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电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-1第二章第二章 电电弧与弧与电电气触气触头头的基本知的基本知识识第一第一节节 电电弧的形成与熄弧的形成与熄灭灭 第二第二节节 交流交流电电弧的特性及熄弧的特性及熄灭灭 第三第三节节 开关开关电电器中熄器中熄灭灭交流交流电电弧的基本方法弧的基本方法第四第四节节 电电气触气触头头的基本知的基本知识识 本章本章计计划学划学时时：4 学学时时1.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-2本章教学要求本章教学要求了解了解电电弧的危害，熟悉弧的危害，熟悉电电弧的形成弧的形成过过程程熟悉交流熟悉交流电电弧的特性，交流弧的特性，交流电电弧的熄弧的熄灭灭条件条件 了解交流了解交流电电弧的开断弧的开断过过程程掌握熄掌握熄灭灭交流交流电电弧的基本方法弧的基本方法熟悉熟悉电电气触气触头头的基本要求，及触的基本要求，及触头头的分的分类类和和结结构构2.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-3第一第一节节 电电弧的形成与熄弧的形成与熄灭灭一、开关一、开关电电器的器的灭灭弧原理弧原理（一）（一）电电弧弧现现象象 1)电电弧弧：是一种气体游离放是一种气体游离放电现电现象。象。2)产产生生电电弧的条件弧的条件：用开关用开关电电器开断器开断电电源源电压电压大于大于10 20 V，电电流大于流大于80 100mA的的电电路路时时，就会，就会发发生生电电弧。弧。3)电电弧的特点弧的特点：能量集中，温度很高，亮度很能量集中，温度很高，亮度很强强；电电弧是弧是良良导导体。体。4)电电弧的利用弧的利用：电电弧在工弧在工业业上有很多有益的上有很多有益的应应用，例如，用，例如，利用其高温的利用其高温的电电弧弧焊焊接机，接机，电电弧弧炼钢炼钢炉等。炉等。5)电电弧的危害弧的危害：在开关在开关电电器中，器中，电电弧是有害的，要求尽快弧是有害的，要求尽快地熄地熄灭灭，否，否则则会会烧烧坏开关触坏开关触头头，误误拉隔离开关会造成相拉隔离开关会造成相间间短路短路和人身和人身伤伤亡。亡。3.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-4 6)特征特征：气体气体导电导电（轻轻、易、易变变形）；形）；电电弧的能量集中，温度很高，亮度很弧的能量集中，温度很高，亮度很强强例：例：10kvQF断开断开20kA的的电电流，流，电电弧功率达到弧功率达到 1万万kw以上以上 电电弧由阴极区，阳极区和弧柱区弧由阴极区，阳极区和弧柱区组组成。成。弧柱弧柱处处温度最高，可达温度最高，可达67k0C到到1万度以上在弧柱周万度以上在弧柱周围围温度温度较较低，亮度明低，亮度明显显减弱的部分叫减弱的部分叫弧焰，弧焰，电电流几乎都从弧流几乎都从弧柱内部流柱内部流过过。4.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-5 电电弧的气体放弧的气体放电电是自持放是自持放电电，维维持持电电弧燃弧燃烧烧的的电压电压很低。很低。在大气中，在大气中，1cm长长的直流的直流电电弧的弧柱弧的弧柱电压仅电压仅1530v，在在变压变压器油中器油中1cm长长的直流的直流电电弧的弧柱弧的弧柱电压仅电压仅100220v。电电弧是一束游离的气体，弧是一束游离的气体，质质量极量极轻轻，极易，极易变变形。形。电电弧在气体或液体的流弧在气体或液体的流动动作用下或作用下或电动电动力作用下，能迅力作用下，能迅速移速移动动、伸、伸长长或弯曲。或弯曲。5.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-6（二）（二）电电弧的弧的产产生与熄生与熄灭灭 游游 离离中性中性质质点分解成自由点分解成自由电电子和正离子子和正离子。去游离去游离电电子和正离子相互吸引子和正离子相互吸引还还原原为为中性中性质质点点。1.电电弧的弧的产产生生 1）强强电场发电场发射射：E=U/s 大于大于3106 V/m时时，金属触，金属触头头阴极阴极表面就会表面就会发发射自由射自由电电子子。2）热电热电子子发发射射：在开关分在开关分闸时闸时，动动静触静触头头之之间间的接触的接触压压力和接触面力和接触面积积减小，接触减小，接触电电阻增大，接触表面阻增大，接触表面发热严发热严重，重，产产生生局部高温，阴极金属材料中的局部高温，阴极金属材料中的电电子子获获得得动动能而逸出成能而逸出成为为自由自由电电子。子。6.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-7 3）加速运加速运动动：自由自由电电子，在子，在强强电场电场的作用下，向阳极作的作用下，向阳极作加速运加速运动动。4）碰撞游离碰撞游离：加速运加速运动获动获得得动动能的自由能的自由电电子在运子在运动动中与中与中性中性质质点点发发生碰撞，中性生碰撞，中性质质点中的点中的电电子子获获得能量得能量产产生生跃跃迁，跳迁，跳到能到能级级更高的更高的轨轨道上，如果道上，如果获获得的能量足得的能量足够够大，自由大，自由电电子就能子就能脱离原子核的束脱离原子核的束缚缚，游离成自由，游离成自由电电子和正离子。子和正离子。5）雪崩雪崩：游离的游离的结结果果导导致触致触头间头间自由自由电电子数量子数量剧剧增增。6）介介质击质击穿穿产产生生电电弧弧：剧剧增的增的电电子子形成形成电电流，介流，介质质被被击击穿而穿而产产生生电电弧。弧。电电弧形成小弧形成小结结自由自由电电子的来源子的来源(即游离方式即游离方式)电电极极发发射大量自由射大量自由电电子：子：热电热电子子+强强电场发电场发射射 弧柱区的气体游离：碰撞游离弧柱区的气体游离：碰撞游离+热热游离游离7.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-8电电弧的形成弧的形成其中：阴极其中：阴极发发射（起因）射（起因）碰撞游离（重要因素）碰撞游离（重要因素）击击穿穿（量（量变变到到质变质变）热热游离（主要因素）游离（主要因素）维维持持发发展展 2电电弧的弧的维维持与持与发发展展 1）由于）由于电电弧的弧的 r 小，小，电电弧形成后，触弧形成后，触头间头间的的电压电压和和电场电场强强度很低，度很低，强强电场发电场发射停止。射停止。2）由于）由于电电弧在燃弧在燃烧过烧过程中温度很高，可达到几千度甚至上程中温度很高，可达到几千度甚至上万度，阴极表面万度，阴极表面继续进继续进行行热电热电子子发发射。射。8.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-9 3）另一方面介）另一方面介质质的分子和原子在高温下将的分子和原子在高温下将产产生生强强烈的分烈的分子子热热运运动动，获获得得动动能的中性能的中性质质点之点之间间不断地不断地发发生碰撞，游离生碰撞，游离成自由成自由电电子和正离子，此即所子和正离子，此即所谓热谓热游离。游离。4）热发热发射和射和热热游离游离给给弧隙提供了大量的自由弧隙提供了大量的自由电电子，子，电电流流继续继续流流过过，电电弧的燃弧的燃烧烧得以得以维维持。持。3电电弧的熄弧的熄灭灭 1）复合去游离：复合去游离：正离子和正离子和负负离子相互吸引而中和成离子相互吸引而中和成为为中中性性质质点的点的过过程。程。自由自由电电子的子的 v 远远大于正离子，它大于正离子，它们们直接复合的直接复合的可能性很小，往往是自由可能性很小，往往是自由电电子先附着在中性子先附着在中性质质点上，形成点上，形成负负离离子，运子，运动动速度大大减慢，此速度大大减慢，此时时正离子和正离子和负负离子更容易复合。离子更容易复合。2）扩扩散去游离：散去游离：自由自由电电子和正离子逸出子和正离子逸出电电弧而弧而进进入周入周围围介介质质中，被周中，被周围围介介质质冷却而复合的冷却而复合的过过程。程。由于由于电电弧内外的弧内外的电电荷荷浓浓度度及及温差温差的不同，自由的不同，自由电电子和正离子和正离子将向子将向浓浓度和温度都低的周度和温度都低的周围围介介质质中中扩扩散，在低温散，在低温处处，电电子和子和离子的离子的v减慢而复合成减慢而复合成为为中性中性质质点。点。9.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-10 影响游离和去游离的因素影响游离和去游离的因素电电弧温度：弧温度：热热游离游离Q 速度速度复合加复合加强强Q 使温度降低的方法有：吹弧、拉使温度降低的方法有：吹弧、拉长电长电弧、或与冷却介弧、或与冷却介质质表面接触。表面接触。电场电场强强度：度：E 运运动动速度速度复合复合 Q热热游离游离气体介气体介质质的的压压力：力：F自由行程自由行程缩缩短短离子离子浓浓度度复合复合 真空数目少真空数目少磁撞游离磁撞游离扩扩散散介介质质特性：特性：包括气体的介包括气体的介电电强强度、度、导热导热系数、系数、热热容量、容量、电负电负荷荷电电极材料：极材料：铜铜、银银、铜钨铜钨、银钨银钨合金合金n具有熔点高、具有熔点高、导热导热能力能力强强、热热容量大的特点，可减少容量大的特点，可减少热电热电子子发发射和弧柱中射和弧柱中的金属蒸气。的金属蒸气。10.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-11 游离作用等于去游离作用，新增加的游离作用等于去游离作用，新增加的带电质带电质点数量与中和点数量与中和的数量相等，的数量相等，电电弧弧稳稳定燃定燃烧烧。游离作用大于去游离作用，游离作用大于去游离作用，电电弧燃弧燃烧烧加加剧剧。游离作用小于去游离作用，游离作用小于去游离作用，则电则电弧中的弧中的带电质带电质点数量减少，点数量减少，最最终导终导致致电电弧熄弧熄灭灭。3）电电弧的熄弧的熄灭灭：电电弧的燃弧的燃烧烧是由游离是由游离过过程程维维持的，但在持的，但在电电弧中同弧中同时还进时还进行着相反的使行着相反的使带电质带电质点数量减少的去游离点数量减少的去游离过过程。程。第二第二节节 交流交流电电弧的特性弧的特性 1 1）电电弧弧电电流交流交变变，每半个周期，每半个周期过过零一次，此零一次，此时电时电弧因失去弧因失去能量而自然熄能量而自然熄灭灭。11.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-12 2 2）由于）由于热惯热惯性性，弧柱温度的，弧柱温度的变变化滞后于快速化滞后于快速变变化的化的电电流，流，所以交流所以交流电电弧的伏安特性是弧的伏安特性是动态动态的，如的，如图图2-32-3所示。在所示。在电电流增流增大大时时，温度来不及增高，弧隙，温度来不及增高，弧隙电电阻来不及减小；在阻来不及减小；在电电流减小流减小时时，温度来不及减小，弧隙温度来不及减小，弧隙电电阻来不及增大。故阻来不及增大。故图图2-3a2-3a中正方向中正方向电电流增大流增大时时的曲的曲线线在在电电流减小流减小时时的上方。的上方。A点是点是电电弧弧产产生生时时的的电压电压，称，称为为燃弧燃弧电压电压。B点是点是电电弧熄弧熄灭时灭时的的电压电压，称，称为为熄弧熄弧电压电压。12.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-13（四）交流（四）交流电电弧熄弧熄灭灭的条件的条件 1）熄熄灭灭交流交流电电弧的最佳弧的最佳时时机机：交流：交流电电弧每半周期自然熄弧每半周期自然熄灭灭是熄是熄灭灭交流交流电电弧的最佳弧的最佳时时机。机。2）在）在电电流流过过零后，弧隙中存在着两个恢复零后，弧隙中存在着两个恢复过过程。程。a)介介质质强强度恢复度恢复过过程程:由于去游离作用的加由于去游离作用的加强强，弧隙，弧隙间间的的介介质质逐逐渐渐恢复其恢复其绝缘绝缘性能，以耐受的性能，以耐受的电压电压Ur(t)表示。表示。b)弧隙弧隙电压电压恢复恢复过过程程:电电源源电压电压要重新作用在触要重新作用在触头头上，弧上，弧隙隙电压电压将从熄弧将从熄弧电压电压逐逐渐渐恢复到恢复到电电源源电压电压，用，用Ud(t)表示。表示。1弧隙介弧隙介质质强强度恢复度恢复过过程程（1）起始介）起始介质质强强度（近阴极效度（近阴极效应应）在在电电流流过过零后的零后的0.1 1s 的短的短暂时间暂时间内，阴极附近出内，阴极附近出现现150 250V的起始介的起始介质质强强度，称度，称为为近阴极效近阴极效应应。13.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-14 原因原因：在：在电电流流过过零的瞬零的瞬间间，弧隙，弧隙电压电压的极性的极性发发生生变变化，弧化，弧隙中的自由隙中的自由电电子立即向新阳极运子立即向新阳极运动动，正离子，正离子质质量大，基本未量大，基本未动动，在新阴极附近就形成了只有正在新阴极附近就形成了只有正电电荷的不荷的不导电导电薄薄层层，阻碍阴极，阻碍阴极发发射射电电子，呈子，呈现现出一定的介出一定的介质质强强度，如度，如图图2-4所示。所示。（2）起始介）起始介质质强强度出度出现现后的介后的介质质强强度的恢复度的恢复 这这是一个复是一个复杂杂的的过过程，它与程，它与电电弧弧电电流、介流、介质质特性、冷却条特性、冷却条件和触件和触头头分断速度有关。分断速度有关。14.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-152弧隙弧隙电压电压恢复恢复过过程程 1）电电弧弧为纯电为纯电阻性阻性质质，电电弧弧电电流与弧隙流与弧隙电压电压同相位，同相位，电电弧弧电电流流过过零零时时，弧隙，弧隙电压电压接近零；接近零；2）短路）短路时电时电路路电电阻很小，阻很小，电电路路呈感性呈感性，电电弧弧电电流与流与电电源源电电压压不同相位，不同相位，电电弧弧电电流流过过零零时时，电电源源电压电压不等于零；不等于零；3）由于）由于电电路参数路参数L、C的存在，的存在，电电弧熄弧熄灭灭后，弧隙后，弧隙电压电压不可不可能立刻由熄弧能立刻由熄弧电压电压上升到上升到电电源源电压电压，一般一般弧隙恢复弧隙恢复电压电压是一个是一个过过渡渡过过程。它将从瞬程。它将从瞬态态（振（振荡荡）恢复）恢复电压电压逐逐渐过渐过渡到工渡到工频频恢复恢复电压电压。15.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-163交流交流电电弧熄弧熄灭灭的条件的条件 电电流流过过零后，零后，电电弧能否熄弧能否熄灭灭取决于两个恢复取决于两个恢复过过程作用的程作用的结结果：果：1）如果弧隙）如果弧隙电压电压恢复恢复过过程上升速度程上升速度较较快，幅快，幅值较值较大，弧大，弧隙隙电压电压恢复恢复过过程大于弧隙介程大于弧隙介质质强强度恢复度恢复过过程，介程，介质质被被击击穿，穿，电电弧重燃，如弧重燃，如图图2-6a所示。所示。2）如果弧隙介）如果弧隙介质质强强度恢复度恢复过过程始程始终终大于弧隙大于弧隙电压电压恢复恢复过过程，程，则电则电弧熄弧熄灭灭，如如图图2-6b和和2-6c所示。所示。故交流故交流电电弧熄弧熄灭灭的条件的条件应为应为：Ud(t)Ur(t)16.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-17（五）断路器开断短路（五）断路器开断短路电电流流时时的弧隙的弧隙电压电压恢复恢复过过程程 如果能如果能够够采取措施，防止弧隙恢复采取措施，防止弧隙恢复电压电压振振荡荡，将周期性振，将周期性振荡荡特性的恢复特性的恢复电压转变为电压转变为非周期性恢复非周期性恢复过过程，程，电电弧就更容易熄弧就更容易熄灭灭，如，如图图2-6c所示。所示。目的：找出恢复目的：找出恢复电压电压不振不振荡荡的条件及防止振的条件及防止振荡荡的方法。的方法。断路器开断短路断路器开断短路电电流流时时的的电电路如路如图图2 2-7a a所示，其等效所示，其等效电电路如路如图图2 2-7b b所示，所示，R、L为电为电源源和和变压变压器的器的电电阻和阻和电电感，感，C可以可以认为认为是是变压变压器器绕组绕组及及连连接接线对线对地的分布地的分布电电容，容，r为为断路器触断路器触头头并并联电联电阻。阻。17.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-18 断路器开断短路断路器开断短路电电流流时时的弧的弧隙隙电压电压恢复恢复过过程相当于二程相当于二阶电阶电路路过过渡渡过过程中，程中，电电容容C两端的两端的电压变电压变化化过过程，即。程，即。1 1）熄弧后，从瞬）熄弧后，从瞬态态恢复恢复电压过电压过渡到渡到电电源源电压电压的的时间时间很短，很短，一般不超一般不超过过几百微秒，可近似几百微秒，可近似认为认为电电源源电压电压不不变变，故，故电电源用源用直直流流电电源源U0来代替。来代替。假假设设与初始条件：与初始条件：）i=0时时是是时间时间的起点，即的起点，即t=0如如图图2-7b所示，当开关所示，当开关S闭闭合合时时，有，有 18.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-19整理得：整理得：此此为为二二阶阶常系数常系数线线性微分方程，其特征根性微分方程，其特征根为为 当特征根不等当特征根不等时时，非，非齐齐次通解次通解为为当特征根当特征根为为重根重根时时，非，非齐齐次通解次通解为为19.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-20当当时时，特征根，特征根为为不等不等负负实实根。根。可解得可解得代入非代入非齐齐次通解可解得次通解可解得20.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-21一般一般变压变压器器绕组电绕组电阻阻 ，略去不略去不计计，得，得从上式可以看出，由于从上式可以看出，由于特征根特征根为为负实负实根，故弧隙根，故弧隙电压电压恢复恢复过过程程为为非周期性的，如非周期性的，如图图2-8曲曲线线3所示。所示。一般一般，略去不略去不计计，故上式最大，故上式最大值值不会超不会超过过U0，进进一步化一步化简简得得 忽略忽略R后，特征根后，特征根为为21.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-22根据近似根据近似计计算，当算，当x很小很小时时，对对上式微分，可得上式微分，可得电电流流过过零零时时的恢复的恢复电压电压上升速度上升速度(V/s)为为由上式可知，触由上式可知，触头头并并联电联电阻阻r可以降低恢复可以降低恢复电压电压的上升速度，的上升速度，r越小，恢复越小，恢复电压电压的上升速度越低。的上升速度越低。22.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-23当当时时，特征根，特征根为为共共轭轭复根。复根。23.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-24将将、代入，得代入，得利用欧拉公式化利用欧拉公式化简简，得，得从式从式(2-11)可以看出，可以看出，1、2为为共共轭轭复根复根时时，弧隙，弧隙电压电压恢复恢复过过程程为为衰减的周期性振衰减的周期性振荡过荡过程，如程，如图图2-8曲曲线线2所示，从所示，从图图中曲中曲线线2可以看出，周期性振可以看出，周期性振荡过荡过程的恢复程的恢复电压电压上升速度上升速度较较快，幅快，幅值值较较大，大，给电给电弧的熄弧的熄灭带灭带来困来困难难。如果断路器触如果断路器触头头没有装没有装设设并并联电联电阻，即阻，即r=时时，忽略，忽略R，24.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-25 a)周期性振周期性振荡过荡过程中的弧隙恢复程中的弧隙恢复电压电压最大最大值值可达可达2U0，如如图图2-8曲曲线线1所示。所示。当当时时，为为相等的相等的负实负实根根(重根重根)。根据初始条件和公式根据初始条件和公式 及其微分表达式，可求得及其微分表达式，可求得不不计计R，从而得从而得 b)上升速度取固有振上升速度取固有振荡频荡频率的半个周期内的平均速度率的半个周期内的平均速度，由，由 得得25.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-26 a)当当 r rcr 时时，弧隙，弧隙电压电压恢复恢复过过程程为为非周期性。在断路非周期性。在断路器触器触头间头间并并联联低低值电值电阻（几欧至几十欧），可以改阻（几欧至几十欧），可以改变变弧隙弧隙电电压压恢复恢复过过程的上升速度和幅程的上升速度和幅值值，可以将弧隙恢复可以将弧隙恢复电压电压由周期由周期性振性振荡荡特性恢复特性恢复电压转变为电压转变为非周期性恢复非周期性恢复电压电压，大大降低了，大大降低了恢复恢复电压电压的上升速度和幅的上升速度和幅值值，改善了断路器的，改善了断路器的灭灭弧条件弧条件。b)当当 r rcr 时时，弧隙，弧隙电压电压恢复恢复过过程程为为周期振周期振荡荡性性过过程，程，对电对电弧熄弧熄灭灭不利。不利。由由罗罗彼塔法彼塔法则则可知：可知：时时，当当在此种情况下，弧隙在此种情况下，弧隙电压电压恢复恢复过过程仍是非周期性的，但程仍是非周期性的，但处处在在临临界情况。忽略界情况。忽略R，临临界并界并联电联电阻阻值为值为26.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-27第三第三节节 熄熄灭灭交流交流电电弧的基本方法弧的基本方法 加加强强弧隙的去游离、提高介弧隙的去游离、提高介质质强强度的恢复速度和降低弧度的恢复速度和降低弧隙隙电压电压的上升速度与幅的上升速度与幅值值，是高，是高压压断路器中熄断路器中熄灭电灭电弧的基本弧的基本方法。方法。1利用利用灭灭弧介弧介质质 在高在高压压断路器中，广泛断路器中，广泛采用去游离作用采用去游离作用强强的的灭灭弧介弧介质质灭灭弧。弧。27.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-282、利用固体介、利用固体介质质的狭的狭缝缝狭沟狭沟灭灭弧弧 冷却，冷却，表面吸附表面吸附电电子，加子，加强强复合。复合。如：介如：介质纵缝灭质纵缝灭弧罩弧罩 介介质质填料填料灭灭弧管弧管2、利用短弧原理、利用短弧原理灭灭弧弧 交流交流电电路：路：电电流自然流自然过过零零时时，每一短弧有，每一短弧有150250v电压电压。直流直流电电路：每一短弧的阴极区有路：每一短弧的阴极区有811v电压电压降。降。28.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-294吹弧吹弧（横吹、（横吹、纵纵吹、吹、纵纵横吹）横吹）吹弧是指利用各种吹弧是指利用各种结结构形式的构形式的灭灭弧室，使高温分解的气体弧室，使高温分解的气体或具有很大或具有很大压压力的新力的新鲜鲜且低温的气体在且低温的气体在灭灭弧室中按特定的通路，弧室中按特定的通路，吹吹动电动电弧，加弧，加强强扩扩散和复合去游离而使散和复合去游离而使电电弧熄弧熄灭灭的方法。的方法。5采用特殊金属材料作采用特殊金属材料作灭灭弧触弧触头头 采用采用铜铜、钨钨合金和合金和银银、钨钨合金合金等特殊金属材料作触等特殊金属材料作触头头。这这些材料在高温下不易熔化和蒸些材料在高温下不易熔化和蒸发发、抗熔、抗熔焊焊，可以减少，可以减少热电热电子子发发射和高温分解射和高温分解产产生的金属蒸气，削弱了游离作用。生的金属蒸气，削弱了游离作用。6提高断路器触提高断路器触头头的分离速度的分离速度 加快断路器触加快断路器触头头的分离速度，可以迅速拉的分离速度，可以迅速拉长电长电弧，使弧隙弧，使弧隙的的电场电场强强度度骤骤降，弧隙降，弧隙电电阻和阻和电电弧的表面弧的表面积积突然增大，突然增大，电电弧的弧的冷却加快，有利于冷却加快，有利于带电质带电质点的点的扩扩散和复合去游离。散和复合去游离。7采用多断口采用多断口灭灭弧弧 29.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-30 某些某些电压电压等等级较级较高的断路器采用多个高的断路器采用多个灭灭弧室串弧室串联联的多断口的多断口灭灭弧方式。弧方式。1）多断口将）多断口将电电弧分割成多段，在相同触弧分割成多段，在相同触头头行程下，增加行程下，增加了了电电弧的弧的总长总长度，弧隙度，弧隙电电阻迅速增大，介阻迅速增大，介质质强强度恢复速度加快。度恢复速度加快。2）使每个断口上的恢复）使每个断口上的恢复电压电压减小，降低了恢复减小，降低了恢复电压电压的上的上升速度和幅升速度和幅值值，提高了，提高了灭灭弧能力。弧能力。加装均加装均压电压电容，来解决各断口的容，来解决各断口的电压电压分配不均衡的分配不均衡的问题问题：1）不装均）不装均压电压电容容时时断口等效断口等效电电容容 两断口两断口连连接接处对处对地的地的等效等效电电容：容：30.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-31分配在两断口上的分配在两断口上的电压为电压为(CQ C0)：可以看出，第一个断口的工作条件比第二个要可以看出，第一个断口的工作条件比第二个要恶恶劣，如其劣，如其电电弧不能熄弧不能熄灭灭，电压电压将全部加在第二断口上，它也将被将全部加在第二断口上，它也将被击击穿。穿。2）在断口上并）在断口上并联联均均压电压电容容C 时时，C=2000pF，远远大于大于C0(几十几十pF)，则则31.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-32 可可见见并并联联均均压电压电容后，断口上的容后，断口上的电压电压分布均匀，在分布均匀，在 i 过过零零后，两断口上的后，两断口上的电电弧可以同弧可以同时时熄熄灭灭。8在断路器主触在断路器主触头头两端加装低两端加装低值值并并联电联电阻阻 1)主触主触头头Q1先断开，先断开，产产生生电电弧，因有并弧，因有并联电联电阻，恢复阻，恢复电压电压为为非周期性，降低了恢复非周期性，降低了恢复电压电压的上升速度和幅的上升速度和幅值值，主触，主触头头上的上的电电弧很快熄弧很快熄灭灭。2)接着断开的接着断开的辅辅助触助触头头Q2，由于，由于r的的限流和限流和阻尼作用，阻尼作用，辅辅助触助触头头上的上的电电弧也容弧也容易熄易熄灭灭。32.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-33uu定定定定义义义义uu触触触触头头的分的分的分的分类类和和和和结结构构构构第四第四节节 电电气触气触头头的基本知的基本知识识电电电电气触气触气触气触头头头头-即指两个即指两个即指两个即指两个导导导导体或几个体或几个体或几个体或几个导导导导体之体之体之体之间间间间相互接触的部分。主相互接触的部分。主相互接触的部分。主相互接触的部分。主要用来要用来要用来要用来负责负责负责负责接通和断开接通和断开接通和断开接通和断开电电电电路。路。路。路。1.1.按接触面的形式划分按接触面的形式划分按接触面的形式划分按接触面的形式划分（1 1）平面触）平面触）平面触）平面触头头头头-如如如如图图图图2-20a2-20a，通常用于工作，通常用于工作，通常用于工作，通常用于工作电电电电流和短路流和短路流和短路流和短路电电电电流小流小流小流小情况；情况；情况；情况；（2 2）线线线线触触触触头头头头-如如如如图图图图2-20b2-20b，广泛用于高低，广泛用于高低，广泛用于高低，广泛用于高低压压压压开关开关开关开关电电电电器中；器中；器中；器中；（3 3）点触）点触）点触）点触头头头头-如如如如图图图图2-20c2-20c，2.2.按按按按结结结结构形式划分构形式划分构形式划分构形式划分（1 1）可断触）可断触）可断触）可断触头头头头-如如如如QFQF的的的的动动动动静触静触静触静触头头头头，可采用，可采用，可采用，可采用对对对对接式和插入式；接式和插入式；接式和插入式；接式和插入式；（2 2）固定触）固定触）固定触）固定触头头头头-如母如母如母如母线线线线的的的的联联联联接，采用螺接，采用螺接，采用螺接，采用螺 柱柱柱柱连连连连接和接和接和接和 压压压压接两种；接两种；接两种；接两种；（3 3）滑）滑）滑）滑动动动动触触触触头头头头-如滑如滑如滑如滑环环环环与碳刷。与碳刷。与碳刷。与碳刷。33.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-34u触触头头的接触的接触电电阻阻 接触接触接触接触电电阻：接触阻：接触阻：接触阻：接触电电阻是指收阻是指收阻是指收阻是指收缩电缩电阻和表面膜阻和表面膜阻和表面膜阻和表面膜电电阻之和，其阻之和，其阻之和，其阻之和，其大小决定了触大小决定了触大小决定了触大小决定了触头头的的的的 发热发热、触、触、触、触头头的工作情况。的工作情况。的工作情况。的工作情况。触触触触头电头电阻：接触阻：接触阻：接触阻：接触电电阻和触阻和触阻和触阻和触头头体体体体电电阻之和。阻之和。阻之和。阻之和。影响接触影响接触影响接触影响接触电电阻的因素及降低其阻的因素及降低其阻的因素及降低其阻的因素及降低其值值的措施：的措施：的措施：的措施：（1 1）触）触）触）触头头材料：材料：材料：材料：铜铜、黄、黄、黄、黄铜铜、青、青、青、青铜铜、铜铝过铜铝过渡接渡接渡接渡接头头片等片等片等片等（2 2）接触）接触）接触）接触压压力力力力（3 3）接触形式：点、）接触形式：点、）接触形式：点、）接触形式：点、线线、面接触的用途、面接触的用途、面接触的用途、面接触的用途（4 4）接触面的加工情况：平而不是光）接触面的加工情况：平而不是光）接触面的加工情况：平而不是光）接触面的加工情况：平而不是光 对电对电气触气触气触气触头头的要求的要求的要求的要求 （1 1）结结构可靠构可靠构可靠构可靠 （2 2）由良好的）由良好的）由良好的）由良好的导电导电性能和接触性能。性能和接触性能。性能和接触性能。性能和接触性能。（3 3）通）通）通）通过规过规定的定的定的定的电电流流流流时时，发热发热温度不超温度不超温度不超温度不超过规过规定定定定值值。（4 4）开断）开断）开断）开断规规定容量的定容量的定容量的定容量的电电流流流流时时有足有足有足有足够够的抗熔的抗熔的抗熔的抗熔焊焊和抗和抗和抗和抗电电弧弧弧弧烧伤烧伤 能力。能力。能力。能力。（5 5）通）通）通）通过过短路短路短路短路电电流流流流时时，具有足，具有足，具有足，具有足够够的的的的动稳动稳定和定和定和定和热稳热稳定。定。定。定。34.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-35u触触头头的工作情的工作情况况1、在、在长长期期负载电负载电流下的工作流下的工作 负载电流I触头RcI2Rc 发热 需采用降低温度及提高通流能力、严防金属氧化层造成的恶性循环的方法。2、在短、在短时时大大电电流下的工作流下的工作w在在t很短的瞬很短的瞬间间，电电流很大流很大会在某一点集聚大会在某一点集聚大热热量量触触头头的熔的熔焊焊 机械机械强强度度 弹弹力力w对对策：策：规规定短定短时发热时发热最高温度限最高温度限值值35.电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护电气设备及运行维护2-36习题及思考题21 何何为电为电弧？弧？简简述断路器触述断路器触头头开断开断时时断口断口电电弧的形弧的形成成过过程及由此程及由此 而确定的基本而确定的基本灭灭弧方法。弧方法。22 直流直流电电弧弧稳稳定燃定燃烧烧的条件的条件为为何？何？灭灭弧弧栅栅何何灭灭弧室弧室在在灭灭弧原理上由何差弧原理上由何差别别？23 交流交流电电弧弧电电流有何特点？熄流有何特点？熄灭灭交流交流电电弧的条件是弧的条件是什么？什么？24 什么叫介什么叫介质质强强度恢复度恢复过过程？什么叫程？什么叫电压电压恢复恢复过过程程？它？它们们与哪些因素有关？与哪些因素有关？25 在直流在直流电电弧和交流弧和交流电电弧中，将弧中，将长电长电弧分割成短弧分割成短电电弧弧灭灭弧室利用了什么原理？弧室利用了什么原理？26 电电气触气触头头主要有哪几种接触形式？各有什么特点主要有哪几种接触形式？各有什么特点？27 如果如果电电气触气触头发头发生振生振动动是什么原因造成的？有什是什么原因造成的？有什么危害？么危害？36.