开关电器典型灭弧装置的工作原理.doc

开关电器典型灭弧装置的工作原理教学基本内容：Ø 开关电器典型灭弧装置的工作原理Ø 提高灭弧装置开断能力的辅助措施 概述当电源电压超过数十伏、开断电流在数十安以上时，为减少电弧对触头的烧损和限制电弧扩展的空间，一般需要采用加强灭弧能力的措施，为此而采用的装置称为灭弧装置 这些灭弧装置的灭弧原理重要有下列十几种： 1．简朴开断； 2．磁吹线圈； 3．纵缝灭弧装置； 4．绝缘栅片灭弧装置； 5．金属栅片灭弧装置； 6．固体产气灭弧装置，7．石英砂灭弧装置； 8．变压器油灭弧装置； 9．压缩空气灭弧装置； 10．SF6灭弧装置； 11．真空灭弧装置此外，为了增长灭弧装置的开断能力，一般可以采用下列辅助措施： 1．在弧隙两瑞并联电阻； 2. 附加同步开断装置； 3．附加晶闸管装置上述灭弧装置的灭弧原理是： (1) 在大气中依托触头分开时的机械拉长，使L增大； (2) 运用流过导电回路或特制线圈的电流在燃弧区产生磁场，使电弧迅速移动和拉长； （3）依托磁场的作用，将电弧驱入用耐弧材料制成的狭缝中，以加强电弧的冷却和消电离； (4) 用金属板将电弧分隔成许多串联的短弧；(5) 在封闭的灭弧室中，运用电弧自身能量分解固体材料，产气愤体，以提高灭弧室中的压力，或者运用产生的气体进行吹弧； (6) 运用电弧自身能量，使变压器油分解成具有大量氢气的气体并建立起很高的压力，再运用此压力推动冷油和气体去吹弧； (7) 运用压缩空气吹弧； (8) 运用SF6气体吹弧； (9) 在高真空中开断触头，运用弧隙中由电极金属蒸汽形成的弧柱在电流过零时迅速扩散的原理进行灭弧； (10) 运用石英砂等固体颗粒介质，限制电弧直径的扩展和加强冷却。

开关电器典型灭弧装置的工作原理一、拉长电弧 （1）大气中，运用机械拉长电弧方式的原理与图例 电弧放长后，电弧电压就增大，其静态伏——安特性向上移动 如下图示，除依托触头分开拉长电弧以外，还可依托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(亦称切向)拉长电弧，后者是沿着垂直于弧轴的方向(亦称法向)拉长电弧 依托拉长电弧使之正好熄灭的最短长度，称为临界长度，记为Llj刀开关拉长电弧的例子 (2) 运用流过导电回路的特制线圈的电流在燃弧期间产生磁场，使电弧迅速移动和拉长下图的b还增长了引弧角二、磁吹灭弧： 可用于低压直流和交流接触器中对后者，为减少涡流损耗和避免由于钢夹板中磁通与电弧电流相位不同而产生反向电动力，铁心2上可开一槽8(如图5-4所示)或者用硅钢片叠成当铁心不饱和时，如果磁吹线圈的开断大电流时产生的磁场合适，则在开断小电流时将因电动力过小而引起吹弧困难固然，也可以设计成磁吹线圈在开断小电流时产生的磁场合适 但这样做，一方面将使磁吹线圈的匝数增长，增大了线圈体积和多用有色金属；另一方面将使开断大电流时产生的磁场过强，过强的磁场不仅会使燃弧区扩展过大和容易产生不能容许的过电压，并且由于由于在触头刚分瞬间，触头间形成的熔化金属桥也许被过大的电动力驱赶到接触区以外去，使得触头的电磨损大大增长。

为缓和上述矛盾，可以通过合适选择磁吹线圈的匝数以及铁心和钢夹板的截而积，使得开断小电流时磁场加强，在开断大电流时则由于磁路饱和而磁场不致过强这样，电弧所受到的电动力将不再随开断电流成平方倍数地增长三、 纵缝灭弧装置 所谓纵缝就是灭弧室的缝隙方向与电弧的轴线平行 此灭弧装置的工作原理是运用磁吹线圈产生的磁场将电弧驱入耐弧绝缘材料(石棉、水泥、陶土等)制成的具有纵缝的灭弧室中进行灭弧它既可用于熄灭直流电弧，也可用于熄灭交流电弧 按缝隙的尺寸和形式，它们又分两种，如图5-5所示图5-5a表达一单纵缝灭弧装置的原理构造图中，1为用耐弧绝缘材料制成的灭弧室壁，2为磁吹线圈的钢夹板，3为电弧一般上部缝宽不不小于熄灭电弧的直径由图5-6可见，当电流增大（横坐标向右）时，纵缝灭弧装置中电弧的“伏—安特性”随电弧电流增长而下降的限度比自由燃弧时的“伏—安特性”下降限度要缓得多；特别当电流很大时，E可以觉得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“伏—安特性”也将升高，这表白灭弧能力也随之增强 采用多纵缝可以减小电弧进入上部窄缝的阻力，在驱动电弧运动的电磁力给定期，可以采用比单纵缝灭弧室更小的缝隙。

这使灭弧空壁对电弧的冷却和消电离作用更强多纵缝灭弧装置广泛用于低压接触器中 四、绝缘栅片灭弧装置灭弧装置如图5-8所示 其中，灭弧室l中装有用耐弧绝缘材料制成的几片绝缘栅片2，栅片的边沿和电弧3的轴线垂直当开断电流时，在触头4和5之间产生的电弧在导电回路的磁场作用下向上运动由于受到绝缘栅片的阻挡，电弧弯曲成如图5-9中A~G曲线所示的形状当磁场的方向为垂直于纸面向里时，电弧AB、BC和CD段所受的电动力都使电弧压向绝缘栅片顶部，增大与栅片表面的接触面积，从而加强了电弧的冷却和消电离作用；而DE段所受的电动力使电弧向上拉长，更加进一步栅片间隙和增长电弧与绝缘栅片的接被面积除此以外，电弧AB段和CD段互相作用产生一相吸电动力、CD段和EF段互相作用产生一相斥电动力，使AB、CD和EF段压向绝缘册片；CD段和EF段对DE段互相作用也产生一相斥电动力，使DE段向上运动这种灭弧装置充足运用了电弧自身磁场产生的电动力在电弧进入栅片之后，电弧电压变高图5-11表达厚为2mm、片距5mm的平板形栅片的灭弧装置开断350A电流时，介质初始恢复强度Ujf0和Kjf与n变化的关系是不成比例其因素，是电弧进入栅片提成诸多短弧后，它们在灭弧室中的运动速度不同、运动方向也不同。

五、金属栅片(又称去离子栅)灭弧装置：这种灭弧装置的原理构造如图5-10 a所示灭弧室1内部有许多由厚度为2~3mm钢板冲成的横向栅片2栅片外表面镀铜以增大传热能力和避免钢片生锈每一栅片冲有三角形的缺口栅片缺口错开的作用为减少电弧初始遇到的栅片数，从而减少进入的阻力在电弧进入栅片之后，电弧电压变为金属栅片灭弧装置既能用于熄灭直流电弧，也能用于熄灭交流电弧当熄灭直流电弧时：图5-11表达厚为2mm、片距5mm的平板形栅片的灭弧装置开断350A电流时，介质初始恢复强度Ujf0和Kjf与n变化的关系是不成比例其因素，是电弧进入栅片提成诸多短弧后，它们在灭弧室中的运动速度不同、运动方向也不同金属栅片灭弧装置广泛用于低压开关电器中其重要缺陷是灭弧室除电弧能量损耗之外，尚有栅片中电阻、磁滞和涡流引起的损耗加之栅片间隙较小，阻碍了热量的散发这些都使灭弧室的温度容易升向，从而引起灭弧条件恶化因此，这种灭弧装置不合用于过度频繁操作的场合六、固体产气灭弧装置某些固体绝缘材料如钢纸(亦称反白)、有机玻璃等，在电弧的高温作用下能迅速气化，产生大量重要成分为氢及其化合物的气体运用这些材料的产气性质进行灭弧的灭弧装置称为固体产气灭弧装置。

图5-13是运用串联短弧和高气压两种方式灭弧其中，钢纸管在电弧的高温作用下分解，产气愤体，使压力提高 如图5-14所示，灭弧期间管内的压力可达4.8MPa 图5-15是运用产气原理提高气压，再运用气压进行灭弧的高压跌落式熔断器熔管的原理构造图 当短路电流通过时，熔丝3被熔断产生电弧，于是弹簧6长度缩短，电弧被迅速拉长同步，电弧的高温使钢纸分解产生大量的气体，管内压力迅速升高，这一压力推动软线5加速向右运动，从而也加速电弧的拉长和压力的升高当软线5被推出钢纸管8后来，管内的高压气体向外冲出，进行纵向吹弧，使电弧熄灭七、石英砂灭弧装置：运用石英砂限制弧柱的扩展并冷却电弧使之熄灭的装置，叫做石英砂灭弧装置当熔片的狭颈熔断、气化形成几种串联的短弧后，这些短弧继续将熔片的狭颈部分气化由于熔片气化后让出的空间很小，每一短弧都相称于在石英砂包围的狭缝中燃烧，它由于和石英砂紧密接触而受到强烈冷却同步由于熔片4金属从固态变为气态后，体积受局部石英砂的限制不能自由膨胀，于是在燃弧区形成很高的压力，此压力推动弧隙中电离气体迅速向石英砂缝隙中扩散，并在缝隙中受到冷却和消游离，这就大大加强了对弧隙的冷却作用。

石英砂熔断器釆用了多断口串联、提高弧隙中气压以加强电离气体的扩散作用，以及运用狭缝冷却电弧共三种灭弧原理，因此它的灭弧能力强，限流作用非常明显熔管1用瓷制成，2和3分别为端盖和接线板当熔片的狭颈熔断、气化形成几种串联的短弧后，这些短弧继续将熔片的狭颈部分气化由于熔片气化后让出的空间很小，每一短弧都相称于在石英砂包围的狭缝中燃烧，它由于和石英砂紧密接触而受到强烈冷却同步由于熔片4金属从固态变为气态后，体积受局部石英砂的限制不能自由膨胀，于是在燃弧区形成很高的压力，此压力推动弧隙中电离气体迅速向石英砂缝隙中扩散，并在缝隙中受到冷却和消游离，这就大大加强了对弧隙的冷却作用石英砂熔断器釆用了多断口串联、提高弧隙中气压以加强电离气体的扩散作用，以及运用狭缝冷却电弧共三种灭弧原理，因此它的灭弧能力强，限流作用非常明显八、变压器油灭弧装置1、分类：自能式：运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动油或油气进行吹弧外能式：运用外界能量(一般是储存在弹簧中的能量)推动活塞，提高灭弧室中的压力以驱动油或油气进行灭弧混合式：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 2、虽然在油中简朴地位长电弧，其灭弧能力也比在大气中拉长电弧高得多。

这是由于： (1) 油气的重要成分是氢，它在所有气体中具有最高的导热系数和最小的粘度，这就使弧柱的热量容易散发2) 在电弧的高温作用T，油的气化和分解过程非常剧烈油气形成后由于受到周边冷油的阻碍，体积不能迅速膨胀，因而气泡中压力很高，一般可达（0.5~1）MP3) 在熄灭交流电弧过程中，当电流增大时，电弧的功率增大，油气的形成加剧，气泡中油气温度增高和压力上升在压力较高的状况下，气泡壁处油的沸点升高，处在过热状态当电流减小特则是过零附近时，由于电弧功率减小，油气产生的速度下降，但气泡在压力作用下仍继续膨胀，成果引起气泡中油气的温度和压力迅速减少此时气泡壁处油的沸点下降，处在过热状态的油剧烈气化由于气泡壁各处油的气化速度不一致，在气泡内就形成了压力差此压力差促使油气产生混乱的运动，使刚刚形成的温度较低的油气进入弧柱中，加强了弧柱的冷却．(4) 在某些状况下，还可运用被开断电流产生的电动力使电弧弯曲和接近气泡壁，加强对弧柱的冷却作用按照油或油气与电弧泎用的方式，自能吹弧灭弧装置又可分为横吹，纵吹．纵横吹和环吹四种 开断电流越大，则单位时间内产生的气体越多，灭弧室内压力越高，吹弧力量越强，于是燃弧时间越短；当开断较小电流时，灭弧室内压力越低，吹弧力量削弱，燃弧时间。