文档介绍：第二章电弧与电器触头的基本知识
第一节电弧的形成与熄灭
第二节交流电弧的特征及熄灭
第三节熄灭交流电弧的基本方法
第四节电弧触头的基本知识
思考题与习题
第一节电弧的形成与熄灭
一、电弧放电的特征和危害
二、电弧的形成
■弧柱中自由电子的主要来源
■电弧形成的过程
三、电弧的熄灭
■电弧的去游离形式
■影响去游离的因素
▉电弧放电的特征和危害
1. 电弧的概念
当开关电器开断电路时,电压和电流达到一定值时,触头
刚刚分离后,触头之间就会产生强烈的白光,称为电弧。
电弧的实质是一种气体放电现象。
3. 电弧放电的特征
(1)电弧由三部分组成。包括阴极区、阳极区和弧柱区。
(2)电弧温度很高。
(3)电弧是一种自持放电现象。
(4)电弧是一束游离的的气体。
▉电弧放电的特征和危害
4. 电弧的危害
(1)电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间,加重了电力系统短路故障的危害。
(2)电弧产生的高温,将使触头表面熔化和蒸化,烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。
(3)由于电弧在电动力、热力作用下能移动,很容易造成飞弧短路和伤人,或引起事故的扩大。
▉电弧的形成—弧柱中自由电子的主要来源(1)
(1)热电子发射
当断路器的动、静触头分离时,触头间的接触压力及接触面积逐渐缩小,接触电阻增大,使接触部位剧烈发热,导致阴极表面温度急剧升高而发射电子,形成热电子发射。
(2)强电场发射
开关电器分闸的瞬间,由于动、静触头的距离很小,触头间的电场强度就非常大,使触头内部的电子在强电场作用下被拉出来,就形成强电场发射。
▉电弧的形成—弧柱中自由电子的主要来源(2)
(3)碰撞游离
从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极运动,在运动过程中不断地与中性质点(原子或分子)发生碰撞。当高速运动的电子积聚足够大的动能时,就会从中性质点中打出一个或多个电子,使中性质点游离,这一过程称为碰撞游离。
(4)热游离
弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动,动能很大的中性质点互相碰撞时,将被游离而形成电子和正离子,这种现象称为热游离。弧柱导电就是靠热游离来维持的。
▉电弧的形成—电弧形成的过程
断路器断开过程中电弧是这样形成的。触头刚分离时突然解除接触压力,阴极表面立即出现高温炽热点,产生热电子发射;同时,由于触头的间隙很小,使得电压强度很高,产生强电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下,加速向阳极运动,发生碰撞游离,导致触头间隙中带电质点急剧增加,温度骤然升高,产生热游离并且成为游离的的主要因素,此时,在外加电压作用下,间隙被击穿,形成电弧。
▉电弧的熄灭—电弧的去游离形式…(1)
电弧的去游离过程包括复合和扩散两种形式。
1. 复合
复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。由于弧柱中电子的运动速度很快,约为正离子的1000倍,所以电子直接与正离子复合的几率很小。一般情况下,先是电子碰撞中性质点时,被中性质点捕获变成负离子,然后再与质量和运动速度相当的正离子互相吸引而接近,交换电荷后成为中性质点。还有一种情况就是电子先被固体介质表面吸附后,再被正离子捕获成为中性质点。
▉电弧的熄灭—电弧的去游离形式…(2)
2. 扩散
扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外,进入周围介质的现象。扩散有三种形式:
(1)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;
(2)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;
(3)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。
▉电弧的熄灭—影响去游离的因素…(1)
1. 电弧温度
电弧是由热游离维持的,降低电弧温度就可以减弱热游离,
减少新的带电质点的的产生。同时,也减小了带电质点的运动
速度,加强了复合作用。通过快速拉长电弧,用气体或油吹动
电弧,或使电弧与固体介质表面接触等,都可以降低电弧的温
度。
电弧燃烧时所在介质的特性在很大程度上决定了电弧中去
游离的强度,这些特性包括:导热系数、热容量、热游离温
度、介电强度等。若这些参数值大,则去游离过程就越强,电
弧就越容易熄灭。