1、發電廠電氣部分發電廠電氣部分第六章導體和電氣第六章導體和電氣設備的原理與選擇設備的原理與選擇第六章第六章 電氣設備及載流導體電氣設備及載流導體v教學要求教學要求：v掌握電弧的形成與熄滅,交流電弧的特性及熄滅交流電弧的方法v掌握高、低壓開關電器的結構特點、工作原理、電氣參數及其應用；v重點掌握斷路器的工作原理；v掌握互感器的作用、結構、接線方式及準確度等級；v掌握母線、電纜、絕緣子、限流電器的工作原理、結構及應用。開關電器中的電弧開關電器中的電弧v一、電弧的形成與熄滅電弧的形成與熄滅v二、交流電弧的特性及熄滅交流電弧的特性及熄滅v三、熄滅交流電弧的方法熄滅交流電弧的方法 一、電弧的形成與熄滅一、

2、電弧的形成與熄滅1、電弧放電的特征和危害、電弧放電的特征和危害 弧柱中自由電子的主要來源弧柱中自由電子的主要來源 電弧形成的過程電弧形成的過程 電弧的去游離形式電弧的去游離形式 影響去游離的因素影響去游離的因素 1、電弧放電的特征和危害電弧放電的特征和危害電弧的概念電弧的概念 當開關電器開斷電路時，電壓和電流達到一定值時，觸頭剛剛分離后，觸頭之間就會產生強烈的白光，稱為電弧。電弧的本質電弧的本質 電弧的實質是一種氣體放電現象。電弧放電的特征電弧放電的特征 （1）電弧由三部分組成。包括陰極區、陽極區和弧柱區。 （2）電弧溫度很高,能量大：容易燒壞觸頭，或使觸頭周圍的絕緣材料遭受破壞。 （3）電弧

3、是一種自持放電現象。 （4）電弧是一束游離的的氣體。1、 電弧放電的特征和危害電弧放電的特征和危害電弧的危害電弧的危害 （1）電弧的存在延長了開關電器開斷故障電路的時間，加重了電力系統短路故障的危害。 （2）電弧產生的高溫，將使觸頭表面熔化和蒸化，燒壞絕緣材料。對充油電氣設備還可能引起著火、爆炸等危險。 （3）由于電弧在電動力、熱力作用下能移動，很容易造成飛弧短路和傷人，或引起事故的擴大。 2、電弧的形成電弧的形成弧柱中自由電子的主要來源（弧柱中自由電子的主要來源（1） （1）熱電子發射 當斷路器的動、靜觸頭分離時，觸頭間的接觸壓力及接觸面積逐漸縮小，接觸電阻增大，使接觸部位劇烈發熱，導致陰極

4、表面溫度急劇升高而發射電子 ，形成熱電子發射。 弧柱陽極區陰極區（2）強電場發射 開關電器分閘的瞬間，由于動、靜觸頭的距離很小，觸頭間的電場強度就非常大 ，使觸頭內部的電子在強電場作用下被拉出來 ，就形成強電場發射。2、電弧的形成電弧的形成 弧柱中自由電子的主要來源（弧柱中自由電子的主要來源（2） （3）碰撞游離 從陰極表面發射出的電子在電場力的作用下高速向陽極運動，在運動過程中不斷地與中性質點（原子或分子）發生碰撞。當高速運動的電子積聚足夠大的動能時，就會從中性質點中打出一個或多個電子，使中性質點游離，這一過程稱為碰撞游離。 （4）熱游離 弧柱中氣體分子在高溫作用下產生劇烈熱運動，動能很大的

5、中性質點互相碰撞時，將被游離而形成電子和正離子，這種現象稱為熱游離。弧柱導電就是靠熱游離來維持的。 2、電弧的形成電弧的形成 電弧形成的過程電弧形成的過程 斷路器斷開過程中電弧是這樣形成的。觸頭剛分離時突然解除接觸壓力，陰極表面立即出現高溫熾熱點，產生熱電子發射；同時，由于觸頭的間隙很小，使得電壓強度很高，產生強電場發射。從陰極表面逸出的電子在強電場作用下，加速向陽極運動，發生碰撞游離，導致觸頭間隙中帶電質點急劇增加，溫度驟然升高，產生熱游離并且成為游離的的主要因素，此時，在外加電壓作用下，間隙被擊穿，形成電弧。強電場發射熱電子發射電弧熱游離溫度磁撞游離加速 陰極發射（起因）碰撞游離（重要因素

6、）擊穿（量變到質變）熱游離（主要因素）維持發展電弧的熄滅：帶電質點不斷消失電弧的熄滅：帶電質點不斷消失v關鍵是加強去游離作用v 介質的游離作用電弧產生 v 介質的去游離作用電弧熄滅v1去游離：正、負質點相互吸引中和為中性質點。v2熄弧條件 游離與去游離誰主導？當游離去游離電弧電流（劇烈燃燒）當游離=去游離電弧電流不變（穩定燃燒） 當游離 BA燃弧電壓 B熄弧電壓經過對左圖的分析，可見交流電弧在交流電流自然過零時將自動熄滅，但在下半周隨著電壓的增高，電弧又重燃。如果電弧過零后，電弧不發生重燃，電弧就此熄滅。2、交流電弧的熄滅條件交流電弧的熄滅條件弧隙介質介電強度的恢復弧隙介質介電強度的恢復 弧隙

7、介質能夠承受外加電壓作用而不致使弧隙擊穿的電壓稱為弧隙的介質強度。當電弧電流過零時電弧熄滅，而弧隙的介質強度要恢復到正常狀態值還需一定的時間，此恢復過程稱之為弧隙介質強度的恢復過程，以耐受的電壓Ud（t）表示。 2、交流電弧的熄滅條件交流電弧的熄滅條件弧隙電壓的恢復過程弧隙電壓的恢復過程 電流過零前，弧隙電壓呈馬鞍形變化，電壓值很低，電源電壓的絕大部分降落在線路和負載阻抗上。電流過零時，弧隙電壓正處于馬鞍形的后蜂值處。電流過零后，弧隙電壓從后蜂值逐漸增長，一直恢復到電源電壓，這一過程中的弧隙電壓稱為恢復電壓，其電壓恢復過程以Ur（t）表示。 電壓恢復過程與線路參數、負荷性質等有關。受線路參數等

8、因素的影響，電壓恢復過程可能是周期性的變化過程，也可能是非周期性的變化過程。 2、 交流電弧的熄滅條件交流電弧的熄滅條件交流電弧的熄滅條件交流電弧的熄滅條件 如果弧隙介質強度在任何情況下都高于弧隙恢復電壓，則電弧熄滅；反之，如果弧隙恢復電壓高于弧隙介質強度，弧隙就被擊穿，電弧重燃。因此，交流電弧的熄滅條件為： Ud（t） Ur（t） Ud（t）弧隙介質強度； Ur（t）弧隙恢復電壓。三、三、 熄滅交流電弧的方法熄滅交流電弧的方法1、采用優質滅弧介質、采用優質滅弧介質2、采用耐高溫金屬材料制作觸頭、采用耐高溫金屬材料制作觸頭3、吹弧、吹弧 吹弧氣流產生的方法吹弧氣流產生的方法 吹弧的方向吹弧的方

9、向4、采用多斷口、采用多斷口5、提高觸頭的分閘速度、提高觸頭的分閘速度1.優質滅弧介質優質滅弧介質v 熄滅交流電弧的關鍵在于電弧電流過零后，弧隙的介質熄滅交流電弧的關鍵在于電弧電流過零后，弧隙的介質強度的恢復過程能否始終大于弧隙電壓的恢復過程。為了加強度的恢復過程能否始終大于弧隙電壓的恢復過程。為了加強冷卻，抑制熱游離，增強去游離，在開關電器中裝設專用強冷卻，抑制熱游離，增強去游離，在開關電器中裝設專用的滅弧裝置或使用特殊的滅弧介質，以提高開關的滅弧能力。的滅弧裝置或使用特殊的滅弧介質，以提高開關的滅弧能力。 滅弧介質的特性，如導熱系數、電強度、熱游離溫度、滅弧介質的特性，如導熱系數、電強度、

10、熱游離溫度、熱容量等，對電弧的游離程度具有很大影響，這些參數值越熱容量等，對電弧的游離程度具有很大影響，這些參數值越大，去游離作用就越強。在高壓開關中，廣泛采用壓縮空氣、大，去游離作用就越強。在高壓開關中，廣泛采用壓縮空氣、六氟化硫（六氟化硫（SF6）氣體、真空等作為滅弧介質。）氣體、真空等作為滅弧介質。 2、用耐高溫金屬材料作觸頭用耐高溫金屬材料作觸頭 觸頭材料對電弧中的去游離也有一定影響，用觸頭材料對電弧中的去游離也有一定影響，用熔點高、導熱系數和熱容量大的耐高溫金屬制作觸熔點高、導熱系數和熱容量大的耐高溫金屬制作觸頭，可以減少熱電子發射和電弧中的金屬蒸汽，從頭，可以減少熱電子發射和電弧中

11、的金屬蒸汽，從而減弱了游離過程，有利于熄滅電弧。同時，觸頭而減弱了游離過程，有利于熄滅電弧。同時，觸頭材料還要求有較高的抗電弧，抗熔焊能力。常用的材料還要求有較高的抗電弧，抗熔焊能力。常用的觸頭材料有銅觸頭材料有銅 、鎢合金和銀、鎢合金等。、鎢合金和銀、鎢合金等。 3、 吹弧吹弧 吹弧氣流產生法吹弧氣流產生法.（1） 用新鮮而且低溫的介質吹拂電弧時，可以將帶電質點吹到弧隙以外，加強了擴散，由于電弧被拉長變細，使弧隙的電導下降。吹弧還使電弧的溫度下降，熱游離減弱，復合加快。按吹弧氣流的產生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分為以下幾種。 1. 吹弧氣流產生的方法有：吹弧氣流產生的方法有： （1）用油氣

12、吹弧）用油氣吹弧 用油氣作吹弧介質的斷路器稱為油斷路器。在這種斷路器中，有用專用材料制成的滅弧室，其中充滿了絕緣油。當斷路器觸頭分離產生電弧后，電弧的高溫使一部分絕緣油迅速分解為氫氣、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等氣體，其中氫的滅弧能力是空氣的7.5倍。這些油氣體在滅弧室中積蓄能量，一旦打開吹口，即形成高壓氣流吹弧。3、吹弧吹弧 吹弧氣流產生法吹弧氣流產生法.（2） （2）用壓縮空氣或六氟化硫氣體吹弧）用壓縮空氣或六氟化硫氣體吹弧 將20個左右大氣壓的壓縮空氣或5個大氣壓左右的六氟化硫氣體（SF6）先儲存在專門的儲氣罐中，斷路器分閘時產生電弧，隨后打開噴口，用具有一定壓力的氣體吹弧。 （3）產氣

13、管吹弧）產氣管吹弧 產氣管由纖維、塑料等有機固體材料制成，電弧燃燒時與管的內壁緊密接觸，在高溫作用下，一部分管壁材料迅速分解為氫氣、二氧化碳等，這些氣體在管內受熱膨脹，增高壓力，向管的端部形成吹弧。3、 吹弧吹弧 吹弧方向法吹弧方向法 （1） 2. 按吹弧的方向分為：按吹弧的方向分為： （1）縱吹）縱吹 吹弧的介質（氣流或油流）沿電弧方向的吹拂稱為縱吹，縱吹能增強弧柱中的帶電質點向外擴散，使新鮮介質更好地與熾熱電弧接觸，加強電弧的冷卻，有利于迅速滅弧。 （2）橫吹）橫吹 橫吹時氣流或油流的方向與觸頭運動方向是垂直的，或者說與電弧軸線方向垂直。橫吹不但能加強冷卻和增強擴散，還能將電弧迅速吹彎吹長

14、。 3、 吹弧吹弧 吹弧方向法吹弧方向法（2） （3）縱橫吹）縱橫吹 橫吹滅弧室在開斷小電流時因室內壓力太小，開斷性能較差。為了改善開斷小電流時的滅弧性能，可將縱吹和橫吹結合起來。在大電流時主要靠橫吹，小電流時主要靠縱吹，這就是縱橫吹滅弧室。 4、 采用多斷口熄弧采用多斷口熄弧 每一相有兩個或多個斷口相串聯。在熄弧時，多斷口把電每一相有兩個或多個斷口相串聯。在熄弧時，多斷口把電弧分割成多個相串聯的小電弧段。多斷口使電弧的總長度加弧分割成多個相串聯的小電弧段。多斷口使電弧的總長度加長，導致弧隙的電阻增加；在觸頭行程、分閘速度相同的情況長，導致弧隙的電阻增加；在觸頭行程、分閘速度相同的情況下，電弧

15、被拉長的速度成倍增加，使弧隙電阻加速增大，提高下，電弧被拉長的速度成倍增加，使弧隙電阻加速增大，提高了介質強度的恢復速度，縮短了滅弧時間。了介質強度的恢復速度，縮短了滅弧時間。 采用多斷口時，加在每一斷口上的電壓成倍減少，降低了采用多斷口時，加在每一斷口上的電壓成倍減少，降低了弧隙的恢復電壓，亦有利于熄滅電弧。在要求將電弧拉到同樣弧隙的恢復電壓，亦有利于熄滅電弧。在要求將電弧拉到同樣的長度時，采用多斷口結構成倍減小了觸頭行程，也就減小了的長度時，采用多斷口結構成倍減小了觸頭行程，也就減小了開關電器的尺寸。開關電器的尺寸。5、提高觸頭的分閘速度提高觸頭的分閘速度 迅速拉長電弧，有利于迅速減小弧柱中的電位梯度，增加迅速拉長電弧，有利于迅速減小弧柱中的電位梯度，增加電弧與周圍介質的接觸面積，加強冷卻和擴散的作用。因此，電弧與周圍介質的接觸面積，加強冷卻和擴散的作用。因此，現代高壓開關中都采取了迅速拉長電弧的措施滅弧，如采用強現代高壓開關中都采取了迅速拉