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電弧的產(chǎn)生以及滅弧裝置的應(yīng)用

1.電弧的概念

開關(guān)設(shè)備進(jìn)行切斷電路或關(guān)合電路時(shí),若動(dòng)、靜觸頭之間的電場強(qiáng)度大于介質(zhì)強(qiáng)度，則觸頭之間.的絕緣氣體被擊穿，成為游離狀態(tài)，在游離狀態(tài)下的氣體具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性能，這實(shí)質(zhì)上是絕緣介質(zhì)轉(zhuǎn)變成了導(dǎo)電體，也就是形成了電弧。2.電弧的本質(zhì)

電弧的實(shí)質(zhì)是一種氣體放電現(xiàn)象。

3.電弧的危害

(1)電弧的存在延長了開關(guān)電器開斷故障電路的時(shí)間，加重了電力系統(tǒng)短路故障的危害。

(2)電弧產(chǎn)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(shè)備還可能引起著火、爆炸等危險(xiǎn)。

(3) 由于電弧在電動(dòng)力、熱力作用下能移動(dòng)，很容易造成飛弧短路和傷人，或引起事故的擴(kuò)大。

4.電弧放電的特征

(1)電弧由三部分組成。包括陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)。

(2)電弧溫度很高( 100000℃) 。

(3)電弧是一-種自持放電現(xiàn)象。

(4)電弧是一束游離的的氣體。

5.電弧現(xiàn)象

1）電弧是一種能量集中、溫度很高、亮度很強(qiáng)的放電現(xiàn)象。如10kV少油斷路器開斷20kA的電流時(shí)，電弧功率高達(dá)10000kW以上，造成電弧及其附近區(qū)域的介質(zhì)及其強(qiáng)烈的物理化學(xué)變化，可能燒壞觸頭及觸頭附近的其他部件。如果電弧長期不滅，將會(huì)引起電器被燒毀甚至爆炸，危機(jī)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，造成重大損失。所以，切斷電路時(shí)，必須盡快熄滅電弧。

2）電弧是導(dǎo)體。開關(guān)電器的觸頭雖然已經(jīng)分開，但是觸頭間如有電弧存在，電路就還沒有斷開，電流仍然存在。

3）電弧是一-種自持放電現(xiàn)象，即電弧- -旦形成，維持電弧穩(wěn)定燃燒所需的電壓很低。如，大氣中25px長的直流電弧的弧柱電壓只有15-30V，在變壓器油中也不過100一200V。

4）電弧是一束游離氣體,質(zhì)量很輕，容易變形，在外力作用下(如氣體、液體的流動(dòng)或電動(dòng)力作用)會(huì)迅速移動(dòng)、伸長或彎曲，對敞露在大氣中的電弧尤為明顯。如，在大氣中開斷交流110kV、5A的電流時(shí)，電弧長度超過7m。電弧移動(dòng)速度可達(dá)每秒幾十米至幾百米。

6.熄滅交流電弧的方法

（1）拉長電弧

電弧拉長以后，電弧電壓將會(huì)增大，從而改變電弧的伏安特性。在直流電弧中，其靜伏安特性上移，電弧可以熄滅；在交流電弧中，由于燃弧電壓的提高，電弧重燃困難。電弧的拉長可以沿電弧的軸向（縱向）拉長，也可以沿垂直于電弧軸向（橫向）拉長。

（2）滅弧罩

滅弧罩是讓電弧與固體介質(zhì)相接觸以降低電弧溫度，從而加速電弧熄滅的比較常用的裝置。滅弧罩的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但其基本構(gòu)成單元為“縫”。我們將滅弧罩壁與壁之間構(gòu)成的間隙稱作“縫”。根據(jù)縫的數(shù)量可分為單縫和多縫。根據(jù)縫的寬度與電弧直徑之比可分為窄縫與寬縫。縫的寬度小于電弧直徑的稱窄縫，大于電弧直徑的稱寬縫。根據(jù)縫的軸線與電弧軸線間的相對位置關(guān)系可分為縱縫與橫縫。縫的軸線和電弧軸線相平行的稱為縱縫，兩者相垂直的則稱為橫縫。

（3）油冷滅弧裝置

油冷滅弧是將電弧置于液體介質(zhì)（一般為變壓器油）中，電弧將油氣化、分解而形成油氣。油氣中主要成分是氫，在油中以氣泡的形式包圍電弧。氫氣具有很高的導(dǎo)熱系數(shù)，這就使電弧的熱量容易散發(fā)。另外，由于存在著溫度差，所以氣泡產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，又進(jìn)一步加強(qiáng)了電弧的冷卻。若要再提高其滅弧效果，可在油箱中加設(shè)一定機(jī)構(gòu)，使電弧定向發(fā)生運(yùn)動(dòng)，這就是油吹滅弧。由于油中的滅弧能力比大氣中滅弧能力強(qiáng)得多，所以這種方法一般用于高壓電器中，如油開關(guān)。

（4）氣吹滅弧裝置

氣吹滅弧是利用壓縮空氣來熄滅電弧的。壓縮空氣作用于電弧，可以很好地冷卻電弧、提高電弧區(qū)的壓力、很快帶走殘余的游離氣體，所以有較高的滅弧性能。按吹弧的方向分為:(1)縱吹吹弧的介質(zhì)(氣流或油流)沿電弧方向的吹拂稱為縱吹，縱吹能增強(qiáng)弧柱中的帶電質(zhì)點(diǎn)向外擴(kuò)散，使新鮮介質(zhì)更好地與熾熱電弧接觸，加強(qiáng)電弧的冷卻，有利于迅速滅弧。(2)橫吹橫吹時(shí)氣流或油流的方向與觸頭運(yùn)動(dòng)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(qiáng)冷卻和增強(qiáng)擴(kuò)散，還能將電弧迅速吹彎吹長。有介質(zhì)滅弧柵的橫吹滅弧室，柵片能更充分地冷卻和吸附電弧，加強(qiáng)去游離。在相同的工作條件下，橫吹比縱吹效果要好。(3)縱橫吹橫吹滅弧室在開斷小電流時(shí)因室內(nèi)壓力太小，開斷性能較差。為了改善開斷小電流時(shí)的滅弧性能，可將縱吹和橫吹結(jié)合起來。在大電流時(shí)主要靠橫吹，小電流時(shí)主要靠縱吹，這就是縱橫吹滅弧室。由于氣吹滅弧的滅弧能力較強(qiáng)，故一般運(yùn)用在高壓電器中。

7.滅弧設(shè)備

一般電路中，斷路器會(huì)包含滅弧系統(tǒng)，因此不必額外添加滅弧設(shè)備。斷路器又稱空氣開關(guān)，是指能夠關(guān)合、承載和開斷正常回路條件下的電流，并能關(guān)合、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)承載和開斷異常回路條件（包括短路條件）下的電流的開關(guān)裝置。斷路器一般由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、脫扣器、外殼等構(gòu)成。斷路器可用來分配電能，不頻繁地啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，對電源線路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器式開關(guān)與過欠熱繼電器等的組合。而且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰兏悴考Ｄ壳埃勋@得了廣泛的應(yīng)用。

8.斷路器類型：

根據(jù)斷路器安裝地點(diǎn)，可分為戶內(nèi)和戶外兩種。根據(jù)斷路器使用的滅弧介質(zhì)，可分為以下幾種類型：
　　1、油斷路器。油斷路器是以絕緣油為滅弧介質(zhì)。可分為多油斷路器和少油斷路器。在多油斷路器中，油不僅作為滅弧介質(zhì)，而且還作為絕緣介質(zhì)，因此用油量多，體積大。在少油斷路器中，油只作為滅弧介質(zhì)，因此用油量少體積小，耗用鋼材少。
　　2、空氣斷路器。空氣斷路器是以壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)，此種介質(zhì)防火、防爆、無毒、無腐蝕性，取用方便。空氣斷路器屬于他能式斷路器，靠壓縮空氣吹動(dòng)電弧使之冷卻，在電弧達(dá)到零值時(shí)，迅速將弧道中的離子吹走或使之復(fù)合而實(shí)現(xiàn)滅弧。空氣斷路器開斷能力強(qiáng)，開斷時(shí)間短，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝要求高，有色金屬消耗多，因此，空氣斷路器一般應(yīng)用在110KV及以上的電力系統(tǒng)中。
　　3、六氟化硫（SF6）斷路器。SF6斷路器采用具有優(yōu)良滅弧能力和絕緣能力的SF6氣體作為滅弧介質(zhì)，具有開斷能力強(qiáng)、動(dòng)作快、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但金屬消耗多，價(jià)格較貴。近年來SF6斷路器發(fā)展很快，在高壓和超高壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。尤其以SF6斷路器為主體的封閉式組合電器，是高壓和超高壓電器的重要發(fā)展方向。
　　4、真空斷路器。真空斷路器是在高度真空中滅弧。真空中的電弧是在觸頭分離時(shí)電極蒸發(fā)出來的金屬蒸汽中形成的。電弧中的離子和電子迅速向周圍空間擴(kuò)散。當(dāng)電弧電流到達(dá)零值時(shí)，觸頭間的粒子因擴(kuò)散而消失的數(shù)量超過產(chǎn)生的數(shù)量時(shí)，電弧即不能維持而熄滅。真空斷路器開斷能力強(qiáng)，開斷時(shí)間短、體積小、占用面積小、無噪聲、無污染、壽命長，可以頻繁操作，檢修周期長。真空斷路器目前在我國的配電系統(tǒng)中已逐漸得到廣泛應(yīng)用。此外，還有磁吹斷路器和自產(chǎn)氣斷路器，它們具有防火防爆，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。但是一般額定電壓不高，開斷能力不大，主要用作配電用斷路器 。