1.1开关电器中的电弧73263.ppt

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1、开始上课啦开始上课啦!概述概述 General introductionGeneral introduction 一一.发电厂和变电所的作用发电厂和变电所的作用Action of power plant and substationAction of power plant and substation二二.本门课主要内容本门课主要内容Main content of the text-booksMain content of the text-books三三.本门课的作用本门课的作用Action of the classAction of the class 四四.参考资料参考资料The re

2、ference booksThe reference books 一、一、发电厂和变电所的作用发电厂和变电所的作用1.1.发电厂：生产电能，并通过升压站将电发电厂：生产电能，并通过升压站将电能提高到一定高的电压等级。能提高到一定高的电压等级。2.2.降压变电所：传输电能并改变电压（降降压变电所：传输电能并改变电压（降压），直至达到负荷所需要的电压。压），直至达到负荷所需要的电压。发电厂变压器二、二、本门课程的主要内容本门课程的主要内容 1.高压开关电器高压开关电器2.互感器互感器3.电气主接线电气主接线4.发电厂和变电所的自用电发电厂和变电所的自用电5.配电装置配电装置6.电气设备的选择电气设

3、备的选择7.发电厂和变电所的控制与信号发电厂和变电所的控制与信号三、三、本门课程的作用本门课程的作用 在在完完成成电电路路、电电机机学学、电电力力系系统统分分析析课课程程学学习习的的基基础础上上，通通过过本本门门课课程程的的学学习习，使使学学生生了了解解和和掌掌握握发发电电厂厂变变电电所所电电气气部部分分的的组组成成；高高压压开开关关电电器器的的基基本本结结构构、工工作作原原理理及及其其选选择择；电电气气主主系系统统的的基基本本接接线线原原理理；高高压压配配电电装装置置的的基基本本结结构构形形式式；发发电电厂厂变变电电所所的的控控制制与与信信号号部部分分。该课程是本专业最为重要的专业课之一。该

4、课程是本专业最为重要的专业课之一。四、四、参考资料参考资料1.1.发电厂电气部分中国电力出版社发电厂电气部分中国电力出版社 熊信银熊信银 2.2.发电厂电气部分中国电力出版社发电厂电气部分中国电力出版社 姚春球姚春球 3.3.电力系统工程上海电力学院电力系统工程上海电力学院 陆敏政陆敏政 4.4.电力工程设计手册电力工程设计手册 西北电力设计院西北电力设计院第一章第一章 高压开关电器高压开关电器 High-tension switchesHigh-tension switches 1.1 1.1 开关电器中的电弧开关电器中的电弧 Arc in switchesArc in switches l

5、一一.电弧的产生和维持电弧的产生和维持lProduct and standing Product and standing of arcof arcl二二.电弧的熄灭电弧的熄灭lFlameout of arcFlameout of arcl三三.交流电弧的特性和熄灭条件交流电弧的特性和熄灭条件lThe characteristic of alternating arc and the The characteristic of alternating arc and the condition of flameoutcondition of flameout l四四.熄灭交流电弧的常用方法熄灭

6、交流电弧的常用方法lConventional methods of flameout Conventional methods of flameout alternating arcalternating arc一、一、电弧的产生和维持电弧的产生和维持l电电弧弧:一种气体的游离放一种气体的游离放电现电现象象.l游游离离:使使电电子子从从围围绕绕原原子子核核运运动动的的轨轨道道中中解解脱脱出出来，成为自由电子。来，成为自由电子。l电电弧弧放放电电:触触头头之之间间的的气气体体因因为为游游离离而而形形成成大大量量的的自自由由电电子子(带带负负电电荷荷)和和正正离离子子(带带正正电电荷荷)，产产生光

7、和热，变为导电状态。生光和热，变为导电状态。电弧中自由电子的来源电弧中自由电子的来源l（1 1）热电子发射）热电子发射 l（2 2）强电场发射）强电场发射 l（3 3）电场游离）电场游离l（4 4）热游离）热游离l结论结论：在断路器触：在断路器触头间头间隙中，隙中，由热电子发射由热电子发射 和和强强电电场场发发射射产产生生电电子子，由由电电场场游游离离产产生生电电弧弧，由由热热游离游离维维持持电电弧燃弧燃烧烧。电极触头分离发射自由电子示意图电极触头分离发射自由电子示意图 二二.电弧的熄灭电弧的熄灭l电弧的熄灭是电弧区域内已电离的质点不断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。

8、发生去游离的结果。l（1 1）复合：）复合：异号带电质点的电荷发生中和。异号带电质点的电荷发生中和。l（2 2）扩散：）扩散：自由电子和正离子从电弧区逸出，到达电弧自由电子和正离子从电弧区逸出，到达电弧 区以外。区以外。1.1.气体介质的温度气体介质的温度 2.2.气体介质的压力气体介质的压力 3.3.触头之间的外加电压触头之间的外加电压 4.4.触头之间的开断距离触头之间的开断距离 5.5.触头之间的介质种类触头之间的介质种类 6.6.开关电器的触头材料开关电器的触头材料 影响游离作用的物理因素影响游离作用的物理因素影响复合和扩散的物理因素影响复合和扩散的物理因素 （1 1）游离质点的密度）

9、游离质点的密度 （2 2）电弧的温度）电弧的温度 （3 3）电弧区的气体压力）电弧区的气体压力 （4 4）电弧区的质点密度）电弧区的质点密度三三.交流电弧的特性和熄灭条件交流电弧的特性和熄灭条件 1.交流电弧的特性交流电弧的特性(1)(1)电弧电流数值随时间变动，电弧的功率也电弧电流数值随时间变动，电弧的功率也跟随电弧电流变动跟随电弧电流变动。(2)(2)电弧有热惯性。电弧有热惯性。(3)(3)交交流流电电流流每每隔隔半半个个周周期期要要经经过过零零值值一一次次，称为称为“自然过零自然过零”。2.弧隙介质强度恢复过程弧隙介质强度恢复过程v弧隙从导电状态转变成绝缘状态所经弧隙从导电状态转变成绝缘

10、状态所经历的过程。历的过程。v近阴极效应：当电弧电流自然过零后近阴极效应：当电弧电流自然过零后,在极短时间内在极短时间内(约约0.11.0s)，弧隙，弧隙就立刻出现就立刻出现150250伏的起始介质强伏的起始介质强度的现象。度的现象。近阴极效应l电弧电流过零后，电弧电流过零后，电极极性改变时，弧隙电极极性改变时，弧隙 中剩余带电质点的运动方向随之改变。电中剩余带电质点的运动方向随之改变。电 极极性改变的瞬间，质量较轻的自由电子极极性改变的瞬间，质量较轻的自由电子 因带负电荷迅速转向新的正极；而此时质因带负电荷迅速转向新的正极；而此时质 量比电子大得多的正离子虽然因带正电运量比电子大得多的正离子

11、虽然因带正电运 动方向也要改变，但由于惯性较大，来不动方向也要改变，但由于惯性较大，来不 及改变运动方向，还停留在原处未动。及改变运动方向，还停留在原处未动。近阴极效应l这就使新阴极附近被正的这就使新阴极附近被正的空间电荷充满，缺少导电空间电荷充满，缺少导电的自由电子，这样就使阴的自由电子，这样就使阴极附近出现了介质强度。极附近出现了介质强度。在极短时间内在极短时间内(约约O.1O.11.0s)1.0s)，弧隙介质强度弧隙介质强度将达到将达到150150250250V V。影响介质强度恢复速度的物理因素影响介质强度恢复速度的物理因素 （1 1）弧隙温度）弧隙温度 （2 2）弧隙介质的特性）弧隙

12、介质的特性 （3 3）灭弧介质的压力）灭弧介质的压力 （4 4）断路器跳闸时，触头的分断速度）断路器跳闸时，触头的分断速度 3.弧隙电压恢复过程弧隙电压恢复过程l弧隙恢复电压的变化规律分两种情况弧隙恢复电压的变化规律分两种情况l（1 1）弧隙恢复电压按弧隙恢复电压按指数规律变化指数规律变化;l（2 2）弧隙恢复电压呈现周期性振荡的变化规律。）弧隙恢复电压呈现周期性振荡的变化规律。弧隙恢复电压的特点弧隙恢复电压的特点l（1 1）周周期期性性振振荡荡的的恢恢复复电电压压最最大大值值，较较指指数数规规律律的的恢恢复复电电压压最最大大值值大大得得多多。所所以以周周期期性性振振荡荡的的恢恢复复电电压压更

13、更容容易易发生再击穿现象发生再击穿现象。l（2 2）振荡型恢复电压的上升速率，比指数规律恢复电压）振荡型恢复电压的上升速率，比指数规律恢复电压的上升速率大得多，振荡频率越大，恢复电压的上升速的上升速率大得多，振荡频率越大，恢复电压的上升速率也越大。因此，振荡型恢复电压可能很快超过弧隙介率也越大。因此，振荡型恢复电压可能很快超过弧隙介质强度，造成电弧重新燃烧。质强度，造成电弧重新燃烧。热击穿热击穿l热击穿：电弧电流过零后短时间内，若弧隙温度仍然保热击穿：电弧电流过零后短时间内，若弧隙温度仍然保持在持在30000K40000K以上以上，使残余电流比较大，电源，使残余电流比较大，电源输入弧隙的能量大

14、于弧隙散发到外界的热量，那么，弧输入弧隙的能量大于弧隙散发到外界的热量，那么，弧隙导电性将越来越强，最终导致电弧重燃。隙导电性将越来越强，最终导致电弧重燃。电击穿电击穿l如果恢复电压增如果恢复电压增大很快，超过介大很快，超过介质强度增加速度，质强度增加速度，而且恢复电压数而且恢复电压数值大于介质强度，值大于介质强度，就要发生再击穿，就要发生再击穿，使电弧重燃。使电弧重燃。4.4.交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件在交流电流过零，电弧自然熄灭后，若加在交流电流过零，电弧自然熄灭后，若加强弧隙的冷却，不发生热击穿；同时加强强弧隙的冷却，不发生热击穿；同时加强去游离作用，使弧隙的介质强度恢复数值去

15、游离作用，使弧隙的介质强度恢复数值始终大于加在弧隙两端的恢复电压，弧隙始终大于加在弧隙两端的恢复电压，弧隙不会发生电击穿，则电弧不会重燃。不会发生电击穿，则电弧不会重燃。交流电弧重燃和熄灭的示意图交流电弧重燃和熄灭的示意图四四.熄灭交流电弧的常用方法熄灭交流电弧的常用方法 l(1)(1)拉长电弧拉长电弧l(2)(2)油吹灭弧油吹灭弧l(3)(3)压缩空气吹弧压缩空气吹弧l(4)(4)用用SFSF6 6气体灭弧气体灭弧l(5)(5)真空灭弧真空灭弧l(6)(6)磁吹灭弧磁吹灭弧l(7)(7)用窄缝灭弧用窄缝灭弧l(8)(8)长电弧截成多段串联的短电弧长电弧截成多段串联的短电弧磁吹线圈灭弧原理磁吹线圈灭弧原理l11磁吹铁心；磁吹铁心；l22磁吹线圈；磁吹线圈；l33静触头；静触头；l44动触头；动触头；l55灭弧片；灭弧片；l66灭弧罩灭弧罩l77电弧移动位置电弧移动位置用灭弧栅熄灭电弧用灭弧栅熄灭电弧l1灭弧栅片；l2电弧；l3电弧移动位置；l4静触头；l5动触头 多断口串联灭弧多断口串联灭弧1静触头；2动触头；3电弧；4导电横担；5提升杆