發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)

1、電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-1整理ppt第二章第二章 電弧與電氣觸頭的基本知識電弧與電氣觸頭的基本知識第一節(jié)第一節(jié) 電弧的形成與熄滅電弧的形成與熄滅 第二節(jié)第二節(jié) 交流電弧的特性及熄滅交流電弧的特性及熄滅 第三節(jié)第三節(jié) 開關(guān)電器中熄滅交流電弧的基本方法開關(guān)電器中熄滅交流電弧的基本方法第四節(jié)第四節(jié) 電氣觸頭的基本知識電氣觸頭的基本知識 本章計(jì)劃學(xué)時(shí)：本章計(jì)劃學(xué)時(shí)：4 學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-2整理ppt本章教學(xué)要求本章教學(xué)要求了解電弧的危害，熟悉電弧的形成過程了解電弧的危害，熟悉電弧的形成過程熟悉交流電弧的特性，交流電弧的熄滅條件熟悉交流電弧的特性，交流電弧的

2、熄滅條件 了解交流電弧的開斷過程了解交流電弧的開斷過程掌握熄滅交流電弧的基本方法掌握熄滅交流電弧的基本方法熟悉電氣觸頭的基本要求，及觸頭的分類和結(jié)構(gòu)熟悉電氣觸頭的基本要求，及觸頭的分類和結(jié)構(gòu)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-3整理ppt第一節(jié)第一節(jié) 電弧的形成與熄滅電弧的形成與熄滅一、開關(guān)電器的滅弧原理一、開關(guān)電器的滅弧原理 （一）電弧現(xiàn)象（一）電弧現(xiàn)象 1) 電弧電?。菏且环N氣體游離放電現(xiàn)象。是一種氣體游離放電現(xiàn)象。 2) 產(chǎn)生電弧的條件產(chǎn)生電弧的條件：用開關(guān)電器開斷電源電壓大于用開關(guān)電器開斷電源電壓大于10 20 V，電流大于，電流大于80 100mA的電路時(shí)，就會發(fā)生電弧。的電路時(shí)

3、，就會發(fā)生電弧。 3) 電弧的特點(diǎn)電弧的特點(diǎn)：能量集中，溫度很高，亮度很強(qiáng)；電弧是能量集中，溫度很高，亮度很強(qiáng)；電弧是良導(dǎo)體。良導(dǎo)體。 4) 電弧的利用電弧的利用：電弧在工業(yè)上有很多有益的應(yīng)用，例如，電弧在工業(yè)上有很多有益的應(yīng)用，例如，利用其高溫的電弧焊接機(jī)，電弧煉鋼爐等。利用其高溫的電弧焊接機(jī)，電弧煉鋼爐等。 5) 電弧的危害電弧的危害：在開關(guān)電器中，電弧是有害的，要求盡快在開關(guān)電器中，電弧是有害的，要求盡快地熄滅，否則會燒壞開關(guān)觸頭，誤拉隔離開關(guān)會造成相間短路地熄滅，否則會燒壞開關(guān)觸頭，誤拉隔離開關(guān)會造成相間短路和人身傷亡。和人身傷亡。 電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-4整理ppt

4、 6) 特征特征： 氣體導(dǎo)電（輕、易變形）；氣體導(dǎo)電（輕、易變形）； 電弧的能量集中，溫度很高，亮度很強(qiáng)電弧的能量集中，溫度很高，亮度很強(qiáng)例：例：10kvQF斷開斷開20kA的電流，電弧功率達(dá)到的電流，電弧功率達(dá)到 1萬萬kw以上以上 電弧由陰極區(qū)，陽極區(qū)和弧柱區(qū)組成。電弧由陰極區(qū)，陽極區(qū)和弧柱區(qū)組成。 弧柱處溫度最高，可達(dá)弧柱處溫度最高，可達(dá)67k0C到到1萬度以上在弧柱周圍萬度以上在弧柱周圍溫度較低，亮度明顯減弱的部分叫溫度較低，亮度明顯減弱的部分叫弧焰，電流幾乎都從弧弧焰，電流幾乎都從弧柱內(nèi)部流過。柱內(nèi)部流過?；?柱陽 極 區(qū)陰 極 區(qū)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-5整理ppt

5、 電弧的氣體放電是自持放電，維持電弧燃燒的電壓很低。電弧的氣體放電是自持放電，維持電弧燃燒的電壓很低。在大氣中，在大氣中，1cm長的直流電弧的弧柱電壓僅長的直流電弧的弧柱電壓僅1530v，在變壓器油中在變壓器油中1cm長的直流電弧的弧柱電壓僅長的直流電弧的弧柱電壓僅100220v。 電弧是一束游離的氣體，質(zhì)量極輕，極易變形。電弧是一束游離的氣體，質(zhì)量極輕，極易變形。 電弧在氣體或液體的流動作用下或電動力作用下，能迅電弧在氣體或液體的流動作用下或電動力作用下，能迅速移動、伸長或彎曲。速移動、伸長或彎曲。電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-6整理ppt（二）電弧的產(chǎn)生與熄滅（二）電弧的產(chǎn)生與熄

6、滅 游游 離離中性質(zhì)點(diǎn)分解成自由電子和正離子中性質(zhì)點(diǎn)分解成自由電子和正離子。去游離去游離電子和正離子相互吸引還原為中性質(zhì)點(diǎn)電子和正離子相互吸引還原為中性質(zhì)點(diǎn)。1. 電弧的產(chǎn)生電弧的產(chǎn)生 1）強(qiáng)電場發(fā)射強(qiáng)電場發(fā)射：E=U / s 大于大于3106 V/m時(shí)，金屬觸頭陰時(shí)，金屬觸頭陰極表面就會發(fā)射自由電子極表面就會發(fā)射自由電子。 2）熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射：在開關(guān)分閘時(shí)，動靜觸頭之間的接觸壓在開關(guān)分閘時(shí)，動靜觸頭之間的接觸壓力和接觸面積減小，接觸電阻增大，接觸表面發(fā)熱嚴(yán)重，產(chǎn)生力和接觸面積減小，接觸電阻增大，接觸表面發(fā)熱嚴(yán)重，產(chǎn)生局部高溫，陰極金屬材料中的電子獲得動能而逸出成為自由電局部高溫，陰極金

7、屬材料中的電子獲得動能而逸出成為自由電子。子。 電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-7整理ppt 3）加速運(yùn)動加速運(yùn)動：自由電子，在強(qiáng)電場的作用下，向陽極作自由電子，在強(qiáng)電場的作用下，向陽極作加速運(yùn)動。加速運(yùn)動。 4）碰撞游離碰撞游離：加速運(yùn)動獲得動能的自由電子在運(yùn)動中與加速運(yùn)動獲得動能的自由電子在運(yùn)動中與中性質(zhì)點(diǎn)發(fā)生碰撞，中性質(zhì)點(diǎn)中的電子獲得能量產(chǎn)生躍遷，跳中性質(zhì)點(diǎn)發(fā)生碰撞，中性質(zhì)點(diǎn)中的電子獲得能量產(chǎn)生躍遷，跳到能級更高的軌道上，如果獲得的能量足夠大，自由電子就能到能級更高的軌道上，如果獲得的能量足夠大，自由電子就能脫離原子核的束縛，游離成自由電子和正離子。脫離原子核的束縛，游離成自由電

8、子和正離子。 5）雪崩雪崩：游離的結(jié)果導(dǎo)致觸頭間自由電子數(shù)量劇增游離的結(jié)果導(dǎo)致觸頭間自由電子數(shù)量劇增 。 6）介質(zhì)擊穿產(chǎn)生電弧介質(zhì)擊穿產(chǎn)生電?。簞≡龅碾娮觿≡龅碾娮有纬呻娏?，介質(zhì)被擊形成電流，介質(zhì)被擊穿而產(chǎn)生電弧。穿而產(chǎn)生電弧。電弧形成小結(jié)電弧形成小結(jié)自由電子的來源自由電子的來源 (即游離方式即游離方式) 電極發(fā)射大量自由電子：熱電子電極發(fā)射大量自由電子：熱電子+強(qiáng)電場發(fā)射強(qiáng)電場發(fā)射 弧柱區(qū)的氣體游離：碰撞游離弧柱區(qū)的氣體游離：碰撞游離+熱游離熱游離電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-8整理ppt電弧的形成電弧的形成其中：陰極發(fā)射（起因）其中：陰極發(fā)射（起因）碰撞游離（重要因素）碰撞游離（

9、重要因素）擊穿擊穿（量變到質(zhì)變）（量變到質(zhì)變）熱游離（主要因素）熱游離（主要因素）維持發(fā)展維持發(fā)展熱電子、強(qiáng)電場發(fā)射陰極發(fā)射 2電弧的維持與發(fā)展電弧的維持與發(fā)展 1）由于電弧的）由于電弧的 r 小，電弧形成后，觸頭間的電壓和電場強(qiáng)小，電弧形成后，觸頭間的電壓和電場強(qiáng)度很低，強(qiáng)電場發(fā)射停止。度很低，強(qiáng)電場發(fā)射停止。 2）由于電弧在燃燒過程中溫度很高，可達(dá)到幾千度甚至）由于電弧在燃燒過程中溫度很高，可達(dá)到幾千度甚至上萬度，陰極表面繼續(xù)進(jìn)行熱電子發(fā)射。上萬度，陰極表面繼續(xù)進(jìn)行熱電子發(fā)射。電弧熱游離溫度磁撞游離加速電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-9整理ppt 3）另一方面介質(zhì)的分子和原子在高溫

10、下將產(chǎn)生強(qiáng)烈的分）另一方面介質(zhì)的分子和原子在高溫下將產(chǎn)生強(qiáng)烈的分子熱運(yùn)動，獲得動能的中性質(zhì)點(diǎn)之間不斷地發(fā)生碰撞，游離子熱運(yùn)動，獲得動能的中性質(zhì)點(diǎn)之間不斷地發(fā)生碰撞，游離成自由電子和正離子，此即所謂熱游離。成自由電子和正離子，此即所謂熱游離。 4）熱發(fā)射和熱游離給弧隙提供了大量的自由電子，電流）熱發(fā)射和熱游離給弧隙提供了大量的自由電子，電流繼續(xù)流過，電弧的燃燒得以維持。繼續(xù)流過，電弧的燃燒得以維持。 3電弧的熄滅電弧的熄滅 1）復(fù)合去游離：復(fù)合去游離：正離子和負(fù)離子相互吸引而中和成為中正離子和負(fù)離子相互吸引而中和成為中性質(zhì)點(diǎn)的過程。性質(zhì)點(diǎn)的過程。自由電子的自由電子的 v 遠(yuǎn)大于正離子，它們直接復(fù)

11、合的遠(yuǎn)大于正離子，它們直接復(fù)合的可能性很小，往往是自由電子先附著在中性質(zhì)點(diǎn)上，形成負(fù)離可能性很小，往往是自由電子先附著在中性質(zhì)點(diǎn)上，形成負(fù)離子，運(yùn)動速度大大減慢，此時(shí)正離子和負(fù)離子更容易復(fù)合。子，運(yùn)動速度大大減慢，此時(shí)正離子和負(fù)離子更容易復(fù)合。 2）擴(kuò)散去游離：擴(kuò)散去游離：自由電子和正離子逸出電弧而進(jìn)入周圍自由電子和正離子逸出電弧而進(jìn)入周圍介質(zhì)中，被周圍介質(zhì)冷卻而復(fù)合的過程。介質(zhì)中，被周圍介質(zhì)冷卻而復(fù)合的過程。 由于電弧內(nèi)外的由于電弧內(nèi)外的電荷濃度電荷濃度及及溫差溫差的不同，自由電子和正離的不同，自由電子和正離子將向濃度和溫度都低的周圍介質(zhì)中擴(kuò)散，在低溫處，電子和子將向濃度和溫度都低的周圍介質(zhì)

12、中擴(kuò)散，在低溫處，電子和離子的離子的v減慢而復(fù)合成為中性質(zhì)點(diǎn)。減慢而復(fù)合成為中性質(zhì)點(diǎn)。電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-10整理ppt 影響游離和去游離的因素影響游離和去游離的因素電弧溫度：電弧溫度：熱游離熱游離Q 速度速度復(fù)合加強(qiáng)復(fù)合加強(qiáng)Q 使溫度降低的方法有：吹弧、拉長電弧、或與冷卻介質(zhì)表面接觸。使溫度降低的方法有：吹弧、拉長電弧、或與冷卻介質(zhì)表面接觸。 電場強(qiáng)度：電場強(qiáng)度：E 運(yùn)動速度運(yùn)動速度復(fù)合復(fù)合 Q熱游離熱游離氣體介質(zhì)的壓力：氣體介質(zhì)的壓力：F自由行程縮短自由行程縮短離子濃度離子濃度復(fù)合復(fù)合 真空數(shù)目少真空數(shù)目少磁撞游離磁撞游離擴(kuò)散擴(kuò)散介質(zhì)特性：介質(zhì)特性：包括氣體的介電強(qiáng)度、

13、導(dǎo)熱系數(shù)、熱容量、電負(fù)荷包括氣體的介電強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)、熱容量、電負(fù)荷電極材料：電極材料：銅、銀、銅鎢、銀鎢合金銅、銀、銅鎢、銀鎢合金n 具有熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱能力強(qiáng)、熱容量大的特點(diǎn)，可減少熱電子發(fā)射和弧柱中具有熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱能力強(qiáng)、熱容量大的特點(diǎn)，可減少熱電子發(fā)射和弧柱中的金屬蒸氣。的金屬蒸氣。電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-11整理ppt 游離作用等于去游離作用，新增加的帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)量與中和游離作用等于去游離作用，新增加的帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)量與中和的數(shù)量相等，電弧穩(wěn)定燃燒。的數(shù)量相等，電弧穩(wěn)定燃燒。 游離作用大于去游離作用，電弧燃燒加劇。游離作用大于去游離作用，電弧燃燒加劇。 游離作用小于去游離作用，

14、則電弧中的帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)量減少，游離作用小于去游離作用，則電弧中的帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)量減少，最終導(dǎo)致電弧熄滅。最終導(dǎo)致電弧熄滅。 3）電弧的熄滅：電弧的熄滅：電弧的燃燒是由游離過程維持的，但在電弧的燃燒是由游離過程維持的，但在電弧中同時(shí)還進(jìn)行著相反的使帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)量減少的去游離過程。電弧中同時(shí)還進(jìn)行著相反的使帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)量減少的去游離過程。 第二節(jié)第二節(jié) 交流電弧的特性交流電弧的特性 1 1）電弧電流交變，每半個(gè)周期過零一次，此時(shí)電弧因失去）電弧電流交變，每半個(gè)周期過零一次，此時(shí)電弧因失去能量而自然熄滅。能量而自然熄滅。電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-12整理ppt 2 2）由于）由于熱慣性熱慣性，弧

15、柱溫度的變化滯后于快速變化的電流，弧柱溫度的變化滯后于快速變化的電流，所以交流電弧的伏安特性是動態(tài)的，如圖所以交流電弧的伏安特性是動態(tài)的，如圖2-32-3所示。在電流增所示。在電流增大時(shí)，溫度來不及增高，弧隙電阻來不及減??；在電流減小時(shí)，大時(shí)，溫度來不及增高，弧隙電阻來不及減?。辉陔娏鳒p小時(shí)，溫度來不及減小，弧隙電阻來不及增大。故圖溫度來不及減小，弧隙電阻來不及增大。故圖2-3a2-3a中正方向電中正方向電流增大時(shí)的曲線在電流減小時(shí)的上方。流增大時(shí)的曲線在電流減小時(shí)的上方。 A點(diǎn)是電弧產(chǎn)生時(shí)的電壓，稱為燃弧電壓。點(diǎn)是電弧產(chǎn)生時(shí)的電壓，稱為燃弧電壓。 B點(diǎn)是電弧熄滅時(shí)的電壓，稱為熄弧電壓。點(diǎn)是電

16、弧熄滅時(shí)的電壓，稱為熄弧電壓。 電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-13整理ppt（四）交流電弧熄滅的條件（四）交流電弧熄滅的條件 1）熄滅交流電弧的最佳時(shí)機(jī)熄滅交流電弧的最佳時(shí)機(jī)：交流電弧每半周期自然熄：交流電弧每半周期自然熄滅是熄滅交流電弧的最佳時(shí)機(jī)。滅是熄滅交流電弧的最佳時(shí)機(jī)。 2）在電流過零后，弧隙中存在著兩個(gè)恢復(fù)過程。）在電流過零后，弧隙中存在著兩個(gè)恢復(fù)過程。 a) 介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程: 由于去游離作用的加強(qiáng)，弧隙間的由于去游離作用的加強(qiáng)，弧隙間的介質(zhì)逐漸恢復(fù)其絕緣性能，以耐受的電壓介質(zhì)逐漸恢復(fù)其絕緣性能，以耐受的電壓Ur (t) 表示。表示。 b) 弧隙電壓恢復(fù)過

17、程弧隙電壓恢復(fù)過程: 電源電壓要重新作用在觸頭上，弧電源電壓要重新作用在觸頭上，弧隙電壓將從熄弧電壓逐漸恢復(fù)到電源電壓，用隙電壓將從熄弧電壓逐漸恢復(fù)到電源電壓，用Ud (t) 表示。表示。 1弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程 （1）起始介質(zhì)強(qiáng)度（近陰極效應(yīng)）起始介質(zhì)強(qiáng)度（近陰極效應(yīng)） 在電流過零后的在電流過零后的0.1 1s 的短暫時(shí)間內(nèi)，陰極附近出現(xiàn)的短暫時(shí)間內(nèi)，陰極附近出現(xiàn)150 250V的起始介質(zhì)強(qiáng)度，稱為的起始介質(zhì)強(qiáng)度，稱為近陰極效應(yīng)近陰極效應(yīng)。 電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-14整理ppt 原因原因：在電流過零的瞬間，弧隙電壓的極性發(fā)生變化，弧：在電流過零的瞬間，弧

18、隙電壓的極性發(fā)生變化，弧隙中的自由電子立即向新陽極運(yùn)動，正離子質(zhì)量大，基本未動，隙中的自由電子立即向新陽極運(yùn)動，正離子質(zhì)量大，基本未動，在新陰極附近就形成了只有正電荷的不導(dǎo)電薄層，阻礙陰極發(fā)在新陰極附近就形成了只有正電荷的不導(dǎo)電薄層，阻礙陰極發(fā)射電子，呈現(xiàn)出一定的介質(zhì)強(qiáng)度，如圖射電子，呈現(xiàn)出一定的介質(zhì)強(qiáng)度，如圖2-4所示。所示。 （2）起始介質(zhì)強(qiáng)度出現(xiàn)后的介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)）起始介質(zhì)強(qiáng)度出現(xiàn)后的介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù) 這是一個(gè)復(fù)雜的過程，它與電弧電流、介質(zhì)特性、冷卻條這是一個(gè)復(fù)雜的過程，它與電弧電流、介質(zhì)特性、冷卻條件和觸頭分?jǐn)嗨俣扔嘘P(guān)。件和觸頭分?jǐn)嗨俣扔嘘P(guān)。 電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-15

19、整理ppt2弧隙電壓恢復(fù)過程弧隙電壓恢復(fù)過程 1）電弧為純電阻性質(zhì)電弧為純電阻性質(zhì)，電弧電流與弧隙電壓同相位，電弧，電弧電流與弧隙電壓同相位，電弧電流過零時(shí)，弧隙電壓接近零；電流過零時(shí)，弧隙電壓接近零； 2）短路時(shí)電路電阻很小，電路）短路時(shí)電路電阻很小，電路呈感性呈感性 ，電弧電流與電源，電弧電流與電源電壓不同相位，電弧電流過零時(shí)，電源電壓不等于零；電壓不同相位，電弧電流過零時(shí)，電源電壓不等于零； 3）由于電路參數(shù)）由于電路參數(shù)L、C的存在，電弧熄滅后，弧隙電壓不的存在，電弧熄滅后，弧隙電壓不可能立刻由熄弧電壓上升到電源電壓，可能立刻由熄弧電壓上升到電源電壓，一般一般弧隙恢復(fù)電壓是一弧隙恢復(fù)電

20、壓是一個(gè)過渡過程。它將從瞬態(tài)（振蕩）恢復(fù)電壓逐漸過渡到工頻恢個(gè)過渡過程。它將從瞬態(tài)（振蕩）恢復(fù)電壓逐漸過渡到工頻恢復(fù)電壓。復(fù)電壓。 電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-16整理ppt3交流電弧熄滅的條件交流電弧熄滅的條件 電流過零后，電弧能否熄滅取決于兩個(gè)恢復(fù)過程作用的結(jié)電流過零后，電弧能否熄滅取決于兩個(gè)恢復(fù)過程作用的結(jié)果：果： 1）如果弧隙電壓恢復(fù)過程上升速度較快，幅值較大，?。┤绻∠峨妷夯謴?fù)過程上升速度較快，幅值較大，弧隙電壓恢復(fù)過程大于弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程，介質(zhì)被擊穿，電隙電壓恢復(fù)過程大于弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程，介質(zhì)被擊穿，電弧重燃，如圖弧重燃，如圖2-6a所示。所示。 2）如果弧隙

21、介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程始終大于弧隙電壓恢復(fù)過）如果弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程始終大于弧隙電壓恢復(fù)過程，則電弧熄滅，程，則電弧熄滅，如圖如圖2-6b和和2-6c所示。所示。 故交流電弧熄滅的條件應(yīng)為：故交流電弧熄滅的條件應(yīng)為： Ud (t) Ur (t) 電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-17整理ppt（五）斷路器開斷短路電流時(shí)的弧隙電壓恢復(fù)過程（五）斷路器開斷短路電流時(shí)的弧隙電壓恢復(fù)過程 如果能夠采取措施，防止弧隙恢復(fù)電壓振蕩，將周期性振如果能夠采取措施，防止弧隙恢復(fù)電壓振蕩，將周期性振蕩特性的恢復(fù)電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵芷谛曰謴?fù)過程，電弧就更容易熄蕩特性的恢復(fù)電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵芷谛曰謴?fù)過程，電弧就更容易熄滅，如

22、圖滅，如圖2-6c所示。所示。 目的：找出恢復(fù)電壓不振目的：找出恢復(fù)電壓不振蕩的條件及防止振蕩的方法。蕩的條件及防止振蕩的方法。 斷路器開斷短路電流時(shí)的斷路器開斷短路電流時(shí)的電路如圖電路如圖2 2-7a a所示，其等效電所示，其等效電路如圖路如圖2 2-7b b所示，所示，R、L為電源為電源和變壓器的電阻和電感，和變壓器的電阻和電感，C可以可以認(rèn)為是變壓器繞組及連接線對認(rèn)為是變壓器繞組及連接線對地的分布電容，地的分布電容，r為斷路器觸頭為斷路器觸頭并聯(lián)電阻。并聯(lián)電阻。電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-18整理ppt 斷路器開斷短路電流時(shí)的弧斷路器開斷短路電流時(shí)的弧隙電壓恢復(fù)過程相當(dāng)于二階

23、電隙電壓恢復(fù)過程相當(dāng)于二階電路過渡過程中，電路過渡過程中，電容容C兩端的電壓變化過程，即。兩端的電壓變化過程，即。 1 1）熄弧后，從瞬態(tài)恢復(fù)電壓過渡到電源電壓的時(shí)間很短，）熄弧后，從瞬態(tài)恢復(fù)電壓過渡到電源電壓的時(shí)間很短，一般不超過幾百微秒，可近似認(rèn)為一般不超過幾百微秒，可近似認(rèn)為電源電壓電源電壓不變，故電源用不變，故電源用直直流電源流電源U0來代替。來代替。 假設(shè)與初始條件：假設(shè)與初始條件：）0dd0010 tuCiuutCrC，時(shí)，時(shí)，）i = 0時(shí)是時(shí)間的起點(diǎn)，即時(shí)是時(shí)間的起點(diǎn)，即t = 0rCuu 如圖如圖2-7b所示，當(dāng)開關(guān)所示，當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，有閉合時(shí)，有 0CddUutiLRi

24、rutuCiiiCC21dd 電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-19整理ppt0CC2C21ddddUurRturLRCtuLC 整理得：整理得：此為二階常系數(shù)線性微分方程，其特征根為此為二階常系數(shù)線性微分方程，其特征根為 LCrCLRrCLR114112122, 1 ttCAArRrUu21ee210 tCtAArRrUu1e)(210 當(dāng)特征根不等時(shí)，非齊次通解為當(dāng)特征根不等時(shí)，非齊次通解為當(dāng)特征根為重根時(shí)，非齊次通解為當(dāng)特征根為重根時(shí)，非齊次通解為電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-20整理pptLCrCLR11412 rRrUuA00r2121 rRrUuA00r2112 當(dāng)

25、當(dāng)時(shí)，特征根為不等時(shí)，特征根為不等負(fù)負(fù)實(shí)根。實(shí)根?？山獾每山獾?dd0010 tuCiuutCrC，時(shí)時(shí)，根根據(jù)據(jù)初初始始條條件件： rRrUurRrUuutt00r12210rC21ee1 代入非齊次通解可解得代入非齊次通解可解得電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-21整理pptrR 00rUu 一般變壓器繞組電阻一般變壓器繞組電阻 ， 略去不計(jì)，得略去不計(jì)，得 ttUu21ee1112210r 從上式可以看出，由于從上式可以看出，由于特征根為特征根為負(fù)實(shí)根，故弧隙電壓恢復(fù)過程負(fù)實(shí)根，故弧隙電壓恢復(fù)過程為非周期性的，如圖為非周期性的，如圖2-8曲線曲線3所示。所示。 21 tt12ee2

26、1 一般一般，略去不計(jì)，故上式最大值不會超過略去不計(jì)，故上式最大值不會超過U0 ，進(jìn)一步化簡得，進(jìn)一步化簡得 )e1(10rtUu 忽略忽略R后，特征根為后，特征根為LCrrCrCLCrCrC22141212112121 電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-22整理ppt1404122 LCrLCr，211xx 根據(jù)近似計(jì)算，當(dāng)根據(jù)近似計(jì)算，當(dāng)x很小時(shí)很小時(shí)，LrLCrrCrC 241212121 )e1(0rtLrUu 對上式微分，可得電流過零時(shí)的恢復(fù)電壓上升速度對上式微分，可得電流過零時(shí)的恢復(fù)電壓上升速度(V/s )為為00rddULrtut 由上式可知，觸頭并聯(lián)電阻由上式可知，觸頭并

27、聯(lián)電阻r可以降低恢復(fù)電壓的上升速度，可以降低恢復(fù)電壓的上升速度，r越小，恢復(fù)電壓的上升速度越低。越小，恢復(fù)電壓的上升速度越低。 電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-23整理ppt當(dāng)當(dāng)LCrCLR11412 時(shí)，特征根為共軛復(fù)根。時(shí)，特征根為共軛復(fù)根。0222, 1j1411j1211141121 rCLRLCrCLRLCrCLRrCLR rCLR121 201411 rCLRLC 電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-24整理ppt1 2 將將、代入，得代入，得 ttUu21ee1112210r 利用歐拉公式化簡，得利用歐拉公式化簡，得 tttUu ecossin10000r從式從式(2

28、-11)可以看出，可以看出，1、2為共軛復(fù)根時(shí)，弧隙電壓恢復(fù)為共軛復(fù)根時(shí)，弧隙電壓恢復(fù)過程為衰減的周期性振蕩過程，如圖過程為衰減的周期性振蕩過程，如圖2-8曲線曲線2所示，從圖中曲所示，從圖中曲線線2可以看出，周期性振蕩過程的恢復(fù)電壓上升速度較快，幅值可以看出，周期性振蕩過程的恢復(fù)電壓上升速度較快，幅值較大，給電弧的熄滅帶來困難較大，給電弧的熄滅帶來困難 。,0 LCf1200 如果斷路器觸頭沒有裝設(shè)并聯(lián)電阻，即如果斷路器觸頭沒有裝設(shè)并聯(lián)電阻，即r=時(shí)，忽略時(shí)，忽略R， 電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-25整理ppt)cos1(00rtUuuC a) 周期性振蕩過程中的弧隙恢復(fù)電壓最大

29、值可達(dá)周期性振蕩過程中的弧隙恢復(fù)電壓最大值可達(dá)2U0 ，如圖如圖2-8曲線曲線1所示。所示。 當(dāng)當(dāng)LCrCLR11412 時(shí)，為相等的負(fù)實(shí)根時(shí)，為相等的負(fù)實(shí)根(重根重根)。根據(jù)初始條件和公式根據(jù)初始條件和公式 tCtAArRrUu1e)(210 ,01UA 012UA 及其微分表達(dá)式，可求得及其微分表達(dá)式，可求得不計(jì)不計(jì)R，從而得從而得 e)1(1110rttUu b)上升速度取固有振蕩頻率的半個(gè)周期內(nèi)的平均速度上升速度取固有振蕩頻率的半個(gè)周期內(nèi)的平均速度 ，由，由 tUtu000rsindd 0000000r00avr4dsin ddddd00UfttUttutu 得得電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣

30、設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-26整理ppt a) 當(dāng)當(dāng) r rcr 時(shí)，弧隙電壓恢復(fù)過程為非周期性。在斷路時(shí)，弧隙電壓恢復(fù)過程為非周期性。在斷路器觸頭間并聯(lián)低值電阻（幾歐至幾十歐），可以改變弧隙電器觸頭間并聯(lián)低值電阻（幾歐至幾十歐），可以改變弧隙電壓恢復(fù)過程的上升速度和幅值，壓恢復(fù)過程的上升速度和幅值，可以將弧隙恢復(fù)電壓由周期可以將弧隙恢復(fù)電壓由周期性振蕩特性恢復(fù)電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵芷谛曰謴?fù)電壓，大大降低了性振蕩特性恢復(fù)電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵芷谛曰謴?fù)電壓，大大降低了恢復(fù)電壓的上升速度和幅值，改善了斷路器的滅弧條件恢復(fù)電壓的上升速度和幅值，改善了斷路器的滅弧條件 。 b) 當(dāng)當(dāng) r rcr 時(shí)，弧隙電壓恢復(fù)過程為周期振

31、蕩性過程，時(shí)，弧隙電壓恢復(fù)過程為周期振蕩性過程，對電弧熄滅不利。對電弧熄滅不利。 t0rUu 由羅彼塔法則可知：由羅彼塔法則可知：時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)在此種情況下，弧隙電壓恢復(fù)過程仍是非周期性的，但處在臨在此種情況下，弧隙電壓恢復(fù)過程仍是非周期性的，但處在臨界情況。忽略界情況。忽略R，臨界并聯(lián)電阻值為，臨界并聯(lián)電阻值為CLr21rc 電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-27整理ppt第三節(jié)第三節(jié) 熄滅交流電弧的基本方法熄滅交流電弧的基本方法 加強(qiáng)弧隙的去游離、提高介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度和降低弧加強(qiáng)弧隙的去游離、提高介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度和降低弧隙電壓的上升速度與幅值隙電壓的上升速度與幅值，是高壓斷路器中熄

32、滅電弧的基本，是高壓斷路器中熄滅電弧的基本方法。方法。 1利用滅弧介質(zhì)利用滅弧介質(zhì) 在高壓斷路器中，廣泛在高壓斷路器中，廣泛采用去游離作用強(qiáng)的滅弧介質(zhì)采用去游離作用強(qiáng)的滅弧介質(zhì)滅弧。滅弧。 電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-28整理ppt2、利用固體介質(zhì)的狹縫狹溝滅弧、利用固體介質(zhì)的狹縫狹溝滅弧 冷卻，冷卻， 表面吸附電子，加強(qiáng)復(fù)合。表面吸附電子，加強(qiáng)復(fù)合。 如：介質(zhì)縱縫滅弧罩如：介質(zhì)縱縫滅弧罩 介質(zhì)填料滅弧管介質(zhì)填料滅弧管2、利用短弧原理滅弧、利用短弧原理滅弧 交流電路：電流自然過零時(shí)，每一短弧有交流電路：電流自然過零時(shí)，每一短弧有150250v電壓。電壓。直流電路：每一短弧的陰極區(qū)有

33、直流電路：每一短弧的陰極區(qū)有811v電壓降。電壓降。電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-29整理ppt4吹弧吹?。M吹、縱吹、縱橫吹）（橫吹、縱吹、縱橫吹） 吹弧是指利用各種結(jié)構(gòu)形式的滅弧室，使高溫分解的氣體吹弧是指利用各種結(jié)構(gòu)形式的滅弧室，使高溫分解的氣體或具有很大壓力的新鮮且低溫的氣體在滅弧室中按特定的通路，或具有很大壓力的新鮮且低溫的氣體在滅弧室中按特定的通路，吹動電弧，加強(qiáng)擴(kuò)散和復(fù)合去游離而使電弧熄滅的方法。吹動電弧，加強(qiáng)擴(kuò)散和復(fù)合去游離而使電弧熄滅的方法。 5采用特殊金屬材料作滅弧觸頭采用特殊金屬材料作滅弧觸頭 采用采用銅、鎢合金和銀、鎢合金銅、鎢合金和銀、鎢合金等特殊金屬材料作

34、觸頭。這等特殊金屬材料作觸頭。這些材料在高溫下不易熔化和蒸發(fā)、抗熔焊，可以減少熱電子發(fā)些材料在高溫下不易熔化和蒸發(fā)、抗熔焊，可以減少熱電子發(fā)射和高溫分解產(chǎn)生的金屬蒸氣，削弱了游離作用。射和高溫分解產(chǎn)生的金屬蒸氣，削弱了游離作用。 6提高斷路器觸頭的分離速度提高斷路器觸頭的分離速度 加快斷路器觸頭的分離速度，可以迅速拉長電弧，使弧隙加快斷路器觸頭的分離速度，可以迅速拉長電弧，使弧隙的電場強(qiáng)度驟降，弧隙電阻和電弧的表面積突然增大，電弧的的電場強(qiáng)度驟降，弧隙電阻和電弧的表面積突然增大，電弧的冷卻加快，有利于帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和復(fù)合去游離。冷卻加快，有利于帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和復(fù)合去游離。 7采用多斷口滅弧采用

35、多斷口滅弧 電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-30整理ppt 某些電壓等級較高的斷路器采用多個(gè)滅弧室串聯(lián)的多斷口某些電壓等級較高的斷路器采用多個(gè)滅弧室串聯(lián)的多斷口滅弧方式。滅弧方式。 1）多斷口將電弧分割成多段，在相同觸頭行程下，增加）多斷口將電弧分割成多段，在相同觸頭行程下，增加了電弧的總長度，弧隙電阻迅速增大，介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度加快。了電弧的總長度，弧隙電阻迅速增大，介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度加快。 2）使每個(gè)斷口上的恢復(fù)電壓減小，降低了恢復(fù)電壓的上）使每個(gè)斷口上的恢復(fù)電壓減小，降低了恢復(fù)電壓的上升速度和幅值，提高了滅弧能力。升速度和幅值，提高了滅弧能力。 加裝均壓電容，來解決各斷口的電壓分配不

36、均衡的問題：加裝均壓電容，來解決各斷口的電壓分配不均衡的問題：1）不裝均壓電容時(shí)）不裝均壓電容時(shí))/(1QQCX )/(100CX 斷口等效電容斷口等效電容 兩斷口連接處對地的兩斷口連接處對地的等效電容：等效電容：電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)2-31整理ppt分配在兩斷口上的電壓為分配在兩斷口上的電壓為(CQ C0 )： UUCCCCUXXXXU322/0Q0Q0Q0Q1 UUCCCUXXXXXU312/0QQ0Q00Q2 可以看出，第一個(gè)斷口的工作條件比第二個(gè)要惡劣，如其可以看出，第一個(gè)斷口的工作條件比第二個(gè)要惡劣，如其電弧不能熄滅，電壓將全部加在第二斷口上，它也將被擊穿。電弧不能熄滅，電壓將全部加在第二斷口上，它也將被擊穿。 2）在斷口上并聯(lián)均壓電容）在斷口上并聯(lián)均壓電容C 時(shí)，時(shí)，UUCCCCUCCCCCCU21)(2)(2)(QQ0Q0Q1 C=2000pF，遠(yuǎn)大于，遠(yuǎn)大于C0 (幾十幾十pF)，則，