第五章電弧的基本理論5.2電弧的特性和熄滅方法教學(xué)內(nèi)容本節(jié)教學(xué)內(nèi)容一、直流電弧的特性二、直流電弧的熄滅三、交流電弧的特性四、交流電弧的熄滅五、熄滅交流電弧的基本方法首頁一、直流電弧的特性

穩(wěn)定燃燒的直流電弧壓降由陰極區(qū)壓降、弧柱壓降和陽極區(qū)壓降三部分組成。電弧陰極區(qū)壓降近似等于常數(shù)，它與電極材料和弧隙的介質(zhì)有關(guān)；弧柱壓降與弧長成正比；陽極區(qū)的電壓降比陰極區(qū)的小。

⑴陰極壓降區(qū)---10-4cm，電位梯度U1很高（10～20V），與電弧電流無關(guān)而與陰極材料及介質(zhì)有關(guān)。

⑵弧柱區(qū)---與電流、弧長和介質(zhì)種類及其狀態(tài)有關(guān)。當電弧穩(wěn)定燃燒時，若弧隙介質(zhì)情況不變，弧柱壓降U2與電流成反比，與弧長成正比。⑶陽極壓降區(qū)---小于陰極電壓，與電弧電流有關(guān)，電流越大壓降Ｕ3越小。

⑷沿弧長電壓降---

Ｕh＝Ｕ1＋Ｕ2＋Ｕ3

短?。簬缀撩组L，電弧電壓主要由陽極、陰極電壓降組成。電弧電壓是與電流、外界條件無關(guān)的常數(shù)，約為20V左右。長?。簬桌迕滓陨?，電弧電壓主要由弧柱電壓降組成，電弧電壓與電弧長度成正比。

ｕh＝f(ｉh)

1-曲線，電弧穩(wěn)定燃燒，游離和去游離達到平衡---靜態(tài)伏安特性2、3曲線，電弧在不穩(wěn)定燃燒，---動態(tài)伏安特性由于電弧溫度的變化滯后于電流的變化，即電弧的熱慣性一、直流電弧的特性

1.直流電弧熄滅的條件

∴直流電弧的熄滅條件是：U-IR＜Uh

上式的物理意義是，當電源電壓減去線路壓降后的電壓小于電弧電壓降，則電弧無法維持燃燒而自行熄滅。

∵U=IR+Ldi/dt+Uh，而當電弧穩(wěn)定燃燒時,Ldi/dt=0,則U-IR=Uh二、直流電弧的熄滅

2.直流電弧熄滅的方法

為使直流電弧熄滅，可從兩方面考慮，一是降低加在弧隙上的電壓，二是提高電弧電壓。

（1）長弧分割成串聯(lián)短弧，利用短弧的特性，使得電弧電壓大于觸頭施加的電壓時，則電弧即可熄滅。二、直流電弧的熄滅

（2）增大弧柱的長度

①不斷增大觸頭間距離②利用磁場橫吹電?。?）增大回路電阻（4）利用狹縫滅弧裝置

二、直流電弧的熄滅

三、交流電弧的特性交流電弧中電流每半個周期要過零值一次，此時電弧暫時熄滅，但因熱慣性的作用，致使電流過零后又會重燃。A點：燃弧電壓C點：熄弧電壓三、交流電弧的特性在電弧電流過零期間，弧柱輸入功率為零；由于散熱，弧柱變冷，弧柱電阻增大，因為電流較小尚未形成電弧，電極兩端電壓隨電流的增加以很大的斜率上升，如圖中OA部分所示；當電流到達對應(yīng)于A點的數(shù)值后，弧隙被擊穿，形成電弧，相應(yīng)于A點的電壓通常稱為燃弧電壓；此后，電壓隨電流的增大而減小，如伏安特性中AB部分；當電弧電流到達最大值后又減小時，電弧電壓隨電流的減小而上升，因為熱慣性，沿曲線BC上升，BC段低于AB段；當電流到達C點的數(shù)值后，由于輸入功率減小，不能繼續(xù)維持電弧燃燒，電弧熄滅，C點的電壓稱為熄弧電壓；電弧熄滅后，加在弧隙上的電壓隨電流的減小迅速減小。顯然，由于熱慣性，熄弧電壓低于燃弧電壓。三、交流電弧的特性1.動態(tài)特性2.熱慣性3.“自然過零”

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，電弧電壓減小且接近于常數(shù)。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。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。如果電弧過零后，電弧不發(fā)生重燃，電弧就熄滅。四、交流電電弧的熄滅滅電弧重燃取取決于弧隙隙介質(zhì)絕緣緣能力或介介電強度和和弧隙電壓壓的恢復(fù)。。1.弧隙介質(zhì)介介電強度（（以能耐受受的電壓uj表示）的恢恢復(fù)恢復(fù)過程：：電弧電流流過零，電電弧熄滅時時，弧隙中中去游離作作用繼續(xù)進進行，弧隙隙電阻不斷斷增大，弧弧隙介質(zhì)的的介電強度度要恢復(fù)到到正常狀態(tài)態(tài)值所需要要的過程。。介質(zhì)介電強強度的恢復(fù)復(fù)速度與冷冷卻條件、、電流大小小、開關(guān)電電器滅弧裝裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)和滅弧介介質(zhì)的性質(zhì)質(zhì)有關(guān)。四、交流電電弧的熄滅滅2.弧隙電壓的的恢復(fù)過程程電流過零后后，弧隙電電壓從熄弧弧電壓恢復(fù)復(fù)到電源電電壓的過程程，用Uhf（t）表示，恢恢復(fù)過程與與電路參數(shù)數(shù)、負荷性性質(zhì)等有關(guān)關(guān)。受電路路參數(shù)等因因素的影響響，電壓恢恢復(fù)過程可可能是周期期性的變化化過程，也也可能是非非周期性變變化過程。。四、交流電電弧的熄滅滅3.交流流電電弧弧的的熄熄滅滅條條件件Uj（t）＞＞Uhf（t）在交交流流電電弧弧的的滅滅弧弧中中，，應(yīng)應(yīng)充充分分利利用用交交流流電電流流的的自自然然過過零零點點，，采采取取有有效效的的措措施施，，加加大大弧弧隙隙間間去去游游離離的的強強度度，，使使電電弧弧不不再再重重燃燃，，最最終終熄熄滅滅。。1.加裝裝并并聯(lián)聯(lián)電電阻阻①加加強強弧弧隙隙的的去去游游離離使使介介質(zhì)質(zhì)強強度度恢恢復(fù)復(fù)速速度度加加大大；；②減減小小弧弧隙隙上上的的電電壓壓恢恢復(fù)復(fù)速速率率五、、熄熄滅滅交交流流電電弧弧的的基基本本方方法法五、、熄熄滅滅交交流流電電弧弧的的基基本本方方法法2.吹弧弧利用用滅滅弧弧介介質(zhì)質(zhì)（（氣氣體體、、油油等等））在在滅滅弧弧室室中中吹吹動動電電弧弧，，廣廣泛泛應(yīng)應(yīng)用用在在開開關(guān)關(guān)電電器器中中，，特特別別是是高高壓壓斷斷路路器器中中。。橫吹吹:吹弧弧方方向向與與電電弧弧軸軸線線相相垂垂直直縱吹吹:吹動動方方向向與與電電弧弧軸軸線線一一致致縱橫橫吹吹:將縱縱吹吹和和橫橫吹吹結(jié)結(jié)合合起起來來作用用冷卻卻：：溫溫度度下下降降，，熱熱游游離離減減弱弱離子子擴擴散散：：離離子子減減少少，，去去游游離離加加強強方式式五、、熄熄滅滅交交流流電電弧弧的的基基本本方方法法熄弧弧時時，，利利用用多多斷斷口口把把電電弧弧分分解解為為多多個個相相串串聯(lián)聯(lián)的的短短電電弧弧，，使使電電弧弧的的總總長長度度加加長長，，弧弧隙隙電電導(dǎo)導(dǎo)下下降降；；在在觸觸頭頭行行程程、、分分閘閘速速度度相相同同的的情情況況下下，，電電弧弧被被拉拉長長的的速速度度成成倍倍增增加加，，促促使使弧弧隙隙電電導(dǎo)導(dǎo)迅迅速速下下降降，，提提高高了了介介電電強強度度的的恢恢復(fù)復(fù)速速度度；；另另一一方方面面，，加加在在每每一一斷斷口口上上的的電電壓壓減減小小數(shù)數(shù)倍倍，，輸輸入入電電弧弧的的功功率率和和能能量量減減小小，，降降低低了了弧弧隙隙電電壓壓的的恢恢復(fù)復(fù)速速度度，，縮縮短短了了滅滅弧弧時時間間。。3.采用用多多斷斷口口滅滅弧弧≥110KV的積積木木式式結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的斷斷路路器器五、、熄熄滅滅交交流流電電弧弧的的基基本本方方法法五、熄滅交流流電弧的基本本方法若Cd=C0，則五、熄滅交流流電弧的基本本方法4.用耐高溫金屬屬材料制作觸觸頭5.采用優(yōu)質(zhì)滅弧弧介質(zhì)6.利用固體介質(zhì)質(zhì)的狹縫滅弧弧裝置滅弧用熔解點高、、導(dǎo)熱系數(shù)和和熱容量大的的耐高溫金屬屬制作觸頭，，可以減少熱熱電子發(fā)射和和電弧中的金金屬蒸氣，減減弱游離過程程，利于電弧弧熄滅。如銅銅鎢合金和銀銀鎢合金滅弧介質(zhì)的特特性，如導(dǎo)熱熱系數(shù)、介電電強度、熱游游離溫度、熱熱容量等，對