熄灭交流电弧的基本方法
灭弧原理及主要开关电器
交流电弧电流在每一个半周内都通过零值，此时电弧的自然暂时熄灭，与电弧间 隙的去游离程度无关。此后，由于电流反向，电弧又重新点燃。电弧能否熄灭，决定 于电弧电流过零时，弧隙的介质强度恢复速度和恢复电压上升速度的竞争。 加强弧隙的去游离或减小弧隙电压的恢复速度，都可以促使电弧熄灭。
在几千伏或几万伏的高压断路器中灭弧，近阴极效应是无足轻重的。 有决定意 义的是电弧间隙即弧柱中的去游离过程，同时降低恢复电压上升的速度、幅度，抑制 恢复电压可能产生的高频振荡。
广泛采用的灭弧方法：
1.利用灭弧介质 电弧中的去游离程度，在很大程度上取决于电弧周围介质的特性，如介质的传热
能力、介电强度、热游温度和热容量。这些参数的数值越大，则去游离作用越强，电 弧就越容易熄灭。
空气的灭弧性能是各类气体中最差的，氢的灭弧能力是空气的7.5倍。用变压器 油作灭弧介质，使绝缘油在电弧的高温作用下分解出氢气和其他气体来灭弧。六氟化 硫（SF6）气体的灭弧能力比空气约强100倍。真空的介质强度比空气约大15倍。
采用不同灭弧介质可以制成不同类型的断路器，如空气断路器、油断路器、SF6 断路器、真空断路器等。由于空气灭弧性能差，而变压器油灭弧性能是依赖电弧电流 产生的高温分解出氢气灭弧，有易燃易爆危险。因此，当前高压断路器主要采用真空 介质及SF6气体介质，尤其是SF6气体具有无毒、不可燃、绝缘性能高和灭弧能力远 超过一般介质的特点，因而SF6断路器几乎独占了110kV及以上电压等级的断路器份 额。 2.采用特殊金属材料作灭弧触头
采用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料，可以减少热电子发 射和电弧中的金属蒸气，抑制弧隙介质的游离作用。同时，触头材料还要求有较高的 抗电弧、抗熔焊能力。常用的触头材料有铜、钨合金和银、钨合金等。
6.5.交流电弧熄灭原理
第四章 交流电弧的熄灭原理
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第四章 交流电弧的熄灭原理
§ 4-0 序 § 4-1 弧隙中的介质恢复过程 § 4-2 弧隙中的电压恢复过程 § 4-3 交流电弧的熄灭条件
2008年 4月 17日
第四章 交流电弧的熄灭原理
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§ 4-1 弧隙中的介质恢复过程
介质恢复过程的概念
弧柱区 的介质恢复过程
间隙电压高
第四章 交流电弧的熄灭原理
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§ 4-2 弧隙中的电压恢复过程
理想弧隙的电压恢复过程
开断 单频电路 时弧隙上的电压恢复过程
实际 开断单频电路短路电流时， uhf 多为振荡衰减的波形
这种恢复电压常用 两参数 来表征
在 低压电器 中
振幅因数
γ =U hfm
U gm
描述恢复电压幅值的大小
振荡频率
f= 1 2tm
2008年 4月 17日
第四章 交流电弧的熄灭原理
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第四章 交流电弧的熄灭原理
§ 4-0 序 § 4-1 弧隙中的介质恢复过程 § 4-2 弧隙中的电压恢复过程 § 4-3 交流电弧的熄灭条件
2008年 4月 17日
第四章 交流电弧的熄灭原理
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§ 4-2 弧隙中的电压恢复过程
电压恢复过程
电流过零后， 弧隙两端 的电压由 零 或 反向电弧电压 上升到 电源电压 的过程称为 电压恢复过程 恢复电压（ recovery voltage） ：电压恢复过程中弧隙上的 电压
电击穿 ：电弧电流过零后， Rh →∞， 但由于介质温度较高，
弧隙耐压强度低，而引起的击穿 温度仍然较高
复合
扩散
耐压强度低 弧柱温度
过零时
Ph = 0
低压电器常见四种交流电弧灭弧方法
低压电器常见四种交流电弧灭弧方法电弧的本质是触头间隙中的气体在强电场作用下的放电现象。
电弧会产生高温，并发出强光。
电弧的消失使得电路连续保持导通状态，其高温烧蚀触头金属材料，减低电器的使用寿命，严峻时会引起触头材料的熔焊，并引起电气火灾。
电工学习网我在本文介绍常见四种沟通电弧灭弧方法。
灭弧方法之一：拉长电弧拉长电弧，降低电场强度或者将电弧分为很多短弧，使得电场强度无法维持电弧持续存在。
图1所示为沟通接触器的桥式一次触头，下部的是定触头，上部的是动触头，触头中流过的电流是I。
当触头打开后，动静触头之间消失了电弧。
我们用右手螺旋定则可以推断出磁力线方向是从外部进入纸面的;再用左手定则可推断出电流I对电弧产生的电磁力F方向向外，如图1中的F所示。
图1 桥式触头中的电弧及消散方向电弧在力F的吹弧作用力下被拉长降温，同时还降低了电弧内部单位长度的电场强度，最终电弧被熄灭。
灭弧方法之二：利用冷却介质对电弧降温图2所示为低压熔断器熔芯内的灭弧细沙，它利用细沙将电弧冷却降温直至熄灭。
图2 熔断器熔芯内填充细沙进行灭弧灭弧方法之三：利用灭弧栅使得电弧降温灭弧利用电磁力使得电弧进入到绝缘材料制作的灭弧窄缝中，让电弧强制降温，减小离子运动速度，加速等离子体中离子的复合作用。
图3所示为灭弧栅灭弧示意图。
图3 灭弧栅灭弧示意图灭弧栅是一系列间距为2-2.5mm的钢片，它们被安放在低压开关电器的灭弧室中，彼此之间相互绝缘。
当动、静触头分开后产生了原始电弧。
由于灭弧栅片的磁阻比空气小得多，因此电弧下部磁通密度远大于电弧上部的磁通密度，这种上下不对称的磁阻将电弧拉入灭弧栅中，随即电弧被灭弧栅分成很多相互连接的短电弧段。
虽然每两片灭弧栅片可以看作是一对电极，由于灭弧栅电极之间是相互绝缘的，故其绝缘效果极强，使得这些短电弧段在受到灭弧栅的绝缘和冷却作用下强制降温熄灭。
灭弧栅不但能对电弧冷却降温，还能对电弧产生近阴极效应作用。
我们知道空气分子被电离后形成带正电的正离子和带负电的电子，正离子的质量远大于电子；我们还知道沟通电流每周期有两次过零。
交流电弧的熄灭原理
掌握交流电弧的熄灭原理（1）说明交流电弧伏安特性的特点。
交流电流的瞬时值随时间变化，每周期内有两次过零点。
电流经过零点时，弧隙的输入能量等于零，电弧温度下降并自然熄灭。
而后随着电压和电流的变化，电弧重新燃烧。
因此，交流电弧的燃烧，实际上就是电弧点燃、熄灭的循环过程，这个特点也反映在它的伏安特性中。
（2）说明交流电弧的熄灭原理。
交流电弧电流通过零点时，由于电源停止供给电弧能量，热游离迅速下降，为电弧的最终熄灭创造了最有利的条件，此时只要采取一定的消游离措施，使少量的剩余离子复合，就能防止电弧在下半周重燃，使电弧最终熄灭。
（3）什么是近阴极效应。
电流过零后，两级改变极性，原来的阴极改变为新的阳极，而原来的阳极改变为新的阴极。
电场方向的改变，弧隙中剩余电子和离子的运动方向也应随之改变。
但是由于电子的质量远比正离子质量小得多，因而电子的运动方向改变要远比正离子灵敏得多，形成电流很快向新的阳极运动，而正离子在此瞬间几乎停止在原地，来不及向新的阴极运动。
新的阴极此时还不能形成强电场发射与热发射。
因此，在新的阴极附近就存在一层没有电子而只有正离子的空间，相当于形成了一薄层绝缘介质。
从电路的角度来看，必须加一定的电压才能将此绝缘薄层击穿，电弧才会重燃，弧隙重新导电。
这个击穿电压值称为弧隙的起始介质强度。
起始介质强度在电流过零后就会出现，这种在交流电弧电流过零后弧隙几乎立即出现一定的介质强度现象，称为交流电弧的近阴极效应。
（4）说明电弧的熄灭过程。
交流电弧过零点时，弧隙的输入能量等于零，电弧温度下降，自然熄灭。
在交流电弧熄灭过程中有两个方面的因素要加以考虑。
1.交流电弧电流过零是最有利的灭弧时机，这是输入弧隙的功率趋近去零，如电弧散失的功率大于此时由电源输入的功率，电弧就会熄灭。
如果熄弧措施太强，使电弧电流提前强制过零，这时交流电弧的熄灭原理与直流电弧相同，会造成熄弧困难。
2.对交流电弧的电路参数而言，电源电压越高，恢复电压峰值也愈高，熄弧越困难。
电弧的形成与熄灭基本知识讲解
▉ 电弧放电的特征和危害
4. 电弧的危害 （1）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间， 加重了电力系统短路故障的危害。 （2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏 绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。 （3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造 成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。
1. 吹弧气流产生的方法有： （1）用油气吹弧 用油气作吹弧介质的断路器称为油断路器。在这种断路器 中，有用专用材料制成的灭弧室，其中充满了绝缘油。当断路 器触头分离产生电弧后，电弧的高温使一部分绝缘油迅速分解 为氢气、乙炔、甲烷、乙烷、二氧化碳等气体，其中氢的灭弧 能力是空气的7.5倍。这些油气体在灭弧室中积蓄能量，一旦 打开吹口，即形成高压气流吹弧。
▉吹弧 —吹弧气流产生法...（2）
（2）用压缩空气或六氟化硫气体吹弧 将20个左右大气压的压缩空气或5个大气压左右的六氟化 硫气体（SF6）先储存在专门的储气罐中，断路器分闸时产生 电弧，随后打开喷口，用具有一定压力的气体吹弧。 （3）产气管吹弧 产气管由纤维、塑料等有机固体材料制成，电弧燃烧时与 管的内壁紧密接触，在高温作用下，一部分管壁材料迅速分解 为氢气、二氧化碳等，这些气体在管内受热膨胀，增高压力， 向管的端部形成吹弧。
▉ 电弧的形成— 弧柱中自由电子的主要来源（2）
（3）碰撞游离 从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极 运动，在运动过程中不断地与中性质点（原子或分子）发生 碰撞。当高速运动的电子积聚足够大的动能时，就会从中性 质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称 为碰撞游离。 （4）热游离 弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很 大的中性质点互相碰撞时，将被游离而形成电子和正离子， 这种现象称为热游离。弧柱导电就是靠热游离来维持的。
第三章 灭弧原理及主要开关电器 3 5
射和电弧中的金属蒸气，抑制弧隙介质的游离作用。同时，触头材料还要求有较高的 抗电弧、抗熔焊能力。常用的触头材料有铜、钨合金和银、钨合金等。
3.采用灭弧介质或电流磁场吹动拉长与冷却电弧
在高压断路器中利用各种结构形式的灭弧室，使气体或油产生巨大的压力并有力 地吹向弧隙，将使带电离子扩散和强烈地冷却而复合。空气断路器利用充入压力约为 2.3MPa的干燥压缩空气作为吹动电弧的灭弧介质。SF6断路器利用压力为0.3～ 0.7MPa的纯净SF6气体作为灭弧介质在灭弧室吹动电弧，油断路器利用油和油在电弧
熄弧时的过电压，通常在大容量发电机出口断路器及110kV以上的高压断路器，特别
是特高压断路器上的断口处加装并联电阻，如图3-11所示。
图3-11 分、合闸并联电阻滞后分断和提前关合的动作原理
分闸时，主触头先打开，由于有并联电阻接入，不仅使主触头间产生的电弧容易 熄灭，而且使恢复电压的数值及上升速度都降低，并联电阻对电路的振荡过程起阻尼 作用，可能使振荡过程变成非周期振荡过程，从而抑制了过电压，当主触头间电弧熄 灭后，辅助触点打开，完全开断电路。合闸时，顺序相反，辅助触点先合，让其预合 在电阻性负荷上，然后合上主触头，避免合闸过电压。
图3-25 混合压气式灭弧室原理示意图 （a）开断初期；（b）开断过程中
4.配置大功率高性能的操动机构
由于特高压断路器灭弧室运动质量大，且要求分闸速度高，操作过程中传动及支 撑部分都受到较大冲击力，并且要满足5000次机械寿命要求。因而，操动机构必须大 功率、平稳可靠。为满足特高压电网对开断的系统稳定性及操作过电压水平的要求， 操动机构还必须能快速响应，同时分、合闸速度具有可调性能。
特高压断路器首先要求应能满足特高压电网大容量短路电流的开断能力，保证能
简述电弧产生的条件及熄灭交流电弧的基本方法
简述电弧产生的条件及熄灭交流电弧的基本方法
电弧是指在电气设备中，当电流通过中断开关、触头、接触器等断开电路时，因无法瞬间断开电流，电流产生弧光放电现象的过程。
电弧产生的条件有：
1.电流足够大：只有当电流足够大，才能在断开电路时产生足够强烈的电弧。
2.电压足够高：高电压可以促使电流在断开过程中容易产生击穿和放电，从而形成电弧。
3.短路故障：断开电路时，如果存在短路故障，则容易形成电流过大的短路弧。
熄灭交流电弧的基本方法有：
1.增大开断距离：通过增加电路中间的绝缘距离，使得电弧在绝缘中断开时能够迅速熄灭。
2.使用消弧装置：消弧装置可以通过改变电弧路径、引导电弧燃烧、降低电弧能量等方式熄灭电弧。
3.合理设计断开装置：通过合理设计触头、开关等断开装置的结构，可以使得断开时电弧容易形成并熄灭。
4.使用额外的熄弧方法：例如在电弧产生时使用外部光源来产生熄灭电弧的光辐射，在一定条件下可以加速电弧熄灭。
总之，熄灭电弧的方法主要是通过控制电弧的路径、能量和环境等因素来实现的。
3.210交流电弧的熄灭方法
重燃，又称为半周期断路器。
交流电弧熄灭的基本方法
利用特殊金属材料作灭弧触头
发电厂电气部分
交流电弧的熄灭方法
采用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料， 可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸汽，抑制游离作用。
铜触头
钨合金触头
插入式触头
银钨合金触头
交流电弧熄灭的基本方法 利用灭弧介质或电流磁场吹动拉长与冷却电弧
Q ： 当 恢 复 电 压 按 Ur1 变 化 时 ， 电 弧会不会重燃？如按Ur2变化呢？
A ： 当 恢 复 电 压 按 Ur1 变 化 时 ， 在 t1 时间后，恢复电压大于介质强度， 电弧重燃。如按Ur2变化，电弧不会 重燃。
介质强度与恢复电压曲线
PART 02
交流电弧熄灭的基本方法
交流电弧熄灭的基本方法
Q
系统的高压、高温、高场强环境使开关金属触头阴 极在开断瞬间在强电场作用下发射电子，发射的电 子在触头电压作用下产生碰撞游离，形成了电弧。 在电弧高温作用下，阴极伴随有热发射，并在介质 中发生热游离，使电弧维持和发展。
Preview
为什么需要将电弧熄灭？ A
发电厂电气部分
交流电弧的熄灭方法
Q
电弧的存在延长了开关电器（尤其指断路器）开断故障电路的 时间，加重了电力系统短路故障的危害。 电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘材料。 对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。 由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成飞弧短路 和伤人，或引起事故的扩大。
S气F体6：，是F良原好子的能负迅电速性捕 捉自由电子成为稳定的
负离子，其灭弧能力是 空气的100倍。
真空：气体压力低于 133.3×10-4Pa，在弧隙间自由 电子很少，碰撞游离可能性很 小；且弧柱对真空中带电质点 的浓度差和温度差很大，有利 于扩散。其灭弧能力是空气的 15倍。
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熄灭交流电弧的基本方法
1. 切断电源：最直接的方法是切断电源，停止供电，这样电弧就会自动熄灭。
2. 使用隔离设备：在处理带电设备时，可以使用隔离设备（如隔离开关、断路器等）来切断电弧的通路，防止电弧继续存在。
3. 使用灭弧装置：灭弧装置可以用来控制和熄灭电弧，常见的灭弧装置有灭弧室、灭弧圈等。
4. 使用电流限制器：电流限制器可以限制电弧的电流，使其不足以维持电弧燃烧，从而熄灭电弧。
5. 使用灭弧剂：灭弧剂是一种能够吸收电弧能量的物质，可以通过喷洒或注入的方式将灭弧剂引入电弧室中，从而熄灭电弧。
6. 使用灭弧器：灭弧器是一种专门用于熄灭电弧的装置，可以通过将电弧引导到灭弧装置中，利用其特殊结构和材料来熄灭电弧。
请注意，熄灭交流电弧时需要采取相应的安全措施，以确保人员和设备的安全。
如果不熟悉电弧的处理方法，请及时寻求
专业人士的帮助。