第02章 电弧与电气触头的基本知识(080228修改).ppt

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1、电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-1第二章第二章 电弧与电气触头的基本知识电弧与电气触头的基本知识第一节第一节 电弧的形成与熄灭电弧的形成与熄灭 第二节第二节 交流电弧的特性及熄灭交流电弧的特性及熄灭 第三节第三节 开关电器中熄灭交流电弧的基本方法开关电器中熄灭交流电弧的基本方法第四节第四节 电气触头的基本知识电气触头的基本知识 本章计划学时：本章计划学时：4 学时学时电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-2本章教学要求本章教学要求了解电弧的危害，熟悉电弧的形成过程了解电弧的危害，熟悉电弧的形成过程熟悉交流电弧的特

2、性，交流电弧的熄灭条件熟悉交流电弧的特性，交流电弧的熄灭条件 了解交流电弧的开断过程了解交流电弧的开断过程掌握熄灭交流电弧的基本方法掌握熄灭交流电弧的基本方法熟悉电气触头的基本要求，及触头的分类和结构熟悉电气触头的基本要求，及触头的分类和结构电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-3第一节第一节 电弧的形成与熄灭电弧的形成与熄灭一、开关电器的灭弧原理一、开关电器的灭弧原理（一）电弧现象（一）电弧现象 1)电弧电弧：是一种气体游离放电现象。是一种气体游离放电现象。2)产生电弧的条件产生电弧的条件：用开关电器开断电源电压大于用开关电器开断电源电压大于10 20

3、V，电流大于，电流大于80 100mA的电路时，就会发生电弧。的电路时，就会发生电弧。3)电弧的特点电弧的特点：能量集中，温度很高，亮度很强；电弧是能量集中，温度很高，亮度很强；电弧是良导体。良导体。4)电弧的利用电弧的利用：电弧在工业上有很多有益的应用，例如，电弧在工业上有很多有益的应用，例如，利用其高温的电弧焊接机，电弧炼钢炉等。利用其高温的电弧焊接机，电弧炼钢炉等。5)电弧的危害电弧的危害：在开关电器中，电弧是有害的，要求尽快在开关电器中，电弧是有害的，要求尽快地熄灭，否则会烧坏开关触头，误拉隔离开关会造成相间短路地熄灭，否则会烧坏开关触头，误拉隔离开关会造成相间短路和人身伤亡。和人身伤

4、亡。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-4 6)特征特征：气体导电（轻、易变形）；气体导电（轻、易变形）；电弧的能量集中，温度很高，亮度很强电弧的能量集中，温度很高，亮度很强例：例：10kvQF断开断开20kA的电流，电弧功率达到的电流，电弧功率达到 1万万kw以上以上 电弧由阴极区，阳极区和弧柱区组成。电弧由阴极区，阳极区和弧柱区组成。弧柱处温度最高，可达弧柱处温度最高，可达67k0C到到1万度以上在弧柱周围万度以上在弧柱周围温度较低，亮度明显减弱的部分叫温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰，电流几乎都从弧弧焰，电流几乎都从弧柱内部流过。柱内部流过。电气

5、设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-5 电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃烧的电压很低。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，在大气中，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅长的直流电弧的弧柱电压仅1530v，在变压器油中在变压器油中1cm长的直流电弧的弧柱电压仅长的直流电弧的弧柱电压仅100220v。电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易变形。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。速移动、伸长或弯曲。电气设备及运行维护电气设

6、备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-6（二）电弧的产生与熄灭（二）电弧的产生与熄灭 游游 离离中性质点分解成自由电子和正离子中性质点分解成自由电子和正离子。去游离去游离电子和正离子相互吸引还原为中性质点电子和正离子相互吸引还原为中性质点。1.电弧的产生电弧的产生 1）强电场发射强电场发射：E=U/s 大于大于3106 V/m时，金属触头阴时，金属触头阴极表面就会发射自由电子极表面就会发射自由电子。2）热电子发射热电子发射：在开关分闸时，动静触头之间的接触压在开关分闸时，动静触头之间的接触压力和接触面积减小，接触电阻增大，接触表面发热严重，产生力和接触面积减小，接触电阻增大，接触

7、表面发热严重，产生局部高温，阴极金属材料中的电子获得动能而逸出成为自由电局部高温，阴极金属材料中的电子获得动能而逸出成为自由电子。子。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-7 3）加速运动加速运动：自由电子，在强电场的作用下，向阳极作自由电子，在强电场的作用下，向阳极作加速运动。加速运动。4）碰撞游离碰撞游离：加速运动获得动能的自由电子在运动中与加速运动获得动能的自由电子在运动中与中性质点发生碰撞，中性质点中的电子获得能量产生跃迁，跳中性质点发生碰撞，中性质点中的电子获得能量产生跃迁，跳到能级更高的轨道上，如果获得的能量足够大，自由电子就能到能级更高的轨道

8、上，如果获得的能量足够大，自由电子就能脱离原子核的束缚，游离成自由电子和正离子。脱离原子核的束缚，游离成自由电子和正离子。5）雪崩雪崩：游离的游离的结结果果导导致触致触头间头间自由自由电电子数量子数量剧剧增增。6）介质击穿产生电弧介质击穿产生电弧：剧剧增的增的电电子子形成电流，介质被击形成电流，介质被击穿而产生电弧。穿而产生电弧。电弧形成小结电弧形成小结自由电子的来源自由电子的来源(即游离方式即游离方式)电极发射大量自由电子：热电子电极发射大量自由电子：热电子+强电场发射强电场发射 弧柱区的气体游离：碰撞游离弧柱区的气体游离：碰撞游离+热游离热游离电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及

9、运行维护电气设备及运行维护2-8电弧的形成电弧的形成其中：阴极发射（起因）其中：阴极发射（起因）碰撞游离（重要因素）碰撞游离（重要因素）击穿击穿（量变到质变）（量变到质变）热游离（主要因素）热游离（主要因素）维持发展维持发展 2电弧的维持与发展电弧的维持与发展 1）由于电弧的）由于电弧的 r 小，电弧形成后，触头间的电压和电场强小，电弧形成后，触头间的电压和电场强度很低，强电场发射停止。度很低，强电场发射停止。2）由于电弧在燃烧过程中温度很高，可达到几千度甚至上）由于电弧在燃烧过程中温度很高，可达到几千度甚至上万度，阴极表面继续进行热电子发射。万度，阴极表面继续进行热电子发射。电气设备及运行维

10、护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-9 3）另一方面介质的分子和原子在高温下将产生强烈的分）另一方面介质的分子和原子在高温下将产生强烈的分子热运动，获得动能的中性质点之间不断地发生碰撞，游离子热运动，获得动能的中性质点之间不断地发生碰撞，游离成自由电子和正离子，此即所谓热游离。成自由电子和正离子，此即所谓热游离。4）热发射和热游离给弧隙提供了大量的自由电子，电流）热发射和热游离给弧隙提供了大量的自由电子，电流继续流过，电弧的燃烧得以维持。继续流过，电弧的燃烧得以维持。3电电弧的熄弧的熄灭灭 1）复合去游离：复合去游离：正离子和负离子相互吸引而中和成为中正离子和负离子相互

11、吸引而中和成为中性质点的过程。性质点的过程。自由电子的自由电子的 v 远大于正离子，它们直接复合的远大于正离子，它们直接复合的可能性很小，往往是自由电子先附着在中性质点上，形成负离可能性很小，往往是自由电子先附着在中性质点上，形成负离子，运动速度大大减慢，此时正离子和负离子更容易复合。子，运动速度大大减慢，此时正离子和负离子更容易复合。2）扩散去游离：扩散去游离：自由电子和正离子逸出电弧而进入周围自由电子和正离子逸出电弧而进入周围介质中，被周围介质冷却而复合的过程。介质中，被周围介质冷却而复合的过程。由于电弧内外的由于电弧内外的电荷浓度电荷浓度及及温差温差的不同，自由电子和正离的不同，自由电子

12、和正离子将向浓度和温度都低的周围介质中扩散，在低温处，电子和子将向浓度和温度都低的周围介质中扩散，在低温处，电子和离子的离子的v减慢而复合成为中性质点。减慢而复合成为中性质点。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-10 影响游离和去游离的因素影响游离和去游离的因素电弧温度：电弧温度：热游离热游离Q 速度速度复合加强复合加强Q 使温度降低的方法有：吹弧、拉长电弧、或与冷却介质表面接触。使温度降低的方法有：吹弧、拉长电弧、或与冷却介质表面接触。电场强度：电场强度：E 运动速度运动速度复合复合 Q热游离热游离气体介质的压力：气体介质的压力：F自由行程缩短自由行程

13、缩短离子浓度离子浓度复合复合 真空数目少真空数目少磁撞游离磁撞游离扩散扩散介质特性：介质特性：包括气体的介电强度、导热系数、热容量、电负荷包括气体的介电强度、导热系数、热容量、电负荷电极材料：电极材料：铜、银、铜钨、银钨合金铜、银、铜钨、银钨合金n具有熔点高、导热能力强、热容量大的特点，可减少热电子发射和弧柱中具有熔点高、导热能力强、热容量大的特点，可减少热电子发射和弧柱中的金属蒸气。的金属蒸气。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-11 游离作用等于去游离作用，新增加的带电质点数量与中和游离作用等于去游离作用，新增加的带电质点数量与中和的数量相等，电弧稳

14、定燃烧。的数量相等，电弧稳定燃烧。游离作用大于去游离作用，电弧燃烧加剧。游离作用大于去游离作用，电弧燃烧加剧。游离作用小于去游离作用，则电弧中的带电质点数量减少，游离作用小于去游离作用，则电弧中的带电质点数量减少，最终导致电弧熄灭。最终导致电弧熄灭。3）电弧的熄灭：电弧的熄灭：电弧的燃烧是由游离过程维持的，但在电弧的燃烧是由游离过程维持的，但在电弧中同时还进行着相反的使带电质点数量减少的去游离过程。电弧中同时还进行着相反的使带电质点数量减少的去游离过程。第二节第二节 交流电弧的特性交流电弧的特性 1 1）电弧电流交变，每半个周期过零一次，此时电弧因失去）电弧电流交变，每半个周期过零一次，此时电

15、弧因失去能量而自然熄灭。能量而自然熄灭。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-12 2 2）由于）由于热惯性热惯性，弧柱温度的变化滞后于快速变化的电流，弧柱温度的变化滞后于快速变化的电流，所以交流电弧的伏安特性是动态的，如图所以交流电弧的伏安特性是动态的，如图2-32-3所示。在电流增所示。在电流增大时，温度来不及增高，弧隙电阻来不及减小；在电流减小时，大时，温度来不及增高，弧隙电阻来不及减小；在电流减小时，温度来不及减小，弧隙电阻来不及增大。故图温度来不及减小，弧隙电阻来不及增大。故图2-3a2-3a中正方向电中正方向电流增大时的曲线在电流减小时的上方。

16、流增大时的曲线在电流减小时的上方。A点是电弧产生时的电压，称为燃弧电压。点是电弧产生时的电压，称为燃弧电压。B点是电弧熄灭时的电压，称为熄弧电压。点是电弧熄灭时的电压，称为熄弧电压。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-13（四）交流电弧熄灭的条件（四）交流电弧熄灭的条件 1）熄灭交流电弧的最佳时机熄灭交流电弧的最佳时机：交流电弧每半周期自然熄灭：交流电弧每半周期自然熄灭是熄灭交流电弧的最佳时机。是熄灭交流电弧的最佳时机。2）在电流过零后，弧隙中存在着两个恢复过程。）在电流过零后，弧隙中存在着两个恢复过程。a)介质强度恢复过程介质强度恢复过程:由于去游离作

17、用的加强，弧隙间的由于去游离作用的加强，弧隙间的介质逐渐恢复其绝缘性能，以耐受的电压介质逐渐恢复其绝缘性能，以耐受的电压Ur(t)表示。表示。b)弧隙电压恢复过程弧隙电压恢复过程:电源电压要重新作用在触头上，弧电源电压要重新作用在触头上，弧隙电压将从熄弧电压逐渐恢复到电源电压，用隙电压将从熄弧电压逐渐恢复到电源电压，用Ud(t)表示。表示。1弧隙介质强度恢复过程弧隙介质强度恢复过程（1）起始介质强度（近阴极效应）起始介质强度（近阴极效应）在电流过零后的在电流过零后的0.1 1s 的短暂时间内的短暂时间内，阴极附近出，阴极附近出现现150 250V的起始介的起始介质质强强度，称度，称为为近阴极效

18、近阴极效应应。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-14 原因原因：在电流过零的瞬间，弧隙电压的极性发生变化，弧：在电流过零的瞬间，弧隙电压的极性发生变化，弧隙中的自由电子立即向新阳极运动，正离子质量大，基本未动，隙中的自由电子立即向新阳极运动，正离子质量大，基本未动，在新阴极附近就形成了只有正电荷的不导电薄层，阻碍阴极发在新阴极附近就形成了只有正电荷的不导电薄层，阻碍阴极发射电子，呈现出一定的介质强度，如图射电子，呈现出一定的介质强度，如图2-4所示。所示。（2）起始介质强度出现后的介质强度的恢复）起始介质强度出现后的介质强度的恢复 这是一个复杂的过程，

19、它与电弧电流、介质特性、冷却条这是一个复杂的过程，它与电弧电流、介质特性、冷却条件和触头分断速度有关。件和触头分断速度有关。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-152弧隙电压恢复过程弧隙电压恢复过程 1）电弧为纯电阻性质电弧为纯电阻性质，电弧电流与弧隙电压同相位，电弧，电弧电流与弧隙电压同相位，电弧电流过零时，弧隙电压接近零；电流过零时，弧隙电压接近零；2）短路时电路电阻很小，电路）短路时电路电阻很小，电路呈感性呈感性，电弧电流与电源电，电弧电流与电源电压不同相位，电弧电流过零时，电源电压不等于零；压不同相位，电弧电流过零时，电源电压不等于零；3）由于电

20、路参数）由于电路参数L、C的存在，电弧熄灭后，弧隙电压不的存在，电弧熄灭后，弧隙电压不可能立刻由熄弧电压上升到电源电压，可能立刻由熄弧电压上升到电源电压，一般一般弧隙恢复电压是一弧隙恢复电压是一个过渡过程。它将从瞬态（振荡）恢复电压逐渐过渡到工频恢个过渡过程。它将从瞬态（振荡）恢复电压逐渐过渡到工频恢复电压。复电压。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-163交流电弧熄灭的条件交流电弧熄灭的条件 电流过零后，电弧能否熄灭取决于两个恢复过程作用的结电流过零后，电弧能否熄灭取决于两个恢复过程作用的结果：果：1）如果弧隙电压恢复过程上升速度较快，幅值较大，弧）如

21、果弧隙电压恢复过程上升速度较快，幅值较大，弧隙电压恢复过程大于弧隙介质强度恢复过程，介质被击穿，电隙电压恢复过程大于弧隙介质强度恢复过程，介质被击穿，电弧重燃，如图弧重燃，如图2-6a所示。所示。2）如果弧隙介质强度恢复过程始终大于弧隙电压恢复过）如果弧隙介质强度恢复过程始终大于弧隙电压恢复过程，则电弧熄灭，程，则电弧熄灭，如如图图2-6b和和2-6c所示。所示。故交流电弧熄灭的条件应为：故交流电弧熄灭的条件应为：Ud(t)Ur(t)电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-17（五）断路器开断短路电流时的弧隙电压恢复过程（五）断路器开断短路电流时的弧隙电压恢

22、复过程 如果能如果能够够采取措施，防止采取措施，防止弧隙恢复电压弧隙恢复电压振振荡荡，将周期性振，将周期性振荡荡特性的恢复特性的恢复电压转变为电压转变为非周期性恢复非周期性恢复过过程，程，电电弧就更容易熄弧就更容易熄灭灭，如，如图图2-6c所示。所示。目的：找出恢复电压不振目的：找出恢复电压不振荡的条件及防止振荡的方法。荡的条件及防止振荡的方法。断路器开断短路电流时的断路器开断短路电流时的电路如图电路如图2 2-7a a所示，其等效电所示，其等效电路如图路如图2 2-7b b所示，所示，R、L为电源为电源和变压器的电阻和电感，和变压器的电阻和电感，C可以可以认为是变压器绕组及连接线对认为是变压

23、器绕组及连接线对地的分布电容，地的分布电容，r为断路器触头为断路器触头并联电阻。并联电阻。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-18 断路器开断短路断路器开断短路电电流流时时的弧的弧隙电压恢复过程相当于二阶电隙电压恢复过程相当于二阶电路过渡过程中，电路过渡过程中，电容容C两端的两端的电压变电压变化化过过程，即。程，即。1 1）熄弧后，从瞬态恢复电压过渡到电源电压的时间很短，）熄弧后，从瞬态恢复电压过渡到电源电压的时间很短，一般不超过几百微秒，可近似认为一般不超过几百微秒，可近似认为电源电压电源电压不变，故电源用不变，故电源用直直流流电电源源U0来代替。来代

24、替。假设与初始条件：假设与初始条件：）i=0时是时间的起点，即时是时间的起点，即t=0如如图图2-7b所示，当开关所示，当开关S闭闭合合时时，有，有 电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-19整理得：整理得：此为二阶常系数线性微分方程，其特征根为此为二阶常系数线性微分方程，其特征根为 当特征根不等时，非齐次通解为当特征根不等时，非齐次通解为当特征根为重根时，非齐次通解为当特征根为重根时，非齐次通解为电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-20当当时，特征根为不等时，特征根为不等负负实根。实根。可解得可解得代入非齐次通解可

25、解得代入非齐次通解可解得电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-21一般一般变压变压器器绕组电绕组电阻阻 ，略去不略去不计计，得，得从上式可以看出，由于从上式可以看出，由于特征根为特征根为负实负实根，故根，故弧隙弧隙电压电压恢复恢复过过程程为为非周期性的非周期性的，如，如图图2-8曲曲线线3所示。所示。一般一般，略去不略去不计计，故上式最大，故上式最大值值不会超不会超过过U0，进进一步化一步化简简得得 忽略忽略R后，特征根后，特征根为为电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-22根据近似根据近似计计算，当算，当x很小很小时

26、时，对上式微分，可得电流过零时的恢复电压上升速度对上式微分，可得电流过零时的恢复电压上升速度(V/s)为为由上式可知，触由上式可知，触头头并并联电联电阻阻r可以降低恢复可以降低恢复电压电压的上升速度，的上升速度，r越小，恢复越小，恢复电压电压的上升速度越低。的上升速度越低。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-23当当时，特征根为共轭复根。时，特征根为共轭复根。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-24将将、代入，得代入，得利用欧拉公式化利用欧拉公式化简简，得，得从式从式(2-11)可以看出，可以看出，1、2为为共共轭

27、轭复根复根时时，弧隙弧隙电压电压恢复恢复过过程程为为衰减的周期性振衰减的周期性振荡过荡过程程，如，如图图2-8曲曲线线2所示，从所示，从图图中曲中曲线线2可以看出，周期性振可以看出，周期性振荡过荡过程的恢复程的恢复电压电压上升速度上升速度较较快，幅快，幅值值较较大，大，给电给电弧的熄弧的熄灭带灭带来困来困难难。如果断路器触头没有装设并联电阻如果断路器触头没有装设并联电阻，即，即r=时，忽略时，忽略R，电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-25 a)周期性振周期性振荡过荡过程中的弧隙恢复程中的弧隙恢复电压电压最大最大值值可达可达2U0，如如图图2-8曲曲线线

28、1所示。所示。当当时时，为为相等的相等的负实负实根根(重根重根)。根据初始条件和公式根据初始条件和公式 及其微分表达式，可求得及其微分表达式，可求得不不计计R，从而得从而得 b)上升速度取固有上升速度取固有振荡频率的半个周期内的平均速度振荡频率的半个周期内的平均速度，由，由 得得电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-26 a)当当 r rcr 时时，弧隙，弧隙电压电压恢复恢复过过程程为为非周期性。非周期性。在断路在断路器触头间并联低值电阻（几欧至几十欧），可以改变弧隙电器触头间并联低值电阻（几欧至几十欧），可以改变弧隙电压恢复过程的上升速度和幅值，压恢复过

29、程的上升速度和幅值，可以将弧隙恢复可以将弧隙恢复电压电压由周期由周期性振性振荡荡特性恢复特性恢复电压转变为电压转变为非周期性恢复非周期性恢复电压电压，大大降低了，大大降低了恢复恢复电压电压的上升速度和幅的上升速度和幅值值，改善了断路器的，改善了断路器的灭灭弧条件弧条件。b)当当 r rcr 时，弧隙电压恢复过程为周期振荡性过程，时，弧隙电压恢复过程为周期振荡性过程，对电弧熄灭不利。对电弧熄灭不利。由由罗罗彼塔法彼塔法则则可知：可知：时时，当当在此种情况下，弧隙在此种情况下，弧隙电压电压恢复恢复过过程仍是非周期性的，但程仍是非周期性的，但处处在在临临界情况。忽略界情况。忽略R，临临界并界并联电联

30、电阻阻值为值为电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-27第三节第三节 熄灭交流电弧的基本方法熄灭交流电弧的基本方法 加强弧隙的去游离、提高介质强度的恢复速度和降低弧加强弧隙的去游离、提高介质强度的恢复速度和降低弧隙电压的上升速度与幅值隙电压的上升速度与幅值，是高压断路器中熄灭电弧的基本，是高压断路器中熄灭电弧的基本方法。方法。1利用灭弧介质利用灭弧介质 在高压断路器中，广泛在高压断路器中，广泛采用去游离作用强的灭弧介质采用去游离作用强的灭弧介质灭弧。灭弧。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-282、利用固体介质的狭缝

31、狭沟灭弧、利用固体介质的狭缝狭沟灭弧 冷却，冷却，表面吸附电子，加强复合。表面吸附电子，加强复合。如：介质纵缝灭弧罩如：介质纵缝灭弧罩 介质填料灭弧管介质填料灭弧管2、利用短弧原理灭弧、利用短弧原理灭弧 交流电路：电流自然过零时，每一短弧有交流电路：电流自然过零时，每一短弧有150250v电压。电压。直流电路：每一短弧的阴极区有直流电路：每一短弧的阴极区有811v电压降。电压降。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-294吹弧吹弧（横吹、纵吹、纵横吹）（横吹、纵吹、纵横吹）吹弧是指利用各种结构形式的灭弧室，使高温分解的气体吹弧是指利用各种结构形式的灭弧室，

32、使高温分解的气体或具有很大压力的新鲜且低温的气体在灭弧室中按特定的通路，或具有很大压力的新鲜且低温的气体在灭弧室中按特定的通路，吹动电弧，加强扩散和复合去游离而使电弧熄灭的方法。吹动电弧，加强扩散和复合去游离而使电弧熄灭的方法。5采用特殊金属材料作灭弧触头采用特殊金属材料作灭弧触头 采用采用铜、钨合金和银、钨合金铜、钨合金和银、钨合金等特殊金属材料作触头。这等特殊金属材料作触头。这些材料在高温下不易熔化和蒸发、抗熔焊，可以减少热电子发些材料在高温下不易熔化和蒸发、抗熔焊，可以减少热电子发射和高温分解产生的金属蒸气，削弱了游离作用。射和高温分解产生的金属蒸气，削弱了游离作用。6提高断路器触头的分

33、离速度提高断路器触头的分离速度 加快断路器触头的分离速度，可以迅速拉长电弧，使弧隙加快断路器触头的分离速度，可以迅速拉长电弧，使弧隙的电场强度骤降，弧隙电阻和电弧的表面积突然增大，电弧的的电场强度骤降，弧隙电阻和电弧的表面积突然增大，电弧的冷却加快，有利于带电质点的扩散和复合去游离。冷却加快，有利于带电质点的扩散和复合去游离。7采用多断口灭弧采用多断口灭弧 电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-30 某些电压等级较高的断路器采用多个灭弧室串联的多断口某些电压等级较高的断路器采用多个灭弧室串联的多断口灭弧方式。灭弧方式。1）多断口将电弧分割成多段，在相同触头

34、行程下，增加）多断口将电弧分割成多段，在相同触头行程下，增加了电弧的总长度，弧隙电阻迅速增大，介质强度恢复速度加快。了电弧的总长度，弧隙电阻迅速增大，介质强度恢复速度加快。2）使每个断口上的恢复电压减小，降低了恢复电压的上）使每个断口上的恢复电压减小，降低了恢复电压的上升速度和幅值，提高了灭弧能力。升速度和幅值，提高了灭弧能力。加装均压电容，来解决加装均压电容，来解决各断口的各断口的电压电压分配不均衡的分配不均衡的问题问题：1）不装均压电容时）不装均压电容时断口等效电容断口等效电容 两断口连接处对地的两断口连接处对地的等效电容：等效电容：电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电

35、气设备及运行维护2-31分配在两断口上的电压为分配在两断口上的电压为(CQ C0)：可以看出，第一个断口的工作条件比第二个要恶劣，如其可以看出，第一个断口的工作条件比第二个要恶劣，如其电弧不能熄灭，电压将全部加在第二断口上，它也将被击穿。电弧不能熄灭，电压将全部加在第二断口上，它也将被击穿。2）在断口上并联均压电容）在断口上并联均压电容C 时，时，C=2000pF，远大于，远大于C0(几十几十pF)，则，则电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-32 可见并联均压电容后，断口上的电压分布均匀，在可见并联均压电容后，断口上的电压分布均匀，在 i 过过零零后，两

36、断口上的后，两断口上的电电弧可以同弧可以同时时熄熄灭灭。8在断路器主触头两端加装低值并联电阻在断路器主触头两端加装低值并联电阻 1)主触头主触头Q1先断开，产生电弧，因有并联电阻，恢复电压先断开，产生电弧，因有并联电阻，恢复电压为非周期性，降低了恢复电压的上升速度和幅值，主触头上的为非周期性，降低了恢复电压的上升速度和幅值，主触头上的电弧很快熄灭。电弧很快熄灭。2)接着断开的接着断开的辅辅助触助触头头Q2，由于，由于r的的限流和限流和阻尼作用，阻尼作用，辅辅助触助触头头上的上的电弧也容电弧也容易熄易熄灭灭。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-33uu定义

37、定义定义定义uu触头的分类和结构触头的分类和结构触头的分类和结构触头的分类和结构第四节第四节 电气触头的基本知识电气触头的基本知识电气触头电气触头电气触头电气触头-即指两个导体或几个导体之间相互接触的部分。即指两个导体或几个导体之间相互接触的部分。即指两个导体或几个导体之间相互接触的部分。即指两个导体或几个导体之间相互接触的部分。主要用来负责接通和断开电路。主要用来负责接通和断开电路。主要用来负责接通和断开电路。主要用来负责接通和断开电路。1.1.按接触面的形式划分按接触面的形式划分按接触面的形式划分按接触面的形式划分（1 1）平面触头）平面触头）平面触头）平面触头-如图如图如图如图2-20a

38、2-20a，通常用于工作电流和短路电流，通常用于工作电流和短路电流，通常用于工作电流和短路电流，通常用于工作电流和短路电流小情况；小情况；小情况；小情况；（2 2）线触头）线触头）线触头）线触头-如图如图如图如图2-20b2-20b，广泛用于高低压开关电器中；，广泛用于高低压开关电器中；，广泛用于高低压开关电器中；，广泛用于高低压开关电器中；（3 3）点触头）点触头）点触头）点触头-如图如图如图如图2-20c2-20c，2.2.按结构形式划分按结构形式划分按结构形式划分按结构形式划分（1 1）可断触头）可断触头）可断触头）可断触头-如如如如QFQF的动静触头，可采用对接式和插入式；的动静触头，

39、可采用对接式和插入式；的动静触头，可采用对接式和插入式；的动静触头，可采用对接式和插入式；（2 2）固定触头）固定触头）固定触头）固定触头-如母线的联接，采用螺如母线的联接，采用螺如母线的联接，采用螺如母线的联接，采用螺 柱连接和柱连接和柱连接和柱连接和 压接两种；压接两种；压接两种；压接两种；（3 3）滑动触头）滑动触头）滑动触头）滑动触头-如滑环与碳刷。如滑环与碳刷。如滑环与碳刷。如滑环与碳刷。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-34u触头的接触电阻触头的接触电阻 接触电阻：接触电阻是指收缩电阻和表面膜电阻之和，接触电阻：接触电阻是指收缩电阻和表面膜

40、电阻之和，接触电阻：接触电阻是指收缩电阻和表面膜电阻之和，接触电阻：接触电阻是指收缩电阻和表面膜电阻之和，其其其其大小决定了触头的大小决定了触头的大小决定了触头的大小决定了触头的 发热、触头的工作情况。发热、触头的工作情况。发热、触头的工作情况。发热、触头的工作情况。触头电阻：接触电阻和触头体电阻之和。触头电阻：接触电阻和触头体电阻之和。触头电阻：接触电阻和触头体电阻之和。触头电阻：接触电阻和触头体电阻之和。影响接触电阻的因素及降低其值的措施：影响接触电阻的因素及降低其值的措施：影响接触电阻的因素及降低其值的措施：影响接触电阻的因素及降低其值的措施：（1 1）触头材料：铜、黄铜、青铜、铜铝过渡

41、接头片等）触头材料：铜、黄铜、青铜、铜铝过渡接头片等）触头材料：铜、黄铜、青铜、铜铝过渡接头片等）触头材料：铜、黄铜、青铜、铜铝过渡接头片等（2 2）接触压力）接触压力）接触压力）接触压力（3 3）接触形式：点、线、面接触的用途）接触形式：点、线、面接触的用途）接触形式：点、线、面接触的用途）接触形式：点、线、面接触的用途（4 4）接触面的加工情况：平而不是光）接触面的加工情况：平而不是光）接触面的加工情况：平而不是光）接触面的加工情况：平而不是光 对电气触头的要求对电气触头的要求对电气触头的要求对电气触头的要求 （1 1）结构可靠结构可靠结构可靠结构可靠 （2 2）由良好的导电性能和接触性能

42、。）由良好的导电性能和接触性能。）由良好的导电性能和接触性能。）由良好的导电性能和接触性能。（3 3）通过规定的电流时，发热温度不超过规定值。）通过规定的电流时，发热温度不超过规定值。）通过规定的电流时，发热温度不超过规定值。）通过规定的电流时，发热温度不超过规定值。（4 4）开断规定容量的电流时有足够的抗熔焊和抗电弧烧伤）开断规定容量的电流时有足够的抗熔焊和抗电弧烧伤）开断规定容量的电流时有足够的抗熔焊和抗电弧烧伤）开断规定容量的电流时有足够的抗熔焊和抗电弧烧伤 能力。能力。能力。能力。（5 5）通过短路电流时，具有足够的动稳定和热稳定。通过短路电流时，具有足够的动稳定和热稳定。通过短路电流

43、时，具有足够的动稳定和热稳定。通过短路电流时，具有足够的动稳定和热稳定。电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-35u触头的工作情触头的工作情况况1、在长期负载电流下的工作、在长期负载电流下的工作 负载电流I触头RcI2Rc 发热 需采用降低温度及提高通流能力、严防金属氧化层造成的恶性循环的方法。2、在短时大电流下的工作、在短时大电流下的工作w在在t很短的瞬间，电流很大很短的瞬间，电流很大会在某一点集聚大会在某一点集聚大热量热量触头的熔焊触头的熔焊 机械强度机械强度 弹力弹力w对策：规定短时发热最高温度限值对策：规定短时发热最高温度限值电气设备及运行维护电气

44、设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-36习题及思考题21 何为电弧？简述断路器触头开断时断口电弧的形何为电弧？简述断路器触头开断时断口电弧的形成过程及由此成过程及由此 而确定的基本灭弧方法。而确定的基本灭弧方法。22 直流电弧稳定燃烧的条件为何？灭弧栅何灭弧室直流电弧稳定燃烧的条件为何？灭弧栅何灭弧室在灭弧原理上由何差别？在灭弧原理上由何差别？23 交流电弧电流有何特点？熄灭交流电弧的条件是交流电弧电流有何特点？熄灭交流电弧的条件是什么？什么？24 什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？它们与哪些因素有关？它们与哪些因素有关？25 在直流电弧和交流电弧中，将长电弧分割成短电在直流电弧和交流电弧中，将长电弧分割成短电弧灭弧室利用了什么原理？弧灭弧室利用了什么原理？26 电气触头主要有哪几种接触形式？各有什么特点电气触头主要有哪几种接触形式？各有什么特点？27 如果电气触头发生振动是什么原因造成的？有什如果电气触头发生振动是什么原因造成的？有什么危害？么危害？