力较较高的状况下，气泡壁高的状况下，气泡壁处处油的沸点上升，油的沸点上升，处处于于过热过热状状态态。当。当电电流减小特殊是流减小特殊是过过零旁零旁边时边时，由于，由于电电弧功率减小，油弧功率减小，油气气产产生的速度下降，但气泡在生的速度下降，但气泡在压压力作用下仍接着膨力作用下仍接着膨胀胀，结结果果引起气泡中油气的温度和引起气泡中油气的温度和压压力快速降低。此力快速降低。此时时气泡壁气泡壁处处油的油的沸点下降，沸点下降，处处于于过热过热状状态态的油猛烈气化。由于气泡壁各的油猛烈气化。由于气泡壁各处处油油的气化速度不一的气化速度不一样样，在气泡内就形成了，在气

34、泡内就形成了压压力差。此力差。此压压力差促力差促使油气使油气产产生混乱的运生混乱的运动动，使，使刚刚刚刚形成的温度形成的温度较较低的油气低的油气进进入入弧柱中，加弧柱中，加强强了弧柱的冷却。了弧柱的冷却。(4)(4)在某些状况下，在某些状况下，还还可利用被开断可利用被开断电电流流产产生的生的电动电动力使力使电电弧弯曲和靠近气泡壁，加弧弯曲和靠近气泡壁，加强强对对弧柱的冷却作用。弧柱的冷却作用。依据油或油气与依据油或油气与电弧作用的方式，自能吹弧弧作用的方式，自能吹弧灭弧装置又可分弧装置又可分为横吹、横吹、纵吹、吹、纵横吹和横吹和环吹四种。吹四种。开断开断电电流越大，流越大，则单则单位位时间时间

35、内内产产生的气体越多，生的气体越多，灭灭弧室弧室内内压压力越高，吹弧力气越力越高，吹弧力气越强强，于是燃弧，于是燃弧时间时间越短；越短；当开断当开断较较小小电电流流时时，灭灭弧室内弧室内压压力低，吹弧力气减弱，力低，吹弧力气减弱，燃弧燃弧时间时间增增长长，事，事实实上没有吹弧作用，即相当于在油中上没有吹弧作用，即相当于在油中简洁简洁开断。开断。由由图图可可见见，燃弧，燃弧时间时间有一有一最大最大值值，相，相应应于最大燃弧于最大燃弧时间时间的的电电流称流称为临为临界界电电流流IljIlj。其数。其数值视灭值视灭弧装置的具体弧装置的具体结结构而异，构而异，一般一般为为几十安到上千安。几十安到上千安

36、。自能吹弧自能吹弧灭灭弧装置的极限弧装置的极限开断开断电电流流IlxIlx主要确定于主要确定于灭灭弧室弧室的机械的机械强强度。度。九、九、压缩空气空气灭弧方式。弧方式。在开断在开断电路路对，将，将预先先储备好的好的压缩空气用管道引向燃空气用管道引向燃弧区，利用弧区，利用压缩空气猛烈吹弧和提高燃弧区的空气猛烈吹弧和提高燃弧区的压力，使力，使电弧弧熄熄灭的装置叫做的装置叫做压缩空气空气灭弧装置。弧装置。依据气流吹弧的方向分横吹式和依据气流吹弧的方向分横吹式和纵吹式两吹式两类。横吹式缺点横吹式缺点较多，已淘汰，多，已淘汰，现主要介主要介绍纵吹式。吹式。依据触头的结构，纵吹式灭弧装置可分为三类：依据触

37、头的结构，纵吹式灭弧装置可分为三类：两个触头都是棒状的（图两个触头都是棒状的（图5-20a）两个触头都是管状的（图两个触头都是管状的（图5-20b）一个触头都是棒状的，一个触头都是管状的（图一个触头都是棒状的，一个触头都是管状的（图5-20c,d）压缩空气空气灭弧装置的极限开断弧装置的极限开断电流与流与喷口截口截面面积、触、触头开距、开距、压缩空气的气空气的气压等因素有等因素有关。关。十、十、SF6SF6灭弧装置。弧装置。SF6 SF6是无色、无臭、无毒、无公害和不燃是无色、无臭、无毒、无公害和不燃烧的气体。的气体。其沸点在大气其沸点在大气压时为-60-60，加温到，加温到150 150 都不

38、易与其他都不易与其他物物质起化学反起化学反应，到，到500500时仍不能自行分解。它的密度是仍不能自行分解。它的密度是空气的空气的5 5倍。常温倍。常温时的的传热实力力(包括包括对流在内流在内)为空气的空气的1.61.6倍。它具有很高的倍。它具有很高的绝缘性能。性能。图5-225-22表示在相同条件下，表示在相同条件下，SF6 SF6、变压器油和器油和氢气的气的击穿穿电压随随压力的力的变更状况。由更状况。由图可知：可知：SF6 SF6 的的击穿穿电压在在压力力为0.1MPa0.1MPa时约为氮气的氮气的5656倍，当倍，当压力力为0.16MP0.16MP时已与已与变压器油相等。器油相等。由由试

39、验得知：得知：这在相同的在相同的压力下，力下，SF6 SF6的的击穿穿电压为压缩空气的空气的2323倍。所以，倍。所以，接受接受SF6SF6作作为绝缘介介质可以大大减小可以大大减小绝缘间隙的尺寸和隙的尺寸和缩小小电器的体器的体积SF6SF6另一突出另一突出优优点是它只有很点是它只有很强强的的灭灭弧弧实实力，主要力，主要缘缘由有三条。由有三条。SF6 SF6 在高温在高温时时形成由硫、氟的原子、正离子和形成由硫、氟的原子、正离子和电电子构成的等离子构成的等离子体，与一般子体，与一般灭灭弧介弧介质质相比，相比，这这一等离子体在弧温下具有一等离子体在弧温下具有较较高高的的电电离度，因而在同离度，因而

40、在同样电样电流流时时，电电弧弧电压较电压较低。低。这这就使燃弧就使燃弧时时弧隙中弧隙中产产生的生的热热量量较较少，不少，不须须要大的介要大的介质质吹弧速度便可使弧隙吹弧速度便可使弧隙得到足得到足够够的冷却作用。的冷却作用。图5-23表示在相同条件下，在氮气中和在SF6 中弧柱温度T延其半径rh 分布状况，由图可知，后者直径远比前者小，由于弧柱细，含热量少，因而电弧时间常数也大大减小。时间常数小表明弧隙的介质复原速度上升较快，这就使SF6 灭弧装置能承受很高的复原电压上升速度。SF6 SF6 分子和它分解而成的氟原子在高温时有一特异的性质，即分子和它分解而成的氟原子在高温时有一特异的性质，即他们

41、对电子有很大的亲和力。当电子和它们接近时，便受到它他们对电子有很大的亲和力。当电子和它们接近时，便受到它们的吸附作用而粘在一起构成负离子。负离子的质量为电子的们的吸附作用而粘在一起构成负离子。负离子的质量为电子的几千倍，他们在电场中移动缓慢，不易产生电场电离。弧隙失几千倍，他们在电场中移动缓慢，不易产生电场电离。弧隙失去一部分活动性强的电子后，产生电场电离和热电离的可能性去一部分活动性强的电子后，产生电场电离和热电离的可能性大大降低，这就提高了介质复原强度上升的速度。大大降低，这就提高了介质复原强度上升的速度。SF6SF6主要缺点：主要缺点：SF6 SF6 简洁简洁液化，当液化，当-40-40

42、时时，工作，工作压压力不得大力不得大于于0.35MP,-300.35MP,-30时时，工作，工作压压力不得大于力不得大于0.5MP0.5MP。在不匀整在不匀整电场电场中中击击穿穿电压电压下降很多。下降很多。（十一）真空（十一）真空灭弧装置。弧装置。介介质击穿必需通穿必需通过电子碰撞气体粒子使之子碰撞气体粒子使之电离离（电场电离）以离）以产生更多的生更多的电子才能子才能进行，而沟通行，而沟通电弧弧电流流过零后是否重燃，也取决于此零后是否重燃，也取决于此时弧隙中弧隙中带电粒子和中性粒子的密度。由于空气淡薄，空气分粒子和中性粒子的密度。由于空气淡薄，空气分子及其子及其电子的平均自由行程加子的平均自由

43、行程加长，这就使弧中气体就使弧中气体粒子受到其他粒子碰障而粒子受到其他粒子碰障而电离的几率大大削减。因离的几率大大削减。因此，真空具有很高的此，真空具有很高的绝缘和和灭弧性能。弧性能。将触将触头在高度真空中开断便构成有很高开断在高度真空中开断便构成有很高开断实力的力的灭弧装置。弧装置。依据触依据触头结构的不同，真空构的不同，真空灭弧装置分弧装置分带圆柱柱状触状触头、带螺旋槽的磁吹触螺旋槽的磁吹触头和和带纵磁磁场线圈的触圈的触头三种。三种。图图5-295-29是是带圆带圆柱状触柱状触头头真空真空灭灭弧装置的原理弧装置的原理结结构构图图。它的开断它的开断实实力在力在10kV10kV时时，不超，不超

44、过过67kA67kA。它的开断实力在它的开断实力在10kV时，可开断时，可开断40kA以上的以上的电流。电流。图5-305-30是是带螺旋槽的磁吹触螺旋槽的磁吹触头真空真空灭弧装置的原理弧装置的原理结构构图。它的开断实力在它的开断实力在10kV时，可开断时，可开断200kA的电流。的电流。图5-315-31是是带纵向磁向磁场线圈圈的的真空真空灭弧装置的原理弧装置的原理结构构图。5-2 5-2 提高灭弧装置开断实力的提高灭弧装置开断实力的协助方法协助方法一、并一、并联电阻帮助阻帮助灭弧弧电路：路：图5-335-33是是图5-325-32的的简化化图。并并联电阻有助于阻有助于灭弧。弧。二、附加同步

45、开断装置二、附加同步开断装置 由于沟通由于沟通电电流每秒要通流每秒要通过过零点零点2f(f2f(f是是电电源源频频率率)次。次。假如我假如我们们能使开关能使开关电电器的触器的触头头在在电电流流过过零瞬零瞬时时分开，并以分开，并以极高的速度拉开到足以承受复原极高的速度拉开到足以承受复原电压电压而不而不发发生生间间隙隙击击穿的穿的距离，距离，则则此此时时弧隙中将不弧隙中将不产产生生电电弧，也不存在所弧，也不存在所谓热击谓热击穿穿阶阶段。段。同同时时，由于弧隙是未，由于弧隙是未电电离的，只需离的，只需较较小的极小的极间间距离，距离，就可承受就可承受较较高的复原高的复原电压电压。这这种开断种开断电电路

46、的方法叫做同步路的方法叫做同步开断，而相开断，而相应应的开关的开关电电器叫做同步开关开关。器叫做同步开关开关。由上述可由上述可见见，这这种志向的同步开关可以无需接受种志向的同步开关可以无需接受灭灭弧装置。然而，事弧装置。然而，事实实上，上，实现这实现这一方案特一方案特别别困困难难。其其缘缘由主要是：由主要是：(1 (1）技技术术上上还还不能保不能保证证开关开关电电器的触器的触头稳头稳定地每次定地每次恰在恰在电电流流过过零零时时分开；分开；(2)(2)还还没有比没有比较简较简便的方法使开关便的方法使开关电电器的器的动动触触头获头获得得所需的高速度。所需的高速度。工程上工程上获得得实际应用的是用的

47、是带灭弧装置的同步开关，即在弧装置的同步开关，即在现有的开关有的开关电器器灭弧装置上加装同步装置，使触弧装置上加装同步装置，使触头在在电流流过零前零前一极短一极短时刻刻(例如例如lmslms左右左右)分开，同分开，同时提高触提高触头运运动速度，使速度，使触触头从分开到从分开到电流流过零零这段段时间内内动、静触、静触头能分开到足能分开到足够距距离。离。这样做的好做的好处：(1)(1)触触头分开分开时刻的刻的稳定性要求降低；定性要求降低；(2)(2)有有较长较长的的时间让动时间让动触触头头在在电电流流过过零零时时达到确定达到确定的开距，从而可以减小的开距，从而可以减小动动触触头头的运的运动动速度。

48、速度。这时这时，虽虽然然在弧隙中流在弧隙中流过过确定的确定的电电流，流，但因数但因数值较值较小，而且持小，而且持续时续时间较间较短，弧隙中气体短，弧隙中气体电电离状离状况不太况不太严严峻，所以在峻，所以在电电流流过过零后弧隙的介零后弧隙的介质质复原复原强强度数度数值较值较高，从而使高，从而使现现有的有的灭灭弧弧装置能装置能够够开断更大的开断更大的电电流。流。三、附加机械与半导体混合式开关三、附加机械与半导体混合式开关机械式开关：机械式开关：优点：流通实力强，工作牢靠，不易损坏优点：流通实力强，工作牢靠，不易损坏缺点：接触时简洁产生预击穿，分断时会产生电弧而烧缺点：接触时简洁产生预击穿，分断时会

49、产生电弧而烧毁触头毁触头半导体式开关：半导体式开关：优点：可控触发，触发能量小，导通速度快，接通和分优点：可控触发，触发能量小，导通速度快，接通和分断时时不会产生电弧断时时不会产生电弧缺点：通流、耐压实力小，工作时有损耗，易发热，易缺点：通流、耐压实力小，工作时有损耗，易发热，易损耗损耗混合式开关近年来获得很多应用，主要用在低压领域。混合式开关近年来获得很多应用，主要用在低压领域。优点：具有点：具有较高的寿命；高的寿命；缺点：缺点：结构构较困困难，价格，价格较昂昂贵.LOGO 小小 结结 开关开关电电器器灭灭弧装置的弧装置的灭灭弧原理主要的有弧原理主要的有1111种。依据种。依据这这些原理构些

50、原理构成的典型成的典型实际灭实际灭弧装置有：弧装置有：1 1简洁简洁开断；开断；2 2磁吹磁吹灭灭弧装置；弧装置；3 3纵缝灭纵缝灭弧装置；弧装置；4 4绝缘栅绝缘栅片片灭灭弧装置；弧装置；5 5金属金属栅栅片片灭灭弧装量；弧装量；6 6固体固体产产气气灭灭弧装置；弧装置；第五章第五章 LOGO 7 7石英砂石英砂灭灭弧装量；弧装量；8 8变压变压器油器油灭灭弧装置；弧装置；9 9压缩压缩空气空气灭灭弧装置；弧装置；10 10SF6SF6灭灭弧装置；弧装置；11 11真空真空灭灭弧装置。弧装置。此此外外，为为增增加加灭灭弧弧装装置置的的开开断断实实力力，通通常常可可以以实实行行下下列列协协助助