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第3章电弧理论第3章电弧及电气触头的基本理论教学要求:掌握电弧的形成及熄灭条件，熟悉电弧形成的物理过程、特性；掌握直流电弧及交流电弧的特性及熄灭条件;掌握开关电器常用的熄弧方法；了解电气触头的类型、工作条件；掌握接触电阻的形成、发展、后果及降低措施3.1电弧的形成和熄灭概述电弧——为一种气体游离放电现象现象：开关电器开断电路时，触关间产生的耀眼的白光△电弧的存在说明电路中有电流，只有当电弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质时，电路才算断开特征:①电弧的能量集中，温度报高，亮度很强例：lOkvQF断开20kv的电流，电弧功率达到一万kw以上EMBEDAutoCAD.Drawing.14②电弧由阴级区，阳极区和弧柱区组成弧柱处温度最高，可达6〜7koe到1万度以上在弧柱周围温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰，电流几手都人人弧柱内部流过③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，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅15〜30v,在变压器油中，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅100〜220V④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，能迅速移动、伸长或弯曲。

电弧的形成1、带电质点的来源①电极发射大量自由电子:热电子十强电场发射②弧柱区的气体游离，产生大量的电子和离子：碰撞游离+热游离2、电弧的形成EMBEDEquation.3eq\o\ac(o,—)EMBEDEquation.3电弧的熄灭去游离介质的游离作用一电弧产生介质的去游离作用一电弧熄灭游离去游离游离=去游离——电弧电流不变（稳定燃烧）游离V去游离——电弧电流［一（熄灭）复合：正负离子相互吸引，彼此中和去游离扩散：弧柱中的带电质点由于热运动逸出弧柱外影响游离和去游离的因素III热游离1一Q1速度1一复合加强—QI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②电场强度：E1一运动速度［一复合T一Q］一热游离1③气体介质的压力:F1一自由行程缩短一离子浓度T一复合T真空数目少一磁撞游离1一扩散T④介质特性：包括气体的介电强度、导热系数、热量量、电负荷等⑤电极材料：铜、银、铜鸨、银铝合金具有熔点高、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3.2直流电弧的特性及熄灭一、特性：1、静态伏安特性曲线：EMBEDEquation.3EMBEDAutoCAD.Drawing.14EMBEDEquation.3为发弧电压、即产生电弧的最小电压值当EMBEDEquation.3f时，热游离T，EMBEDEquation.31故EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3的变化与EMBEDEquation.3成反比。

2、电弧电压分布图：=阴极区电压（ ）+弧柱区（）+阳极区EMBEDAutoCAD.Drawing.14EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3：大小与无关，在空气中：＜ EMBED、且 EMBED 而减小甚至为零：与 EMBED 呈线性关系，在空气中EMBEDEquation.3Equation.3Equation.3EMBEDEquation.3Equation.3EMBEDEquation.3短弧:几个mm长、主要由EMBEDEquation.3组成Equation.3组成长弧：几个cm〜几个m长，主要由EMBED△近阴极效应（短弧原理）将长弧沿垂直方向切割成多段电弧串联，每一段即构成一个短弧，获得一个阴极区压降如果加在触头间的电压小于各段短弧的阴极电压之和，则电弧就不能维持而熄灭直流电弧的工作点EMBEDAutoCAD.Drawing.14①开关闭全时，EMBEDEquation.3②K刚分：EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3③电弧燃烧稳定量：EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3有：AEMBEDEquation.3时,A；当 EMBED△ EMBED当EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3Equation.3时，Equation.3由弧稳定燃烧产，有:EMBED Equation.3EMBEDEquation.3EMBEDAutoCAD.Drawing.14rEMBEDEquation.3,EMBEDEquation.3在上，EMBEDEquation.3在下，△EMBEDEquation.3,EMBEDEquation.32点EMBEDEquation.3,EMBEDEquation.3在下，EMBED Equation.3在上，AEMBEDEquation.3,EMBEDEquation.3熄灭rEMBEDEquation.3,△[EMBEDEquation.3,EMBEDEquation.31点稳定工作点EMBEDEquation.3,△EMBEDEquation.3,EMBEDEquation.3若增大电弧长度，其静态伏安特性网线上够，稳定工作点也应向直上方移动三、直流电弧的熄灭条件:EMBED Equation.3途径：①EMBEDEquation.3：加大触头的分断距离、将长弧切割为短弧，拉长电弧加强冷却② EMBED Equation.3：减小电源电压3.3交流电弧的特性及熄灭交流电弧：在交流电路中产生的电弧一、特性1、动态状安特性曲线：EMBEDEquation.3随t,不断变化，每一周期，电流过零2次EMBEDAutoCAD.Drawing.14EMBEDEquation.3——正弦变化EMBEDEquation.3——马鞍形状。

A>BA——燃弧电压B——熄弧电压△电弧在EMBEDEquation.3自然过零时将自动熄灭,但下丰周期随着电压的升高,电弧远会燃若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此熄灭2、热惯性：电弧温度的变化滞后于电流的变化二、交流电弧的熄灭1、弧隙介质电强度的恢复过程EMBEDEquation.3弧隙介质电强度——弧隙介质能够承受而不改使弧隙去穿的最小电压过程：电流EMBEDEquation.3过零前,EMBED Equation.3EMBED Equation.3很小，弧隙为良导电通道电流 EMBED Equation.3 过零前后, EMBED Equation.3EMBED Equation.3强度电流 EMBED Equation.3EMBED Equation.3具有一定抗电过零后，恢复不是从零开始△近阴极效应：电流极性改善后的o・l〜L0EMBED Equation.3EMBED Equation.32、弧隙电压的恢复过程,EMBED Equation.3弧隙电压——电压由熄弧电压恢复到电源电压的过程过程：电流EMBEDEquation.3过零前，EMBEDEquation.3很小，电源电压大部分降落路或负载的阻抗上电流EMBEDEquation.3过零时，电弧熄灭，最后变为绝缘介质，电源电压使全部加在弧隙上。

3、交流电弧的熄灭条件：EMBEDEquation.3EMBEDAutoCAD.Drawing.14三、交流电路的开断U!I、交流电弧的灭弧方法提高触头的分闸进度——迅速拉长电弧，E1,冷却与扩散T采用多断口灭弧——拉长迅速3行程1，灭弧时间（提高了灭弧能力吹弧——加强冷却和扩散自国①油 1横吹将电弧吹考吹长纵吹——将电弧吹细②外能力吹弧③产气管纵吹利用固体介质的狭缝狭沟灭弧——冷却，表面吸附电子如：介质栅灭弧罩介质纵缝灭弧罩介质填料灭弧管利用短弧原则灭弧——交流电路：电流自然过零时，篙一短弧有150~250V电压直流电路：每一短弧的阴极区有8〜llv电压降磁吹利用电磁力驱动和拉长电弧至固体介质灭弧罩或金属栅灭弧罩中高压力气体介质灭弧磁撞游离I,复合T真空灭弧一碰撞游离1，热游离1，扩散T3.4电气触头一、分类:固定触头母线的联接，采用螺柱连接和压接两种；可动触头——滑环与碳刷；可断触头——QF,采用对接式和插入式2、触头的接触电阻Rc接触电阻直接反映触头的工作状况其大小决定了触头的发热触头的工作情况三、触头的工作情况1、在长期负载电流下的工作负载电流I一触头Rc一I2Rc一发热降低 EMBED Equation.3及提高通流途经的方法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t很短的瞬间，电流很大，会在某一点集聚大热量触头的熔焊EMBED Equation-3T 机械强度1对策：规定短时发热最高温度限值3、在大电流下的关合和分断会出现①弹跳现象②可断触头触头间电弧可能会烧坏触头习题及思考题3-1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而确定的基本灭弧方法。

3-2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？3—3交流电弧电流有何特点？熄灭交流电弧的条件是什么？3-4什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?3—5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?3-6电气触头主要有哪几种接触形式？各有什么特点？3-7如果电气触头发生振动是什么原因造成的？有什么危害?。