电弧的产生、危害及消除措施

昵称34353292 2016-06-16

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电弧的产生、危害及消除措施

一?电弧的产生

当断路器开断电路时?只要电路中电压大于10)2OV。电流大于 80)100mA。动、静触头间就会出现电弧。此时触头虽已分开?但是电流通过触头间的电弧继续流通?一直到触头分开到足够的距离?电弧熄灭后?电路才开断?因此?电弧是高压断路器开断过程中产生的现象。

开关触头分离时?触头间距离很小?电场强度E很高(E = U/d)。当电场强度超过一定数值时?阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。

从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子?在电场力的作用下向阳极作加速运动?途中不断地和中性质点相碰撞。只要电子的运动速度v足够高?电子的动能A = 2mv足够大?就可能从中性质子中打出电子?形成自由电子和正离子。这种现象称为碰撞游离。新形成的自由电子也向阳极作加速运动?同样地会与中性质点碰撞而发生游离。碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子?具有很大的电导(在外加电压下?介质被击穿而产生电弧?电路再次被导通。

当高压断路器开断高压有载电路时之所以产生电弧?原因在于触头本身及其周围的介质中含有大量可被游离的电子。当分断的触头间存在足够大的外施电压条件下?电路电流也达到最小生弧电流时?会因强烈的游离而产生电弧。电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。

这种有强烈的声、光和热效尖的弧光放电?就是电弧的形成过程。所以?电弧实质上就是一种能导电的电子、离子流?其中还包括燃烧着的铜分子流。

二?电弧的特性

电孤是一种气体放电现象?电弧放电现象的主要特性如下。

1.电孤是种能量集中、温度高、亮度大的气体放电现象。如前所述?10kV少油断路器开断20KA时?电弧功率高达一万千瓦已上。这样大的能量在很短的时间内几乎全部变成热能?造成电弧及其附近区域强烈物理、化学变化。

2.电弧由三部分组成?阴极区、阳级区和弧柱区。在电弧的阴极和阳极区?温度常超过金属气化点?弧柱是在阳极、阴极之间明亮的光柱?弧柱中心温度可高达七干度?弧柱的直径很小?一般只有几毫米到几个厘米。在弧柱周围温度较低?亮度明显减弱的部分称为孤焰?电流几乎都在弧柱内流通。

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3.电弧是一种自持放电现象。只要很低的电压就能维持电弧稳定燃烧而不熄灭。如大气中一厘米的直流电狐的维持电压只有15--30V?在变压器油中也不过100--2OOV。

4.电弧是一束游离的气体?质量极轻?容易变形。在外力作用下。如气体、液体的流动作用?以及在电动力的作用下?电弧能迅速移动、伸长及卷曲?对敞露在大气中的电弧尤其明显。

5.电弧是高温高导电率的游离气体。

触头间电弧燃烧的间隙称为弧隙。电弧形成后?弧隙间的高温使阴极表面的电子获得足

电弧中心部分维持的温度可够的能量而向外发射?形成热电场发射。同时在高温的作用下(

达10000?以上)?气体中性质点的不规则热运动速度增加。当具有足够动能的中性质点相互碰撞时?将被游离而形成电子和正离子?这种现象称为热游离。随着触头分开的距离增大?触头间的电场强度E逐渐减小?这时电弧的燃烧主要是依靠热游离维持的。

在开关电器的触头间?发生游离过程的同时?还发生着使带电质点减少的去游离过程。工业配电系统主要是交流系统?所以电弧也主要是交流电弧?其性质是半个周期要经过零值一次?而电流过零时?电弧要暂时熄灭。因此?大多数交流开关电器的灭弧方法中?都利用了交流电流过零时电弧暂时熄灭这一特性。

电弧是由3部分组成?即弧柱区、阴极区和阳极区。

1、弧柱区

弧柱区呈电中性?它是由分子、原子、受激的原子、正离子、负离子及电子所组成?其中带正电荷的离子与带负电荷的离子几乎相等?所以又称为等离子体。带电的粒子在等离子体定向移动?基本上不消耗能量?所以才能够在低电压条件下?传输大电流。传输电流的主要带电粒子是电子?大约占带电粒子总数的99.9%?其余为正离子。

因为阴极区和阳极区的长度极短?所以可以认为弧柱区长度为电弧长度。弧柱区的电场强度较低?通常只有5)10V/cm。

2、阴极区

阴极被认为是电子之源。它向弧柱提供99.9%的带电粒子~电子?。阴极发射电子的能力?对电弧稳定性影响极大。阴极区的长度为10-5)10-6cm?如果阴极压降为10V?则阴极区的电场强度为106)107V/cm。

3、阳极区

阳极区主要是接受电子?但还应向弧柱提供0.1%的带电粒子~正离子?。通常阳极区的长度为10-2)10-3cm?则阳极区的电场强度为103)104V/cm。由于阳极材料和焊接电流对

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阳极区压降影响很大?它可以在0)10V之间变化。例如当电流密度较大?阳极温度很高?使阳极材料发生蒸发时?阳极压降将降低?甚至到0V。

三?电弧的危害

它不仅对触头有很大的破坏作用?而且使断开电路的时间延长。在低压设备?开关设备中?故障电弧会在10ms内将温度升高到13000k?同时在约15ms内将压力上升到约2×105pa~3×105pa。设备内的零部件如门在这样的高压力作用下会脱离它们的固定机构并被掀开。高温还在设备内产生熔化和蒸发过程。结果产生毒气?毒气又在压力作用下向外排出。这样对附近的工作人员就有生命的危险。工作人员吸入毒气造成死亡的例子不少。更多的情况是烧伤皮肤和使人目眩。

除了人身伤害外?还有设备的损坏?如建筑内的设备?开关设备和二次部分部分或全部地被破坏。即使破坏过程结束了?用户还要承受长时停产及高昂的事故费用。四.电弧的消除

1?速拉灭弧

当交流电流经过零值的瞬间?拉大触头间距离?当触头间所加电压不足以击穿其间距时?电弧就不会重新点燃。触头的分离速度越快?电弧熄灭就越快?通常在高压断路器中装设强力的跳脱弹簧来加快触头分开的速度。

2?吹弧灭弧法

a)利用外力~如气流、油流或电磁力?来吹动电弧?使电弧加速冷却?同时拉长电弧?降低电弧中的电场强度?加速电弧的熄灭?按吹弧的方向来分?有横吹和纵吹两种。 b)当低压刀开关迅速拉开刀阐时?不仅迅速拉长了电弧?同时使本身回路电流产生的电动力作用于电弧?吹动电弧?使其拉长电弧直到电弧熄灭。

c)如果开关利用专门吹弧线圈来吹动电弧?使电弧移动?电弧移动的力实际上是电弧电流在线圈磁场中产生的电动力。

d)也有的开关利用铁磁物质~钢片等??来吸动电弧。

3?冷却灭弧法

降低电弧的温度?使正负离子的复合增强?有助于电弧迅速熄灭?这是一种基本的灭弧方法。

4?短弧灭弧法

利用金属片将长弧切成若干短弧?则电弧上的压降将近似地增大若干倍。当外施电压小于电弧上的压降时?则电弧就不能维持而迅速熄灭。通常采用钢灭弧栅?让电弧进入钢片?

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