低壓開(kāi)關(guān)電器觸頭的滅弧方法

1、低壓開(kāi)關(guān)電器觸頭的滅弧方法1低.壓開(kāi)關(guān)電器觸頭的接觸電阻低壓開(kāi)關(guān)電器的觸頭是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最重要部分。低壓開(kāi)關(guān)電器的觸頭用于接通和分?jǐn)嚯娐?，因此要求的觸頭導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性都非常好。通常觸頭材料是銅、銀和鎳的合金材料，也有在銅觸頭的表面電鍍銀和鎳構(gòu)成的。銅的表面極易氧化。若僅僅使用銅來(lái)作觸頭材料，則它將增加觸頭的接觸電阻，使得觸頭的損耗和溫度也隨之增加。因此在中間繼電器等小容量低壓開(kāi)關(guān)電器上，觸頭常常采用銀質(zhì)合金，它的氧化膜電阻僅僅只有銅質(zhì)觸頭的十幾分之一。（1）膜電阻膜電阻是觸頭接觸表面在大氣中自然氧化而生成的氧化膜。氧化膜的電阻要比觸頭本身的電阻大數(shù)十到上千倍，且導(dǎo)電性極差。這種氧化膜電阻被稱為觸

2、頭膜電阻。（2）收縮電阻由于觸頭表面的粗糙度造成觸頭的實(shí)際接觸面積小于觸頭截面面積，從而造成觸頭的有效導(dǎo)電截面減小，當(dāng)電流流過(guò)時(shí)會(huì)出現(xiàn)電流收縮的若干導(dǎo)電島的現(xiàn)象。這種收縮現(xiàn)象增加的電阻稱為觸頭的收縮電阻。（3）觸頭的磨損低壓電器觸頭的磨損包括電磨損和機(jī)械磨損。觸頭的電磨損是由于在通斷過(guò)程的電弧燒蝕引起的觸頭材料損耗，電磨損取決于拉弧后通過(guò)觸頭間隙的電荷量及觸頭材質(zhì)。電磨損是觸頭材料損耗的主因。觸頭的機(jī)械磨損是由于機(jī)械摩擦作用引起的觸頭材料損耗，機(jī)械磨損取決于材料的硬度、觸頭壓力及觸頭滑動(dòng)方式等。（4）觸頭的接觸形式觸頭的接觸形式分為點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸三類，如下圖所示。點(diǎn)接觸因?yàn)閱挝幻娣e上的

3、壓強(qiáng)大，可減小觸頭的表面電阻，因此點(diǎn)接觸常常用于小電流的低壓開(kāi)關(guān)電器中。例如接觸器的輔助觸頭和繼電器的觸頭。線接觸伴隨著動(dòng)、靜觸頭之間的滾動(dòng)摩擦，有利于去除觸頭表面的氧化膜。線接觸一般用于操作頻繁且電流比較大的場(chǎng)合。例如接觸器和斷路器等。面接觸的觸頭材料一般為合金，它具有接觸電阻小、抗熔焊、抗磨損、允許通過(guò)較大電流等特性。面接觸一般用于中、小容量的接觸器。（5）觸頭的狀態(tài)觸頭按其原始的狀態(tài)分為常開(kāi)（動(dòng)合）觸頭。這里所指的原始狀態(tài)即低壓開(kāi)關(guān)電器的線圈未得電，或者開(kāi)關(guān)電器未受力等情況。低壓開(kāi)關(guān)電器按其觸頭開(kāi)斷電流的大小分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于主回路的開(kāi)斷，允許通過(guò)較大的電流；輔助觸頭用于控

4、制回路，其開(kāi)斷電流一般為A產(chǎn)生觸頭電弧的原因和滅弧方法當(dāng)觸頭開(kāi)斷電路時(shí)的瞬間，動(dòng)靜觸頭間微小間隙中的空氣被擊穿，由此引發(fā)電弧。電流流過(guò)電弧區(qū)時(shí)，產(chǎn)生大量的熱能和光能，這些能量以高溫和強(qiáng)光的形式作用在觸頭上，使得觸頭材料被融化燒蝕，甚至出現(xiàn)觸頭粘連而不能斷開(kāi)，造成嚴(yán)重事故。電弧產(chǎn)生包括四個(gè)過(guò)程：過(guò)程之一：強(qiáng)電場(chǎng)致電子放射觸頭在分開(kāi)瞬間間隙很小，電路中的電壓幾乎都落在此空間中，其場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)數(shù)億。因此觸頭負(fù)極表面的大量自由電子在電場(chǎng)力的作用下進(jìn)入到觸頭間隙中，形成電子云。過(guò)程之二：電子運(yùn)動(dòng)撞擊致空氣電離觸頭間隙中的自由電子在電場(chǎng)力的作用下向觸頭正極運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段路程后獲得足夠的動(dòng)能。當(dāng)自由電子撞擊空氣

5、時(shí)，空氣被電離成正負(fù)離子，并且隨著時(shí)間的延續(xù)，觸頭間隙中的電離空氣越來(lái)越多。觸頭間隙中的場(chǎng)強(qiáng)越強(qiáng)、自由電子的運(yùn)動(dòng)的路程越長(zhǎng)，則電離空氣也就越多。過(guò)程之三：熱電子發(fā)射致空氣溫度劇烈上升觸頭間被電離后的正空氣離子向觸頭陰極運(yùn)動(dòng)，撞擊觸頭陰極致使陰極溫度升高，進(jìn)而使陰極上更多的自由電子逸出到觸頭間隙中并參與對(duì)空氣的電離撞擊，并使得觸頭間隙中的空氣溫度劇烈上升。過(guò)程之四：熱空氣高溫電離形成等離子態(tài)電弧氣體隨著空氣溫度劇烈上升超過(guò)300攝0氏度后，空氣分子的劇烈熱運(yùn)動(dòng)致使中性熱空氣分子被分解為正負(fù)離子形成等離子態(tài)的電弧氣體。若觸頭間隙中的電弧氣體中有金屬蒸汽時(shí)，空氣分子被離解為等離子氣體的過(guò)程就更加劇烈

6、。這個(gè)過(guò)程又被稱為空氣高溫游離。在上述電弧氣體的形成過(guò)程中，當(dāng)觸頭完全打開(kāi)后，由于觸頭間的距離達(dá)到最大，電場(chǎng)強(qiáng)度減低，維持電弧要靠電子發(fā)射、電子運(yùn)動(dòng)撞擊電離和熱空氣的高溫游離，其中熱空氣的高溫游離作用是維持電弧的主要因素。在電弧等離子體發(fā)展的過(guò)程中，消電離的作用時(shí)刻都存在：正負(fù)離子會(huì)互相接近復(fù)合為正?？諝夥肿?，從而減弱電離作用；電弧的作用距離越大，散熱作用越強(qiáng)，溫度降低后維持電弧的各種作用也得到抑制。事實(shí)上，在觸頭間隙電弧中的電離作用和消電離作用是一對(duì)矛盾的雙方，電離作用強(qiáng)則電弧就能發(fā)展和維持，反之消電離作用強(qiáng)則電弧就消散熄滅。這為低壓開(kāi)關(guān)電器的滅弧提供了具體的方法。低壓開(kāi)關(guān)電器的滅弧方法如下

7、：滅弧方法之一：拉長(zhǎng)電弧拉長(zhǎng)電弧，降低電場(chǎng)強(qiáng)度；或者將電弧分為許多短弧，使得電場(chǎng)強(qiáng)度無(wú)法維持電弧持續(xù)存在。我們來(lái)看下圖。圖中所示是交流接觸器的橋式一次觸頭，下部的是定觸頭，上部的是動(dòng)觸頭，觸頭中流過(guò)的電流是I當(dāng)觸頭打開(kāi)后，動(dòng)靜觸頭之間出現(xiàn)了電弧。我們用右手螺旋定則可以判斷出磁力線方向是從外部進(jìn)入紙面的；再用左手定則可判斷出電流對(duì)電弧產(chǎn)生的電磁力方向向外，如圖中的所示。電弧在力的吹弧作用力下被拉長(zhǎng)降溫，同時(shí)還降低了電弧內(nèi)部單位長(zhǎng)度的電場(chǎng)強(qiáng)度，最終電弧被熄滅。滅弧方法之二：利用冷卻介質(zhì)對(duì)電弧降溫下圖中所示為低壓熔斷器熔芯內(nèi)的滅弧細(xì)沙，它利用細(xì)沙將電弧冷卻降溫直至熄滅。滅弧方法之三：利用滅弧柵使得電

8、弧降溫滅弧利用電磁力使得電弧進(jìn)入到絕緣材料制作的滅弧窄縫中，讓電弧強(qiáng)制降溫，減小離子運(yùn)動(dòng)速度，加速等離子體中離子的復(fù)合作用。下圖所示為利用滅弧柵滅弧的示意圖：滅弧柵是一系列間距為的鋼片，它們被安放在低壓開(kāi)關(guān)電器的滅弧室中，彼此之間相互絕緣。當(dāng)動(dòng)、靜觸頭分開(kāi)后產(chǎn)生了原始電弧。因?yàn)闇缁牌拇抛璞瓤諝庑〉枚?，因此電弧下部磁通密度遠(yuǎn)大于電弧上部的磁通密度，這種上下不對(duì)稱的磁阻將電弧拉入滅弧柵中，隨即電弧被滅弧柵分成許多相互連接的短電弧段。雖然每?jī)善瑴缁牌梢钥醋鍪且粚?duì)電極，因?yàn)闇缁烹姌O之間是相互絕緣的，故其絕緣效果極強(qiáng)，使得這些短電弧段在受到滅弧柵的絕緣和冷卻作用下強(qiáng)制降溫熄滅。滅弧柵不但能對(duì)電弧冷卻降溫，還能對(duì)電弧產(chǎn)生“陰極效應(yīng)”作用。我們知道空氣分子被電離后形成帶正電的正離子和帶負(fù)電的電子，正離子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子；我們還知道交流電流每周期有兩次過(guò)零。當(dāng)電弧進(jìn)入到滅弧柵后，因?yàn)殡娏鬟^(guò)零前后觸頭的陰極和陽(yáng)極極性要發(fā)生改變，于是正負(fù)離子的運(yùn)動(dòng)方向也要改變。在原先陽(yáng)極附近的電子