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電弧的產生以及滅弧裝置的應用

1.電弧的概念

開關設備進行切斷電路或關合電路時,若動、靜觸頭之間的電場強度大于介質強度，則觸頭之間.的絕緣氣體被擊穿，成為游離狀態，在游離狀態下的氣體具有很強的導電性能，這實質上是絕緣介質轉變成了導電體，也就是形成了電弧。2.電弧的本質

電弧的實質是一種氣體放電現象。

3.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。

4.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( 100000℃) 。

(3)電弧是一-種自持放電現象。

(4)電弧是一束游離的的氣體。

5.電弧現象

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

2）電弧是導體。開關電器的觸頭雖然已經分開，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-種自持放電現象，即電弧- -旦形成，維持電弧穩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,質量很輕，容易變形，在外力作用下(如氣體、液體的流動或電動力作用)會迅速移動、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，電弧長度超過7m。電弧移動速度可達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。滅弧罩的結構形式多種多樣，但其基本構成單元為“縫”。我們將滅弧罩壁與壁之間構成的間隙稱作“縫”。根據縫的數量可分為單縫和多縫。根據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。根據縫的軸線與電弧軸線間的相對位置關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（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。氫氣具有很高的導熱系數，這就使電弧的熱量容易散發。另外，由于存在著溫度差，所以氣泡產生運動，又進一步加強了電弧的冷卻。若要再提高其滅弧效果，可在油箱中加設一定機構，使電弧定向發生運動，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得多，所以這種方法一般用于高壓電器中，如油開關。

（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(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。有介質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。由于氣吹滅弧的滅弧能力較強，故一般運用在高壓電器中。

7.滅弧設備

一般電路中，斷路器會包含滅弧系統，因此不必額外添加滅弧設備。斷路器又稱空氣開關，是指能夠關合、承載和開斷正常回路條件下的電流，并能關合、在規定的時間內承載和開斷異常回路條件（包括短路條件）下的電流的開關裝置。斷路器一般由觸頭系統、滅弧系統、操作機構、脫扣器、外殼等構成。斷路器可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電動機等實行保護，當它們發生嚴重的過載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當于熔斷器式開關與過欠熱繼電器等的組合。而且在分斷故障電流后一般不需要變更零部件。目前，已獲得了廣泛的應用。

8.斷路器類型：

根據斷路器安裝地點，可分為戶內和戶外兩種。根據斷路器使用的滅弧介質，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。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，而且還作為絕緣介質，因此用油量多，體積大。在少油斷路器中，油只作為滅弧介質，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，此種介質防火、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，靠壓縮空氣吹動電弧使之冷卻，在電弧達到零值時，迅速將弧道中的離子吹走或使之復合而實現滅弧。空氣斷路器開斷能力強，開斷時間短，但結構復雜，工藝要求高，有色金屬消耗多，因此，空氣斷路器一般應用在110KV及以上的電力系統中。
　　3、六氟化硫（SF6）斷路器。SF6斷路器采用具有優良滅弧能力和絕緣能力的SF6氣體作為滅弧介質，具有開斷能力強、動作快、體積小等優點，但金屬消耗多，價格較貴。近年來SF6斷路器發展很快，在高壓和超高壓系統中得到廣泛應用。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電極蒸發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散。當電弧電流到達零值時，觸頭間的粒子因擴散而消失的數量超過產生的數量時，電弧即不能維持而熄滅。真空斷路器開斷能力強，開斷時間短、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中已逐漸得到廣泛應用。此外，還有磁吹斷路器和自產氣斷路器，它們具有防火防爆，使用方便等優點。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 。