电弧的产生危害及消除措施

电弧的产生、危害及消除措施 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 102OV。 电流大 于 80100mA。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。 1/4 页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 510V/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 10-510-6cm 如果阴极压降为 10V则阴极区的电场强度为 106107V/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 10-210-3cm则阳极区的电场强度为 103104V/cm。 由于阳 极材料和焊接电流对 2/4 页阳极区压降影响很大它可 以在 010V 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 2105pa3105pa。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3/4 页一是利用了电 动力吹弧二是利用了铁磁吸弧同时钢片对电弧还有冷却 作用。 5狭缝灭弧法电弧在固体介质所形成的窄沟 内燃烧将电弧冷却同时电弧在狭缝窄沟中燃烧压力增大 有利于电弧的熄灭。有的熔丝在熔管内充填石英砂就是利 用这种狭沟灭弧原理还有一种用耐弧的绝缘材料陶瓷类 制成灭