第三章灭弧原理及主要开关电器 本章主要内容 >电弧的形成和熄灭 >切断交流电路时电压的恢复过程 >交流电弧熄灭的基本方法 >高压断路器原理及主要结构 >特高压断路器和智能断路器 >高压断路器操动机构
第三章 灭弧原理及主要开关电器 本章主要内容 电弧的形成和熄灭 切断交流电路时电压的恢复过程 交流电弧熄灭的基本方法 高压断路器原理及主要结构 特高压断路器和智能断路器 高压断路器操动机构
第一节电弧的形成和熄灭 1、概念：在触头开断有一定电 静触头 压和电流的电路时，触头间产 阳极区 生强烈而又刺眼的亮光的现象。 弧柱区 能量集中，温度很高，亮度很强 阴极区 三部分组成：阴极区、阳极区和弧柱区 动触头 2、产生条件 电源电压>10-20V,电流>80~100mA 动静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧，此时，触头虽 已分开，但是电路中的电流还在继续流通。只有电弧熄灭， 电路才被真正断开
第一节 电弧的形成和熄灭 2、产生条件 电源电压＞10~20V， 电流＞80~100mA 动静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧，此时，触头虽 已分开，但是电路中的电流还在继续流通。只有电弧熄灭， 电路才被真正断开。 1、概念：在触头开断有一定电 压和电流的电路时，触头间产 生强烈而又刺眼的亮光的现象。 ＋ － 静触头 阳极区 弧柱区 阴极区 动触头 能量集中，温度很高，亮度很强 三部分组成：阴极区、阳极区和弧柱区 电压 气体 弧能迅速移动、伸长或 电弧的危害： （ 化点，可能 （ 如烧坏瓷绝缘的表面，甚至完全损坏，或者使有机材料碳化， 以致失去绝缘性能。 （ 统事故，威胁电力系统安全运行
第一节电弧的形成和熄灭 一、 电弧的形成和弧隙中介质的游离过程 静触头 触头的周围原本是空气或其它绝缘介质。 阳极区 为什么在动静触头分离瞬间会变成导电的 弧柱区 电弧呢？ 必原因：在绝缘介质中出现了大量的自由 阴极区 电子。 动触头 气态介贡或固态、液态介质高温气化后 向等离子体态的转化过程 电弧的形成与维持的三个阶段过程：电子发射，碰撞游离，热游离
第一节 电弧的形成和熄灭 ＋ － 静触头 阳极区 弧柱区 阴极区 动触头 一、电弧的形成和弧隙中介质的游离过程 触头的周围原本是空气或其它绝缘介质。 为什么在动静触头分离瞬间会变成导电的 电弧呢？ 原因：在绝缘介质中出现了大量的自由 电子。 气态介质或固态、液态介质高温气化后 向等离子体态的转化过程 电弧的形成与维持的三个阶段过程：电子发射，碰撞游离，热游离
第一节电弧的形成和熄灭 一、电弧的形成和弧隙中介质的游离过程 1.电子发射（起因) A、强电场发射 动静触头分离时，触头间的间隙很小，触头间会形成很高的电 场强度，将阴极触头金属表面中的自由电子从中拉出来。其数 量取决于电场强度的大小。最初产生电子的主要原因 B、热电子发射 触头分离的瞬间，接触电阻突然加大而产生高温及电孤燃烧， 使阴极表面受热会出现强烈的炽热点，阴极将会不断地发射出 电子。其数量取决于触头材料和表面温度
第一节 电弧的形成和熄灭 一、电弧的形成和弧隙中介质的游离过程 1.电子发射（起因） A、强电场发射 动静触头分离时，触头间的间隙很小，触头间会形成很高的电 场强度，将阴极触头金属表面中的自由电子从中拉出来。其数 量取决于电场强度的大小。最初产生电子的主要原因 B、热电子发射 触头分离的瞬间，接触电阻突然加大而产生高温及电弧燃烧， 使阴极表面受热会出现强烈的炽热点，阴极将会不断地发射出 电子。其数量取决于触头材料和表面温度
第一节电弧的形成和熄灭 一、电弧的形成和弧隙中介质的游离过程 2.碰撞游离（电弧形成） 阴极表面发射出的电子和弧隙中原有的少数电子在强电场 能的作用下，向阳极方向运动，并不断地与其它粒子（如气体 原子、分子)发生碰撞，将中性粒子中的电子击出，游离成正 离子和新的自由电子，新产生的电子也向阳极加速运动，同样 也会使它所碰撞的中性质点游离。 碰撞游离连续进行就可能导致在触头间充满了电子和离子，从而介质 被击穿，电流急剧增大，从而形成电弧
第一节 电弧的形成和熄灭 一、电弧的形成和弧隙中介质的游离过程 2.碰撞游离（电弧形成） 阴极表面发射出的电子和弧隙中原有的少数电子在强电场 能的作用下，向阳极方向运动，并不断地与其它粒子(如气体 原子、分子)发生碰撞，将中性粒子中的电子击出，游离成正 离子和新的自由电子，新产生的电子也向阳极加速运动，同样 也会使它所碰撞的中性质点游离。 碰撞游离连续进行就可能导致在触头间充满了电子和离子，从而介质 被击穿，电流急剧增大，从而形成电弧
观看演示D 0
第一节 电弧的形成和熄灭 一、电弧的形成和弧隙中介质的游离过程
第一节电弧的形成和熄灭 一、电弧的形成和弧隙中介质的游离过程 3.热游离（维持电弧燃烧） 电弧形成后，触头间电压立刻降低，但弧柱的温度很高。 具有足够动能的中性质点不规则热运动速度增加，互相碰撞游 离出电子和正离子的现象。可以维持电弧的燃烧
第一节 电弧的形成和熄灭 一、电弧的形成和弧隙中介质的游离过程 3.热游离（维持电弧燃烧） 电弧形成后，触头间电压立刻降低，但弧柱的温度很高。 具有足够动能的中性质点不规则热运动速度增加，互相碰撞游 离出电子和正离子的现象。可以维持电弧的燃烧
第一节电弧的形成和熄灭 二、电弧间隙的去游离 电弧中发生游离的同时，还进行着使带电质点减少的复合 和扩散的去游离过程。 1.复合去游离 复合是指正离子和负离子互相吸引，结合在一起，电荷互相中 和的过程。 情况1：因电子质量小，易于加速，其运动速度约为正离子的1000倍， 所以电子与正离子直接复合几率很小。通常，电子在碰撞时，先附在中性 质点上形成负离子，速度大大减慢。 、中性粒子 情况2：电子先被固体介质表面（狭缝壁） 电了 负离子 吸附后，再被正离子捕获成为中性质点。 复合广 复合速率：正比于带电质点的体积浓度； ○中性粒子 反比与电孤直径的平方。 ⊕ 正离子
第一节 电弧的形成和熄灭 二、电弧间隙的去游离 电弧中发生游离的同时，还进行着使带电质点减少的复合 和扩散的去游离过程。 1. 复合去游离 复合是指正离子和负离子互相吸引，结合在一起，电荷互相中 和的过程。 情况1：因电子质量小，易于加速，其运动速度约为正离子的1000倍， 所以电子与正离子直接复合几率很小。通常，电子在碰撞时，先附在中性 质点上形成负离子，速度大大减慢。 情况2：电子先被固体介质表面（狭缝壁） 吸附后，再被正离子捕获成为中性质点。 复合速率：正比于带电质点的体积浓度； 反比与电弧直径的平方。 措施 热运动
第一节电弧的形成和熄灭 二、电弧间隙的去游离 电弧中发生游离的同时，还进行着使带电质点减少的复合 和扩散的去游离过程。 2.扩散去游离 扩散是指带电质点从电弧内部逸出而进入周围介质中的现象。 扩散去游离有两/三种形式：浓度扩散温度扩散+吹弧扩散 口温度扩散：由于电弧和周围介质间存在很大温差，使得电弧中的高温带 电质点向温度低的周围介质中扩散，减少了电弧中的带电质点； 口浓度扩散：这是因为电弧和周围介质存在浓度差，带电质点就从浓度高 的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中的带电质点减少。反比与电弧直 径 口利用吹弧扩散：在断路器中采用高速气体吹弧，带走电弧中的大量带电 质点，以加强扩散作用
第一节 电弧的形成和熄灭 二、电弧间隙的去游离 电弧中发生游离的同时，还进行着使带电质点减少的复合 和扩散的去游离过程。 2. 扩散去游离 扩散是指带电质点从电弧内部逸出而进入周围介质中的现象。 扩散去游离有两/三种形式：浓度扩散 温度扩散 +吹弧扩散 温度扩散：由于电弧和周围介质间存在很大温差，使得电弧中的高温带 电质点向温度低的周围介质中扩散，减少了电弧中的带电质点； 浓度扩散：这是因为电弧和周围介质存在浓度差，带电质点就从浓度高 的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中的带电质点减少。反比与电弧直 径 利用吹弧扩散：在断路器中采用高速气体吹弧，带走电弧中的大量带电 质点，以加强扩散作用
第一节电弧的形成和熄灭 二、电弧间隙的去游离 ·游离过程>去游离过程：电弧电流增大，炽热燃烧 ·游离过程=去游离过程：电弧电流不变，稳定燃烧 ▣游离过程<去游离过程：电弧电流减小，最终熄灭 开关电气设备中，都采用各种措施加强去游离/削弱游离过程。 从等离子体观点来看，也就是控制温度，使触头间的介质由等离子体态转化为 其它物态
第一节 电弧的形成和熄灭 二、电弧间隙的去游离 游离过程＞去游离过程：电弧电流增大，炽热燃烧 游离过程＝去游离过程：电弧电流不变，稳定燃烧 游离过程＜去游离过程：电弧电流减小，最终熄灭 开关电气设备中，都采用各种措施加强去游离/削弱游离过程。 从等离子体观点来看，也就是控制温度，使触头间的介质由等离子体态转化为 其它物态