第5章 电气设备及选择

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1、工工厂厂供供电电总课时：总课时：60学时学时供供电教研电教研室室第第5章章 电气设备及其选择电气设备及其选择电弧的产生与熄灭电弧的产生与熄灭高压一次设备高压一次设备低压一次设备低压一次设备 123互感器互感器4高、低压成套配电装置高、低压成套配电装置电力变压器选择电力变压器选择电气设备的选择与校验电气设备的选择与校验567导线、电缆截面积的选择与校验导线、电缆截面积的选择与校验8供供电教研电教研室室5.1 电弧的产生与熄灭电弧的产生与熄灭本节主要内容：本节主要内容：电弧的特点与形成过程；电弧的特点与形成过程；电弧熄灭原理与方法。电弧熄灭原理与方法。供供电教研电教研室室一、开关电器的灭弧原理一、

2、开关电器的灭弧原理 （一）电弧现象（一）电弧现象 1) 电弧电弧：是一种气体游离放电现象。是一种气体游离放电现象。 2) 产生电弧的条件产生电弧的条件：用开关电器开断电源电压大于用开关电器开断电源电压大于10 20 V，电流大于，电流大于80 100mA的电路时，就会发生电弧。的电路时，就会发生电弧。 3) 电弧的特点电弧的特点：能量集中，温度很高，亮度很强；电弧是能量集中，温度很高，亮度很强；电弧是良导体。良导体。 4) 电弧的利用电弧的利用：电弧在工业上有很多有益的应用，例如，电弧在工业上有很多有益的应用，例如，利用其高温的电弧焊接机，电弧炼钢炉等。利用其高温的电弧焊接机，电弧炼钢炉等。

3、5) 电弧的危害电弧的危害：在开关电器中，电弧是有害的，要求尽快在开关电器中，电弧是有害的，要求尽快地熄灭，否则会烧坏开关触头，误拉隔离开关会造成相间短路地熄灭，否则会烧坏开关触头，误拉隔离开关会造成相间短路和人身伤亡。和人身伤亡。 5.1 电弧的产生与熄灭电弧的产生与熄灭供供电教研电教研室室 6) 特征特征： 气体导电（轻、易变形）；气体导电（轻、易变形）； 电弧的能量集中，温度很高，亮度很强电弧的能量集中，温度很高，亮度很强例：例：10kvQF断开断开20kA的电流，电弧功率达到的电流，电弧功率达到 1万万kw以上以上 电弧由阴极区，阳极区和弧柱区组成。电弧由阴极区，阳极区和弧柱区组成。

4、弧柱处温度最高，可达弧柱处温度最高，可达67k0C到到1万度以上在弧柱周围万度以上在弧柱周围温度较低，亮度明显减弱的部分叫温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰，电流几乎都从弧弧焰，电流几乎都从弧柱内部流过。柱内部流过。弧 柱阳 极 区阴 极 区供供电教研电教研室室 电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃烧的电压很低。电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃烧的电压很低。在大气中，在大气中，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅长的直流电弧的弧柱电压仅1530v，在变压，在变压器油中器油中1cm长的直流电弧的弧柱电压仅长的直流电弧的弧柱电压仅100220v。 电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易变形。电弧是一束

5、游离的气体，质量极轻，极易变形。 电弧在气体或液体的流动作用下或电动力作用下，能迅电弧在气体或液体的流动作用下或电动力作用下，能迅速移动、伸长或弯曲。速移动、伸长或弯曲。（二）电弧的产生与熄灭（二）电弧的产生与熄灭 游游 离离中性质点分解成自由电子和正离子中性质点分解成自由电子和正离子。去游离去游离电子和正离子相互吸引还原为中性质点电子和正离子相互吸引还原为中性质点。供供电教研电教研室室1. 电弧的产生电弧的产生 1）强电场发射强电场发射：E=U / s 大于大于3106 V/m时，金属触头阴时，金属触头阴极表面就会发射自由电子极表面就会发射自由电子。 2）热电子发射热电子发射：在开关分闸时，

6、动静触头之间的接触压在开关分闸时，动静触头之间的接触压力和接触面积减小，接触电阻增大，接触表面发热严重，产生力和接触面积减小，接触电阻增大，接触表面发热严重，产生局部高温，阴极金属材料中的电子获得动能而逸出成为自由电局部高温，阴极金属材料中的电子获得动能而逸出成为自由电子。子。 供供电教研电教研室室 3）加速运动加速运动：自由电子，在强电场的作用下，向阳极作自由电子，在强电场的作用下，向阳极作加速运动。加速运动。 4）碰撞游离碰撞游离：加速运动获得动能的自由电子在运动中与加速运动获得动能的自由电子在运动中与中性质点发生碰撞，中性质点中的电子获得能量产生跃迁，跳中性质点发生碰撞，中性质点中的电子

7、获得能量产生跃迁，跳到能级更高的轨道上，如果获得的能量足够大，自由电子就能到能级更高的轨道上，如果获得的能量足够大，自由电子就能脱离原子核的束缚，游离成自由电子和正离子。脱离原子核的束缚，游离成自由电子和正离子。 5）雪崩雪崩：游离的结果导致触头间自由电子数量剧增游离的结果导致触头间自由电子数量剧增 。 6）介质击穿产生电弧介质击穿产生电弧：剧增的电子剧增的电子形成电流，介质被击形成电流，介质被击穿而产生电弧。穿而产生电弧。电弧形成小结电弧形成小结自由电子的来源自由电子的来源 (即游离方式即游离方式) 电极发射大量自由电子：热电子电极发射大量自由电子：热电子+强电场发射强电场发射 弧柱区的气体

8、游离：碰撞游离弧柱区的气体游离：碰撞游离+热游离热游离供供电教研电教研室室电弧的形成电弧的形成其中：阴极发射（起因）其中：阴极发射（起因）碰撞游离（重要因素）碰撞游离（重要因素）击穿（量变到质击穿（量变到质变）变）热游离（主要因素）热游离（主要因素）维持发展维持发展热电子、强电场发射阴极发射 2电弧的维持与发展电弧的维持与发展 1）由于电弧的）由于电弧的 r 小，电弧形成后，触头间的电压和电场强小，电弧形成后，触头间的电压和电场强度很低，强电场发射停止。度很低，强电场发射停止。 2）由于电弧在燃烧过程中温度很高，可达到几千度甚至）由于电弧在燃烧过程中温度很高，可达到几千度甚至上万度，阴极表面继

9、续进行热电子发射。上万度，阴极表面继续进行热电子发射。电弧热游离温度磁撞游离加速 3）另一方面介质的分子和原子在高温下将产生强烈的）另一方面介质的分子和原子在高温下将产生强烈的分子热运动，获得动能的中性质点之间不断地发生碰撞，游分子热运动，获得动能的中性质点之间不断地发生碰撞，游离成自由电子和正离子，此即所谓热游离。离成自由电子和正离子，此即所谓热游离。 4）热发射和热游离给弧隙提供了大量的自由电子，电）热发射和热游离给弧隙提供了大量的自由电子，电流继续流过，电弧的燃烧得以维持。流继续流过，电弧的燃烧得以维持。 供供电教研电教研室室3电弧的熄灭电弧的熄灭 1）复合去游离：复合去游离：正离子和负

10、离子相互吸引而中和成为中正离子和负离子相互吸引而中和成为中性质点的过程。性质点的过程。自由电子的自由电子的 v 远大于正离子，它们直接复合的远大于正离子，它们直接复合的可能性很小，往往是自由电子先附着在中性质点上，形成负离可能性很小，往往是自由电子先附着在中性质点上，形成负离子，运动速度大大减慢，此时正离子和负离子更容易复合。子，运动速度大大减慢，此时正离子和负离子更容易复合。 2）扩散去游离：扩散去游离：自由电子和正离子逸出电弧而进入周围自由电子和正离子逸出电弧而进入周围介质中，被周围介质冷却而复合的过程。介质中，被周围介质冷却而复合的过程。 由于电弧内外的由于电弧内外的电荷浓度电荷浓度及及

11、温差温差的不同，自由电子和正离的不同，自由电子和正离子将向浓度和温度都低的周围介质中扩散，在低温处，电子和子将向浓度和温度都低的周围介质中扩散，在低温处，电子和离子的离子的v减慢而复合成为中性质点。减慢而复合成为中性质点。供供电教研电教研室室 影响游离和去游离的因素影响游离和去游离的因素电弧温度：热游离Q 速度复合加强Q 使温度降低的方法有：吹弧、拉长电弧、或与冷却介质表面接触。 电场强度：E 运动速度复合 Q热游离气体介质的压力：F自由行程缩短离子浓度复合 真空数目少磁撞游离扩散介质特性：包括气体的介电强度、导热系数、热容量、电负荷电极材料：铜、银、铜钨、银钨合金n具有熔点高、导热能力强、热