電弧及電氣觸頭基本知識

1、電氣設(shè)備電氣設(shè)備第二章第二章 電弧及電氣觸頭基本知識電弧及電氣觸頭基本知識 第一節(jié)第一節(jié) 電弧的基本知識電弧的基本知識第二節(jié)第二節(jié) 電弧的特性和熄滅方法電弧的特性和熄滅方法 第三節(jié)電氣觸頭基本知識第三節(jié)電氣觸頭基本知識 電氣設(shè)備電氣設(shè)備課程要求重點難點教學(xué)內(nèi)容思考練習(xí)第二章第二章 電弧及電氣觸頭基本知識電弧及電氣觸頭基本知識 第一節(jié)第一節(jié) 電弧的基本知識電弧的基本知識電氣設(shè)備電氣設(shè)備首頁電氣設(shè)備電氣設(shè)備首頁電氣設(shè)備電氣設(shè)備首頁電氣設(shè)備電氣設(shè)備弧心：溫度最高、電流密度最大的弧柱中心部位。弧心：溫度最高、電流密度最大的弧柱中心部位?；⊙妫夯≈車鷾囟容^低、亮度明顯減弱的部分?；⊙妫夯≈車鷾囟容^低

2、、亮度明顯減弱的部分?；≈鶇^(qū)中心可達到弧柱區(qū)中心可達到10000以上，表面溫度也有以上，表面溫度也有30004000。 電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣設(shè)備觸頭開斷瞬間產(chǎn)生少量的自由電子的原因：陰極的熱電子發(fā)射或強電場發(fā)射。觸頭開斷瞬間產(chǎn)生少量的自由電子的原因：陰極的熱電子發(fā)射或強電場發(fā)射。 熱電子發(fā)射：熱電子發(fā)射：觸頭剛分離時，觸頭間的接觸壓力和接觸面積不斷減小，接觸觸頭剛分離時，觸頭間的接觸壓力和接觸面積不斷減小，接觸電阻迅速增大，使接觸處劇烈發(fā)熱，局部高溫使此處電子獲得動能，就可能電阻迅速增大，使接觸處劇烈發(fā)熱，局部高溫使此處電子獲得動能，就可能發(fā)射出來成為自由電子。發(fā)射出來成為自由電子。

3、強電場發(fā)射：強電場發(fā)射：觸頭剛分離時，由于觸頭間的間隙很小，在電壓作用下間隙形觸頭剛分離時，由于觸頭間的間隙很小，在電壓作用下間隙形成很高的電場強度，當(dāng)電場強度超過成很高的電場強度，當(dāng)電場強度超過3106Vm時，陰極觸頭表面的電子時，陰極觸頭表面的電子就可能在強電場力的作用下，被拉出金屬表面成為自由電子。就可能在強電場力的作用下，被拉出金屬表面成為自由電子。 電氣設(shè)備電氣設(shè)備 碰撞游離：自由電子，在電場力作用下加速運動，不斷與中性氣體質(zhì)點碰撞游離：自由電子，在電場力作用下加速運動，不斷與中性氣體質(zhì)點（原子或分子）撞擊，如果電場足夠強，自由電子動能足夠大，碰撞時就能（原子或分子）撞擊，如果電場足

4、夠強，自由電子動能足夠大，碰撞時就能將中性原子外層軌道上的電子撞擊出來，脫離原子核內(nèi)正電荷吸引力的束縛，將中性原子外層軌道上的電子撞擊出來，脫離原子核內(nèi)正電荷吸引力的束縛，成為新的自由電子。失去自由電子的原子則帶正電，稱為正離子。新的自由成為新的自由電子。失去自由電子的原子則帶正電，稱為正離子。新的自由電子又去碰撞另外的中性原子電子又去碰撞另外的中性原子此過程愈演愈烈，發(fā)展成為此過程愈演愈烈，發(fā)展成為“電子崩電子崩” 。 當(dāng)帶電粒子積累到一定的數(shù)量時，介質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)發(fā)生改變，由絕緣體變當(dāng)帶電粒子積累到一定的數(shù)量時，介質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)發(fā)生改變，由絕緣體變?yōu)閷?dǎo)體，在外加電壓的作用下，電流通過觸頭間隙，

5、發(fā)出聲響和強烈的白光，為導(dǎo)體，在外加電壓的作用下，電流通過觸頭間隙，發(fā)出聲響和強烈的白光，就形成了電弧。就形成了電弧。 游離：中性質(zhì)點轉(zhuǎn)化為帶電質(zhì)點的過程。游離：中性質(zhì)點轉(zhuǎn)化為帶電質(zhì)點的過程。 電場游離主要取決于電子運動電場游離主要取決于電子運動速度，即取決于電場強度、電子的速度，即取決于電場強度、電子的平均自由行程以及氣體的性質(zhì)。平均自由行程以及氣體的性質(zhì)。 觸頭間電壓越高，電場強度也觸頭間電壓越高，電場強度也越高，則氣體容易被擊穿。越高，則氣體容易被擊穿。 注意：注意： 氣體的壓力越大，越不容氣體的壓力越大，越不容易產(chǎn)生電場游離。易產(chǎn)生電場游離。電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣

6、設(shè)備使弧隙中正離子和自由電子減少。使弧隙中正離子和自由電子減少。 復(fù)合復(fù)合 擴散擴散 正負(fù)電荷中和成為中性質(zhì)點的現(xiàn)象。正負(fù)電荷中和成為中性質(zhì)點的現(xiàn)象。 電弧中的自由電子和正離子散溢到電弧外面，并與周圍未被游離電弧中的自由電子和正離子散溢到電弧外面，并與周圍未被游離的冷介質(zhì)相混合的現(xiàn)象。的冷介質(zhì)相混合的現(xiàn)象。 要使電弧熄滅，必須使去游離作用強于游離作用。要使電弧熄滅，必須使去游離作用強于游離作用。 （1）介質(zhì)的特性）介質(zhì)的特性 （2）電弧的溫度）電弧的溫度 （3）氣體介質(zhì)壓力）氣體介質(zhì)壓力 （4）游離質(zhì)點的密度）游離質(zhì)點的密度 （5）觸頭材料）觸頭材料 電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣設(shè)備課程要求重

7、點難點教學(xué)內(nèi)容思考練習(xí)第二章第二章 電弧及電氣觸頭基本知識電弧及電氣觸頭基本知識 第二節(jié)第二節(jié) 電弧的特性和熄電弧的特性和熄滅方法滅方法 電氣設(shè)備電氣設(shè)備首頁電氣設(shè)備電氣設(shè)備首頁電氣設(shè)備電氣設(shè)備首頁電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣設(shè)備電弧的溫度、直徑以及電弧電壓隨時間變化。電弧的溫度、直徑以及電弧電壓隨時間變化。 電弧電壓呈馬鞍形變化，電流小時，電弧電壓高，電流大時，電弧電壓電弧電壓呈馬鞍形變化，電流小時，電弧電壓高，電流大時，電弧電壓減小且接近于常數(shù)。減小且接近于常數(shù)。A點：燃弧電壓點：燃弧電壓B點：熄弧電壓點：熄弧電壓 由于弧柱的受熱升溫或散熱降溫都有一定過程，跟不上快速變化的

8、電流，由于弧柱的受熱升溫或散熱降溫都有一定過程，跟不上快速變化的電流，所以電弧溫度的變化總滯后于電流的變化，這種現(xiàn)象稱為電弧的熱慣性。所以電弧溫度的變化總滯后于電流的變化，這種現(xiàn)象稱為電弧的熱慣性。 電流過零時，電弧自然熄滅。電流過零時，電弧自然熄滅。 如果電弧是穩(wěn)定燃燒的，則電弧電流過零熄滅后，在另半周又會重燃。如果電弧是穩(wěn)定燃燒的，則電弧電流過零熄滅后，在另半周又會重燃。 如果電弧過零后，電弧不發(fā)生重燃，電弧就熄滅。如果電弧過零后，電弧不發(fā)生重燃，電弧就熄滅。 電氣設(shè)備電氣設(shè)備 恢復(fù)過程：電弧電流過零，電弧熄滅時，弧隙中去游離作用繼續(xù)進行，恢復(fù)過程：電弧電流過零，電弧熄滅時，弧隙中去游離作

9、用繼續(xù)進行，弧隙電阻不斷增大，弧隙介質(zhì)的介電強度要恢復(fù)到正常狀態(tài)值所需要的過程?；∠峨娮璨粩嘣龃?，弧隙介質(zhì)的介電強度要恢復(fù)到正常狀態(tài)值所需要的過程。 介質(zhì)介電強度的恢復(fù)速度與冷卻條件、電流大小、開關(guān)電器滅弧裝置的介質(zhì)介電強度的恢復(fù)速度與冷卻條件、電流大小、開關(guān)電器滅弧裝置的結(jié)構(gòu)和滅弧介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。結(jié)構(gòu)和滅弧介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。 低壓電器常利用近陰極效應(yīng)來滅弧。低壓電器常利用近陰極效應(yīng)來滅弧。 影響介質(zhì)介電強度恢復(fù)速率的主要因素：影響介質(zhì)介電強度恢復(fù)速率的主要因素：（1）弧隙溫度。）弧隙溫度。 （2）弧隙介質(zhì)特性。）弧隙介質(zhì)特性。 （3）滅弧介質(zhì)的壓力。）滅弧介質(zhì)的壓力。 （4）斷路器觸頭的分?jǐn)嗨?/p>

10、度。）斷路器觸頭的分?jǐn)嗨俣取ｋ姎庠O(shè)備電氣設(shè)備 電流過零后，弧隙電壓從熄弧電壓恢復(fù)到電源電壓的過程，用電流過零后，弧隙電壓從熄弧電壓恢復(fù)到電源電壓的過程，用Uhf（t）表示，恢復(fù)過程與電路參數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)等有關(guān)。受電路參數(shù)）表示，恢復(fù)過程與電路參數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)等有關(guān)。受電路參數(shù)等因素的影響，電壓恢復(fù)過程可能是周期性的變化過程，也可能是等因素的影響，電壓恢復(fù)過程可能是周期性的變化過程，也可能是非周期性變化過程。非周期性變化過程。 不會在電壓恢復(fù)過不會在電壓恢復(fù)過程中出現(xiàn)過電壓程中出現(xiàn)過電壓 周期性振蕩的恢周期性振蕩的恢復(fù)電壓更容易超過弧復(fù)電壓更容易超過弧隙介質(zhì)強度，造成電隙介質(zhì)強度，造成電弧重燃。弧重

11、燃。 電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣設(shè)備 利用滅弧介質(zhì)（氣體、油等）在滅弧室中吹動電弧，廣泛應(yīng)用在開利用滅弧介質(zhì)（氣體、油等）在滅弧室中吹動電弧，廣泛應(yīng)用在開關(guān)電器中，特別是高壓斷路器中。關(guān)電器中，特別是高壓斷路器中。 橫吹橫吹 縱吹縱吹 縱橫吹縱橫吹 熄弧時，利用多斷口把電弧分解為多個相串聯(lián)的短電弧，使電弧的總長度加熄弧時，利用多斷口把電弧分解為多個相串聯(lián)的短電弧，使電弧的總長度加長，弧隙電導(dǎo)下降；在觸頭行程、分閘速度相同的情況下，電弧被拉長的速度成長，弧隙電導(dǎo)下降；在觸頭行程、分閘速度相同的情況下，電弧被拉長的速度成倍增加，促使弧隙電導(dǎo)迅速下降，提高了介電強度的恢復(fù)速度；另一方面，加在倍增加

12、，促使弧隙電導(dǎo)迅速下降，提高了介電強度的恢復(fù)速度；另一方面，加在每一斷口上的電壓減小數(shù)倍，輸入電弧的功率和能量減小，降低了弧隙電壓的恢每一斷口上的電壓減小數(shù)倍，輸入電弧的功率和能量減小，降低了弧隙電壓的恢復(fù)速度，縮短了滅弧時間。復(fù)速度，縮短了滅弧時間。 迅速拉長電弧，有利于迅速減小弧柱內(nèi)的電位梯度，迅速拉長電弧，有利于迅速減小弧柱內(nèi)的電位梯度，增加電弧與周圍介質(zhì)的接觸面積，加強冷卻和擴散作用，增加電弧與周圍介質(zhì)的接觸面積，加強冷卻和擴散作用，如采用強力分閘彈簧。如采用強力分閘彈簧。 電氣設(shè)備電氣設(shè)備銅鎢合金和銀鎢合金銅鎢合金和銀鎢合金 油、壓縮空氣、油、壓縮空氣、SF6氣體、真空氣體、真空利用

13、一個金屬滅弧柵將電弧分為多個短弧，利用近陰極效應(yīng)的方法滅弧。利用一個金屬滅弧柵將電弧分為多個短弧，利用近陰極效應(yīng)的方法滅弧。 常用于低壓開關(guān)電器中，如自動開關(guān)和電磁接觸器等。常用于低壓開關(guān)電器中，如自動開關(guān)和電磁接觸器等。 廣泛應(yīng)用于低壓開關(guān)。廣泛應(yīng)用于低壓開關(guān)。電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣設(shè)備電氣設(shè)備課程要求重點難點教學(xué)內(nèi)容思考練習(xí)第二章第二章 電弧及電氣觸頭基本知識電弧及電氣觸頭基本知識 第三節(jié)電氣觸頭基本知識第三節(jié)電氣觸頭基本知識 電氣設(shè)備電氣設(shè)備首頁電氣設(shè)備電氣設(shè)備首頁電氣設(shè)備電氣設(shè)備首頁電氣設(shè)備電氣設(shè)備（1）結(jié)構(gòu)可靠；）結(jié)構(gòu)可靠；（2）接觸電阻小且穩(wěn)定，即有良好導(dǎo)電性能和接觸性能；）接觸電阻

14、小且穩(wěn)定，即有良好導(dǎo)電性能和接觸性能；（3）通過規(guī)定電流時，發(fā)熱穩(wěn)定而且溫度不超過允許值；）通過規(guī)定電流時，發(fā)熱穩(wěn)定而且溫度不超過允許值；（4）通過短路電流時，具有足夠的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；）通過短路電流時，具有足夠的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；（5）開斷規(guī)定的短路電流時，觸頭不被灼傷，磨損盡可能小，）開斷規(guī)定的短路電流時，觸頭不被灼傷，磨損盡可能小，不發(fā)生熔焊現(xiàn)象。不發(fā)生熔焊現(xiàn)象。電氣設(shè)備電氣設(shè)備不同壓力作用時兩觸頭表面的接觸情況（不同壓力作用時兩觸頭表面的接觸情況（F2F1） 在開關(guān)電器中，一般在觸頭上附加鋼性彈簧，以增大并保持觸頭間的在開關(guān)電器中，一般在觸頭上附加鋼性彈簧，以增大并保持觸頭間的接

15、觸壓力，使觸頭接觸可靠，減小接觸電阻并保持穩(wěn)定。接觸壓力，使觸頭接觸可靠，減小接觸電阻并保持穩(wěn)定。 材料：銅、黃銅和青銅等。材料：銅、黃銅和青銅等。為了防止氧化，通常在觸頭表面鍍上一層錫或鉛錫合金。為了防止氧化，通常在觸頭表面鍍上一層錫或鉛錫合金。鍍錫銅觸頭：鍍錫銅觸頭： 環(huán)境溫度可在環(huán)境溫度可在60以上，可用在戶外裝置，也可用在潮濕場所。以上，可用在戶外裝置，也可用在潮濕場所。 鍍銀觸頭：鍍銀觸頭： 用于戶外裝置或潮濕場所使用的大電流觸頭。用于戶外裝置或潮濕場所使用的大電流觸頭。 鋼制觸頭：鋼制觸頭： 接觸表面應(yīng)鍍錫，并涂上兩層漆加以密封。接觸表面應(yīng)鍍錫，并涂上兩層漆加以密封。 鋁制觸頭：鋁

16、制觸頭： 表面涂中性凡士林油加以覆蓋，以防氧化。表面涂中性凡士林油加以覆蓋，以防氧化。 電氣設(shè)備電氣設(shè)備直接連接直接連接 鋁與鋁：鋁與鋁：銅與銅銅與銅 （干燥室內(nèi)（干燥室內(nèi) ）：）：直接連接直接連接 銅與銅銅與銅 （室外、高溫潮濕、腐蝕性氣體室內(nèi)（室外、高溫潮濕、腐蝕性氣體室內(nèi) ）：）：搪錫搪錫 鋼與鋼：鋼與鋼： 搪錫或鍍鋅搪錫或鍍鋅 銅與鋁（干燥室內(nèi)銅與鋁（干燥室內(nèi) ）：）： 銅搪錫銅搪錫 銅與鋁（室外、空氣濕度接近銅與鋁（室外、空氣濕度接近l00%室內(nèi)室內(nèi) ）：）： 過渡板，銅搪錫過渡板，銅搪錫鋼與鋁鋼與鋁/鋼與銅鋼與銅 ： 鋼搪錫鋼搪錫 電氣設(shè)備電氣設(shè)備 優(yōu)點：壓強較大、接觸點較固定、接

17、觸電阻穩(wěn)定、觸頭結(jié)構(gòu)簡單、自優(yōu)點：壓強較大、接觸點較固定、接觸電阻穩(wěn)定、觸頭結(jié)構(gòu)簡單、自凈作用較強。凈作用較強。缺點：接觸面積小、不宜通過較大電流、熱穩(wěn)定性差。缺點：接觸面積小、不宜通過較大電流、熱穩(wěn)定性差。 用途：只用在工作電流和短路電流較小的情況，如繼電器和開關(guān)電器輔用途：只用在工作電流和短路電流較小的情況，如繼電器和開關(guān)電器輔助觸點等。助觸點等。電氣設(shè)備電氣設(shè)備 特點：壓力強度較大，在同樣壓力下，線觸頭比面接觸觸頭的特點：壓力強度較大，在同樣壓力下，線觸頭比面接觸觸頭的實際接觸點要多，接觸面積比較穩(wěn)定。觸頭間的運動形式是一個觸頭實際接觸點要多，接觸面積比較穩(wěn)定。觸頭間的運動形式是一個觸頭

18、沿另一個觸頭的表面滑動，從而可減小接觸電阻，銅制線觸頭的接觸沿另一個觸頭的表面滑動，從而可減小接觸電阻，銅制線觸頭的接觸電阻是平面觸頭的電阻是平面觸頭的1/21/3，廣泛應(yīng)用于高、低壓開關(guān)電器中。，廣泛應(yīng)用于高、低壓開關(guān)電器中。 特點：觸頭容量較大，接觸點數(shù)和實際接觸面積仍比較小，為特點：觸頭容量較大，接觸點數(shù)和實際接觸面積仍比較小，為保證觸頭的動穩(wěn)定，減小接觸電阻，就必須對觸頭施加更大的壓力。保證觸頭的動穩(wěn)定，減小接觸電阻，就必須對觸頭施加更大的壓力。 電氣設(shè)備電氣設(shè)備母線之間，母線與電器引出端頭的連接等。母線之間，母線與電器引出端頭的連接等。 1）可拆卸的連接：采用螺栓連接方式，以方便安裝和維修。）可拆卸的連接：采用螺栓連接方式，以方便安裝和維修。 2）不可拆卸的連接：采用鉚接或壓接方式，觸頭連接后便不可拆卸。）不可拆卸的連接：采用鉚接或壓接方式，觸頭連接后便不可拆卸。防腐的方法一般是在觸頭連接后，在外面涂以絕緣漆、瓷釉或凡士林油等。防腐的方法一般是在觸頭連接后，在外面涂以絕緣漆、瓷釉或凡士林油等。 電氣設(shè)備電氣設(shè)備1）對接式觸頭）對接式觸頭 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，分?jǐn)嗨俣瓤?。?yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，分?jǐn)嗨俣瓤?。缺點：接觸面不夠穩(wěn)定，易發(fā)生觸頭彈跳，沒有