1、电气工程基础第六章 开关电器第六章第六章 开关电器开关电器本章主要内容本章主要内容n 电弧产生和熄灭的物理现象及规律n 高压断路器n 隔离开关n 高压负荷开关n 高压熔断器n 全封闭组合电器n 低压电器（增加）电气工程基础第六章 开关电器第一节第一节 灭弧原理灭弧原理电弧现象和特点当触头接通或触头分离时，触头间可能产生一团温度极高，发出强光，并能导电的，近似圆柱体的气体。电弧属气体放电，气体分子分解成正离子、自由电子而导电。触头分开，触头间只要有电弧存在，电弧就没有断开，电流仍存在。危害： 温度极高，可能烧坏触头及触头附近其他附件，若长久不熄灭，将会引起电气毁坏，甚至爆炸，危及电力系统安全，甚
2、至造成生命财产的极大损失。电气工程基础第六章 开关电器第一节第一节 灭弧原理灭弧原理一、电弧中带电质点的产生一、电弧中带电质点的产生切断路瞬间动静触头间出现弧光放电，是由于其间的介质迅速游离，存在着一定浓度的带电质点，即带正电荷的离子和带负电荷的电子。 触头间电弧燃烧的区域称为弧隙。弧隙中带电质点不断增多的游离过程可以由各种不同途径发生。电气工程基础第六章 开关电器1 强电场发射强电场发射 在断路器触头分开的最初瞬间，触头电极的表面受到外加电压所形成的强电场的作用，金属电极表面的电子就会在电场力的作用下被拉出，即发生了所谓强电场发射。金属表面发射电子的数量决定于极间电场强度的高低。当 电场强度
3、 超过 107V/cm时，即使金属表面温度不高，其电子发射量也会显著增加。电气工程基础第六章 开关电器2 碰撞游离碰撞游离 当有一定强度动能的电子撞击到某种气体的中性质点时，可使其间电子被释放出来，游离成正离子和新的自由电子。被撞击的电子和原来的电子又会在电场作用下向阳极作加速运动，获得足够动能后，又将撞击其它中性质点，产生更多的自由电子和正离子，使带电质点浓度迅速增加。这一游离过程称为 碰撞游离。电气工程基础第六章 开关电器3 热游离热游离 在高温下，气体分子和原子热运动加快，它们互相碰撞，在温度足够高时会撞击产生离子和自由电子，这种现象称为 热游离 。 在弧光放电过程中，电极表面少数点上有
4、局部较集中的电流，同时因开关触头分离后，触头间接触压力及接触面积逐渐减小，接触电阻也随之增加，会使电极表面有相应高温，从而造成其中的电子获得很大的动能后逸出到周围空间。这种现象称为 热电子发射 ，其强弱程度与阴极的材料及表面温度有关，是气体介质中带电质点产生的主要原因之一。4 热电子发射热电子发射 电气工程基础第六章 开关电器 电弧形成后，维持电弧放电的所需电场强度很低，不需要基于高电场强度的电场游离。 简单通过拉长触头间的距离降低断口电场达到熄灭电弧的方法不可取。实践：交流 100kV电压，在大气中断开 5A电流时，电弧长度可以超过 7m。开关电弧熄灭的有效措施：快速减少处于游离状态的自由电
5、子和正离子。电气工程基础第六章 开关电器二、电弧间隙的去游离二、电弧间隙的去游离在电弧放电发生后，介质中同时存在着游离与去游离这样二个相反过程。去游离对应的是弧隙中带电粒子（正离子或自由电子）减少的过程，它进行的方式主要有两种：电气工程基础第六章 开关电器1 复合复合 复合是指带异性电荷的质点相互接触，交换多余电荷而形成中性质点的现象。加快复合的方法：1、拉长电弧2、加快对电弧的冷却3、加大气体介质的压力 电子自由行程变小 E减小 电子速度降低 减小电子热运动速度 提高气体介质浓度2 扩散扩散 带电质点从弧燃区域逃逸至周围介质中去称作扩散。电气工程基础第六章 开关电器电弧中扩散主要因 :（ 1）弧燃区域与周围介质中带电质点浓度不同；（ 2）两区域中温度的不同而引起。扩散的速率决定于电弧表面上带电质点数目，故与电弧直径成反比。 扩散高浓度 低浓度 高温度 低温度 用高速冷气吹弧 吹弧方式纵横吹纵吹横吹
