3 第三讲 交流电弧的过零熄灭和重燃理论和自能式灭弧室的开断原理
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第三讲 交流电弧的过零熄灭和重燃理论和自能式灭弧室的开断原理
1. 交流电流过零熄弧
工业交流电每半周电流要过零一次，交流电流总是在电流过零时熄灭的，
这与直流电弧不同，熄灭交流电弧比熄灭直流电弧要容易得多。交流电弧过
零的详细过程分下列两种情况来说明：
1.1 用图1（a）所示的电阻电路来分析。由于电弧电压远低于电源电压，
也就是说电源电压足以维持电弧燃烧而不致发生强制熄弧，因此电弧电流i与
电源电压u同时过零，见图1（b），0t是产弧时刻，此时断口间产生电弧电压
au。由于电源电压u远远地大于电弧电压a
u
，电弧电流i仍近似于为正弦波，
因此它与电弧电压au同时过零。电流过零详细情况见图2。
图1 电阻分析电路的电弧电流过零
图2 实际电弧电流hi与电弧电压hu同时过零
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1.2 用图3所示的电感电路来分析。图中，u是电源电压，令
wtEumcos
，（mE是电源电压的幅值），L是分析电路中的电感，QF表示
断口，nR表示电弧电阻，电弧电压hhhRiu（hu随hi改变正负号）。hi是电
路电流（即电弧电流）
图4表示此时电弧电流的变化曲线。图4中e表示电源电压随时间变
化的曲线（瞬时值），hi是电弧电流的瞬时值。hi可分解为两个分量组成：一
个分量是滞后于电源电压e 90°的的正弦电源分量wtwLEimsin;另一个分
量是随时间线性（假设电弧电阻是恒定值）变化的分量 )(wtwLuih，
表示起始燃烧时刻的相位角，π和2π表示一个半波和一个周波的相位角。
由电路数学分析得出iiih。
实际电弧电流hi比其正弦电流分量i过零提前过零1wt相位角，这是由于
在电感电路中，由于有电弧压降存在而导致了实际电弧电流hi比电弧电压
h
u
提前过零，其提前过零的相位角是ξ，ξ的数值为若干μs至数十μs数量级。
电流过零详细情况见图5。
图3 电感分析电路
图4 电感分析电路中电弧电流的变化曲线
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图5 电感分析电路中实际电弧电流hi比电弧电压hu提前过零
断路器短路开断时，既有负荷电阻，又有负荷电感，负荷的功率因数是
0.2左右，因此电弧电流过零的情况介于上述两种情况之间。
对频率为50Hz的交流电路，电流每秒有100次零值，因此不管开关的熄
弧能力如何差，电流都要过零，至少是暂时地熄灭。如电流过零后，弧隙未
复燃，电弧就熄灭；反之，如发生复燃，则电弧此次过零时不能熄灭，至少
需燃烧至电弧电流下次过零时再熄灭。
2. 交流电弧的熄灭与重燃理论
交流电弧电流过零这一段时间中，弧隙从导体逐渐变成介质，交流电弧
的熄灭主要决定于这一过程。对于交流电弧的熄灭和重燃过程存在着两种理
论：弧隙介质恢复理论（电击穿理论）和能量平衡理论（热击穿理论）。
弧隙介质强度恢复理论是斯列宾提出的，认为电弧的重燃是由于外加电
场将间隙击穿的结果。这个理论认为：电弧电流过零后，弧隙已是介质，不
存在电导。因此在弧隙上发生的电压恢复过程和介质强度恢复过程是互不影
响和制约的。而电弧过零后的熄灭和重燃取决于这两个过程哪一个恢复得快。
如果介质强度始终大于弧隙上的恢复电压，就不再发生击穿，电弧最终熄灭。
因此，交流电弧的熄灭条件是：电流过零后，弧隙介质恢复强度在任何时刻
始终高于弧隙上的恢复电压。
而实际上，从电流过零时刻开始，在弧隙上发生两个作用相反而又有联
系的过程：即电压恢复过程和介质强度恢复过程。
当交流电弧最后熄灭时，在弧隙上的电压应当等于电源电势。因此，当
电流过零电弧熄灭时，弧隙上电压从熄弧电压上升变化到相应于电源电动势
的瞬时值，这一变化过程就称为弧隙上电压恢复过程。
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在电压恢复过程中，恢复电压由两个分量组成：即工频恢复电压和暂态
恢复电压。在电弧熄灭时刻，在首先灭弧的一相触头上出现的工频电压有效
值称为弧隙上（或为断路器触头上）的工频恢复电压。
暂态恢复电压是指电弧熄灭后，断路器一相触头上的暂态电压，它可以
是周期性的（单频或几个频率）或非周期性的，这决定于电路的特性、断路
器的特性（它的电导和电容）及电弧熄灭时立即出现在断路器触头上的工频
恢复电压瞬态值。周期性暂态恢复电压的振荡是以工频恢复电压作为轴心而
进行的。
在电流过零电弧熄灭时。弧隙有或大或小的介质强度，并随着去游离程
度而继续上升。这就是间隙介质强度恢复过程。介质强度恢复过程能说明电
弧熄灭过程和开断电器熄灭能力的特性。介质强度恢复过程决定于电弧间隙
的内部过程，如间隙中能量的变化、灭弧介质的种类和状态、触头的状态和
运动等：并且也与线路参数有关，电弧电流过零前的状态对它也有影响。电
弧的开断过程主要是将弧隙中的能量移去，使去游离加强。开关电器灭弧装
置的主要作用就在于将电弧开断，移去电弧的产物，将热的导电气体变成能
承受线路电压的绝缘介质。
按照斯列宾的理论。电弧的熄灭或重燃决定于这两个过程中哪一个过程
恢复得快。如图6中曲线1ju与曲线hfu所示，介质强度始终大于弧隙上的恢
复电压，就不再发生击穿，电弧最终熄灭。反之，若在某一时刻恢复电压大
于介质强度，如图6中2ju与曲线hfu，它们相交于A点，则弧隙将击穿而重
燃，加在弧隙上的电压又转变为电弧电压hu。这种理论只能用来解释电弧电
流超前过零，弧隙电导预先消失的重燃现象，并不能普遍适用。
图6 弧隙介质强度ju与恢复电压hfu曲线
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必须指出，在斯列宾提出介质强度恢复理论时，认为电压恢复过程与介
质恢复过程是彼此无关的。但事实上由于弧隙剩余电流的作用，这两个过程
是相互联系的。
弧隙能量平衡理论是克西提出的，认为电弧重燃不是电流过零后简单的
电压击穿，而是电路和弧隙之间的能量平衡的性质。当弧隙中所产生的热能
大于散出的热能时，弧隙就会因热击穿而使电弧重燃。这个理论认为在交流
电流过零电弧暂时熄灭时，弧隙温度较高，热游离还未停止，弧隙仍是一个
具有一定电导的通道，尚未恢复为真正的介质。因此在恢复电压作用下，就
出现弧后电流，电源继续向弧隙输送能量，因而可能引起电弧的重燃。他们
认为所有紧接于电流过零点后的重燃现象均是由于有显著的弧后电流而发生
的，只有经过一定延时后的重燃才是没有先期的弧后电流，而由电击穿引起
的重燃。
热击穿的观点考虑了电弧的热过程，并且指出弧隙上的电压恢复过程和
介质强度恢复过程并不是相互独立的，而是通过弧隙的残余电阻而相互联系
和影响的。这种观点使对交流电弧的熄灭和重燃有了进一步的了解。然而这
个理论也有局限性，它对于那些弧隙电导预先消失和因电击穿而发生重燃并
不能做出确切的解释。
两种理论的根本不同点在于：电弧电流过零前后是否有剩余电流。在斯
列宾提出理论时，尚不知有剩余电流，而克西则是剩余电流的基础上提出其
理论。
在理想的开关电器中，在电弧燃炽时，弧隙电阻等于零，而在电弧熄灭
后，弧隙电阻就立刻等于无限大。事实上，在交流电流自然过零前的几百s，
电流已接近于零，弧隙上已有相当的电阻，而在电流过零电弧熄灭时，弧隙
还是有个相当大电阻的导体。正因为熄弧后间隙有剩余电导的存在，在恢复
电压的影响下，弧隙中有电流通过，这一电流叫做剩余电流，或称弧后电流。
剩余电流就等于恢复电压与剩余电导的乘积关系。通常用两个参数来表示剩
余电流的特性，及剩余“热”的作用；而且还存在着可以由弧隙电击穿后转
变成热击穿而引起重燃，或在弧后电流消失后再发生电击穿而重燃，它们的
转化条件就是弧隙中能量的大小。
能量平衡理论不仅是对电弧的熄灭过程，还是对电弧的燃炽过程，都能
够比较全面地解释电弧的现象。它对电弧理论的发展和应用有重大的意义。
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但并不是所有开断过程都出现剩余电流，所以电流过零后能量平衡理论不是
各种情况都适用的。
3 自能式灭弧室的开断原理
自能式灭弧室在开断大电流时利用电弧本身产生的能量，将电弧产生的
高压高温的六氟化硫气体引入热膨胀室，在大喷口打开后利用它来吹弧，从而熄
灭电弧,此时辅助压气室中的六氟化硫被排放,从而减小了操作功。而在开断小电
流时，由于电弧本身产生的能量不足不能熄弧,此时利用辅助压气室中产生的较
高压力的六氟化硫气体来吹弧并熄灭电弧。自能式灭弧室的优点是可以使断路器
配用弹簧操动机构。
自能式灭弧室的工作原理见附图7至图11。
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第三章灭弧原理及主要开关电器x
提高灭弧效率的方法包 括优化开关电器的结构 设计、采用新型灭弧材 料和加强电场控制等
定义：一种能够接通、承载和分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常 电路条件下接通、承载一定时间和分断电流的开关电器。
作用：主要用于控制和保护线路、电动机等电气设备，防止短路和过载电流对设 备造成损坏。
工作原理：断路器内部装有触头，当电路发生短路或过载时，触头会断开，切断 电流，从而保护电路和设备。
狭缝灭弧装置：利用狭缝对电弧的冷却和去游离作用，使电弧迅速熄灭。
适用性：根据使用环境和需求选择合适的开关电器
可靠性：确保开关电器能够稳定、可靠地工作
经济性：在满足使用和安全要求的前提下，选择性价比高的开关电器
安全性：选择符合安全标准的开关电器，确保使用过程中不会发生电击、火灾等安全事 故
熄灭
快速切断电流： 通过快速切断 电源来迅速熄
灭电弧
触头在分断过程中产生电弧 电弧在介质中传播，产生热量 触头附近的介质被加热，产生高压气体 高压气体将电弧吹离触头，使电弧熄灭
灭弧效率与开关电 器的性能密切相关
灭弧效率的提高有 助于减小电弧对开 关电器的损害
灭弧效率的评估指 标包括灭弧时间、 灭弧能量和电弧电 压等
主要特点：具有控制容 量大、可频繁操作、寿 命长等优点，但也有噪 音大、体积大等缺点。
应用场合：广泛应 用于电动机的控制 和保护，以及其他 各种电气控制系统。
熔断器是一种用于电路保护的开关电器 当电流超过规定值时，熔断器会因发热而熔断 熔断器具有短路保护功能，可以快速切断故障电路 熔断器的选择应考虑电路的额定电流和短路电流
灭弧原理：断路器在分断电路时会产生电弧，为了熄灭电弧，断路器内部装有灭 弧室或灭弧装置，通过拉长电弧并增加介质强度来熄灭电弧。
电弧的产生和熄灭
一、电弧旳危害和特点
1. 电弧旳概念
当开关电器开断电路时，电压和电流到达一定值时，触头
刚刚分离后，触头之间就会产生强烈旳白光，称为电弧。
2.电弧旳本质
电弧旳实质是一种气体放电现象。 表面3000-
3. 电弧放电旳特征
4000度，弧 心温度可达
（1）电弧温度很高。
10000度
（2）电弧是一种自持放电现象。 （3）电弧是一束游离旳旳气体。
经过分析，可见交流电弧在交流电流自然过 零时将自动熄灭，但在下半周伴随电压旳增 高，电弧又重燃。假如电弧过零后，电弧不 发生重燃，电弧就此熄灭。
u
A
u h2
u h1
C
B
B'
O
i
C'
A'
交流电弧旳伏安特征
弧隙介质能够承受外 加电压作用而不致使弧隙 击穿旳电压称为弧隙旳介 质强度。当电弧电流过零 时电弧熄灭，而弧隙旳介 质强度要恢复到正常状态 值还需一定旳时间，此恢 复过程称之为弧隙介质强 度旳恢复过程。
2. 扩散 扩散是弧柱中旳带电质点逸出弧柱以外，进入周围介质 旳现象。扩散有三种形式： （1）温度扩散，因为电弧和周围介质间存在很大温差， 使得电弧中旳高温带电质点向温度低旳周围介质中扩散， 降低了电弧中旳带电质点； （2）浓度扩散，这是因为电弧和周围介质存在浓度差， 带电质点就从浓度高旳地方向浓度低旳地方扩散，使电弧 中旳带电质点降低； （3）利用吹弧扩散，在断路器中采用高速气体吹弧，带 走电弧中旳大量带电质点，以加强扩散作用。
恢复电压＝瞬态恢复电压＋工频恢复电压
交流电弧旳熄灭条件 1.假如电源电压恢复过程不小于介质强度恢复过程，
气隙被击穿，电弧重燃。 2.假如电源电压恢复过程低于介质强度恢复过程，
灭弧电路原理
直流开关灭弧应用原理：直流断路器的燃弧及熄弧过程与交流断路器是不同的。
交流断路器分断时产生的交流电弧每秒钟有2f（f为电网频率）次经过零点。
通过近极效应，使电弧熄灭。
交流断路器只要解决电弧重燃问题，即解决由导电状态恢复到介质绝缘状态的介质强度恢复过程。
电动机的灭弧原理是在发电机真空断路器分断瞬间，由于两触头间的电容存在，使触头间绝缘击穿，产生真空电弧。
由于触头形状和结构的原因，使得真空电弧柱迅速向弧柱体外的真空区域扩散。
当被分断的电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，使电弧不能继续维持而熄灭。
电弧熄灭后的几μs 内，两触头间的真空间隙耐压水平迅速恢复。
同时，触头间也达到了一定距离，能承受很高的恢复电压。
所以，一般电流在过零后，不会发生电弧重燃而被分断。
这就是其灭弧的原理。
刀开关灭弧的原理刀开关在分断有负载的电路时，在触刀与静插座之间会产生电弧，而且电压等级越高，分断电流越大，产生的电弧越严重。
这种极高温度的电弧，轻则将触刀或静插座灼伤或烧毁，重则会产生相间短路，造成重大事故。
在刀开关分断过程中，触刀和静插座之间的电弧，一方面沿切线方向被机械地拉长，另一方面还要受到经过触刀和它本身的所谓电弧电流产生的磁场（电弧电流上方磁场进入纸面，电弧电流下方磁场穿出纸面）的影响，在该磁场所产生的电动力的作用下，沿法线运动，这两种运动都有利于电弧的熄灭。
高压断路器的任务就是保证将断路器分闸时产生的电弧,能尽快地熄灭,使其不再重燃。
油断路器的灭弧方式大体分为：横吹灭弧,纵吹灭弧,横纵吹灭弧以及去离子栅灭弧等。
横吹灭弧：分闸时动静触头分开,产生电弧,电弧热量将油气化并分解,使消弧室中的压力急剧增高,此时气体收缩储存压力,当动触头继续运行喷口打开时,高压油和气喷出,横吹电弧,使电弧拉长、冷却熄灭。
纵吹灭弧：分闸时中间触头、定触头先分断,中间触头、动触头后分断。
前者分断时形成激发弧,使灭弧上半室的活塞压紧,当动触头继续向下移动形成被吹弧时,室内由于激发弧的压力油以很高的速度自管中喷出,把被吹弧劈裂成很多细弧,从而使之冷却熄灭。
电器学
小 结
◆ 低压开关电器弧隙的ujf特性可用式(4-8)表示。它随开断 电流、触头材料等不同而不同。 ◆ 低压开关电路弧隙的ujf特性主要决定于近阴极的冷却情 况。高压开关电路弧隙的ujf主要决定于弧柱的冷却情况。 在相同的开断情况下，ujf最高的介质是高真空，其次为SF6， 再次为压缩空气和油，最差的是大气。
荡性且有剩余电流is通过，但因实际ujf总是大于实际的uhf
数值，电弧不再重燃，电路终被开断。
§ 4-3 交流电弧的熄灭条件和计算方法
二、交流电弧熄灭过程的计算方法： 1. 电弧熄灭与否由介质恢复过程和电压恢复过程决定。 2. 前者主要决定于弧隙参数，后者主要决定于电路参数。
3. 二者通过Rs相互联系。
际ujf特性总是高于弧隙上的实际uhf特性。
小 结
◆ 借助于测量实际uhf波形和Rs波形，可以在电弧重燃时 确定重燃的原因是由于热击穿还是电击穿。
◆
理论上计算交流熄灭过程的方法是将描写电压恢复过
程和描写介质恢复过程的微分方程进行联解。
目前,由于还不能用数学公式正确地描写介质恢复过
程，所以交流电弧的熄灭过程一般还不能精确地进行计算，
§ 4-3 交流电弧的熄灭条件和计算方法
② 第二个电流半波，ih和uh较前增大，故ih幅值减小，
过零附近波形有些畸变，u与ih 的相位差角为Φ 2 ，ujf 也较 前增大。在t2 时刻ih 第二次过零，因ujf 仍不够高，故uhf 上 升到Urh”时，电弧又发生重燃，ih又继续流通； ③ 第三个电流半波，ih和uh继续增大，故ih幅值又减小， 过零附近波形畸变更剧烈，ujf继续增高。t3时刻ih第三次过 零。因uhf在较低的工频恢复电压瞬时值作用下上升，呈振
4. 计算公式（模型待定）。
各种电弧灭弧原理
各种电弧灭弧原理、条件及措施的比较1. 开关电弧灭弧的基本原理：首先使触头间的介质成为良好电导率的电弧，进而使电弧冷却，迅速降低其电导率，最终使其转变为良好的绝缘体。
单位体积内的能量平衡： 电源提供的能量=电弧的能量增量— v ٠gradp （由对流引起的散热功率）—s (T) （由辐射引起的散热功率）— div Χ٠gradT （由广义热传导引起的散热功率）应根据不同条件、不同场合，提高后三项的散热功率。
2.直流电弧灭弧条件：稳态电路方程与电弧伏安特性无交点灭弧措施：（1）拉长电弧→Ua ↗；（2）冷却电弧→Ua ↗（加装灭弧室，选用好的介质）；（3）制造电流过零点3.交流电弧交流电弧的熄灭措施：实质上是防止电弧重燃：利用电流过零点的有利时机，使U d >Utr措施：提高U d 及其上升率，同时降低Utr 及其上升率具体措施：（略）4.SF 6电弧灭弧原理：使大量SF 6分子与电弧接触而分解吸热，冷却电弧。
散热方式：以弧柱的热传导和对流换热为主，散热条件良好。
实际上防止重燃的方法：利用电流过零点的有利时机，使U d >Utr 。
gradT div T s gradp v dtdh E ⋅--⋅-=χρσ)(25.真空电弧散热方式：以辐射和经电极与屏蔽罩的热传导为主，散热条件较差。
只要保持为扩散型电弧，电流过零后，在微秒级内带电粒子即可消散而恢复间隙的绝缘强度。
实际上防止重燃的方法：利用电流过零点的有利时机，使U d >Utr，纵向磁场的特点：（1）延缓离子贫乏现象、阳极斑点的产生，使集聚电流值提高；（2）降低了电弧电压：一方面：不利于增大电弧电压的灭弧措施；另一方面，降低了电弧能量，电极的温度可降低，不易形成阳极斑点。
（3）不能使阳极斑点在阳极表面快速移动，局部熔融严重。
不同形式横向磁场的特点：（1）纵向电流自身产生的角向磁场（自箍缩磁场）：有助于形成集聚型电弧。
（2）径向磁场：使电弧在电极表面快速移动，避免局部温度过高；且可在工频后半周使集聚型电弧转变为扩散型电弧。
交流接触器常用灭弧装置.
常用灭弧装置
5.零点熄弧
原理：当真空接触器开断电流时, 由于电弧的高温
使触头材料蒸发, 在触头间形成许多金属蒸气, 真 空电弧就在金属蒸气中“燃烧”。因为真空电弧 的电压降很低( 约在20V 左右) , 因而不宜靠增加电 弧压降来熄弧。只有当交流电弧自然过零时, 由于 周围介质是真空, 使得触头间的金属蒸气以极快的 速度扩散到周围空间中去, 这样, 在电弧过零后的 极短的时间内( 约几个微秒) , 触头间就立即恢复到 原来的“真空”状态, 这就是利用的真空的第二个 特点: 介质强度恢复速度快, 可高达25kV/ μs。因此, 电弧过零后几乎立即熄灭, 一般不重燃, 燃弧时间 小于半个周波。
常用灭弧装置
6.气吹灭弧装置 ➢原理：利用压缩空气来熄灭电弧的。压缩
空气作用于电弧，可以很好地冷却电弧、 提高电弧区的压力、很快带走残余的游离 气体，所以有较高的灭弧性能。 ➢种类 （1）横吹 （2）纵吹
1－动触头；2－灭弧室瓷罩；3－静 触头；4－压缩空气；5－电弧。
常用灭弧装置
7.油吹灭弧装置 ➢原理：将电弧置于液体介质（一般为变压
城市轨道交通车辆技术专业教学资源库
交流接触颗器粒常知用识灭点弧装置
XX陈X 首原
常用灭弧装置
1.机械力拉长电弧 （1）纵向拉长 （2）横向拉长 2.多断点灭弧 ❖在电路中常采用桥式触头 3.零点熄弧原理
双断点和电动力灭弧
常用灭弧装置
4.灭弧罩 ➢原理：让电弧与固体介质相接触，降低电
弧温度，从而加速电弧熄灭，同时也避免 电弧飞溅。 ➢种类 （1）纵向窄缝灭孤罩
常用灭弧装置
4.灭弧罩 ➢种类 （2）纵向宽缝灭孤罩
常用灭弧装置
4.灭弧罩 ➢种类 （3）迷宫式灭孤罩
4 电弧的产生和熄灭
一、电弧的危害和特点 1. 电弧的概念
当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头 刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。 现象：开关电器开断电路时，触头间产生耀眼的白光。 电弧的存在说明电路中有电流，只有当电弧熄灭，触头 间隙成为绝缘介质时，电路才算断开。
一、电弧的危害和特点
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
谢谢
温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰，电流几乎都从弧柱内
部流过。
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
3、吹弧 用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时，可以将带电质点吹到 弧隙以外，加强了扩散，由于电弧被拉长变细，使弧隙的电导 下降。吹弧还使电弧的温度下降，热游离减弱，复合加快。按 吹弧气流的产生方法和吹弧方向的不同，吹弧可分为以下几种。 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。
第三章电弧的基本特性
地球及其附近大气的低温度和高密度阻碍了等离子体的 存在
2021/8/19
第三章 电弧的
30
§3-1 气体放电的物理基础
等离子体物理学简介
等离子体的定义：由大量带电粒子组成的，在一定的空 间和时间尺度，维持电中性的非束缚态的宏观体系
2021/8/19
第三章 电弧的
31
§3-1 气体放电的物理基础
气体电离的方式
热-场致发射 （ Field-assisted thermionic emission ） 热、电场共同作用时，发射电流大大增强（非线性提升）
以铜为例
2021/8/19
第三章 电弧的
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§3-1 气体放电的物理基础
气体电离的方式
光发射 （Photon emission） 光和射线照射到金属表面引起电子逸出 光波越短（频率越高），引起光发射的作用越强，逸 出电子的速度越高
2021/8/19
第三章 电弧的
13
§3-1 气体放电的物理基础
气体电离的方式
金属表面电子发射原理 即使在绝对零度时，金属中的电子也具有很高的能量， 钨：（费米能级） 但电子并不能“逃出”金属表面 金属表面存在势垒（Potential barrier）
2021/8/19
第三章 电弧的
14
§3-1 气体放电的物理基础
2021/8/19
第三章 电弧的
28
§3-1 气体放电的物理基础
等离子体物理学简介
等离子体-物质的第四态
2021/8/19
第三章 电弧的
29
§3-1 气体放电的物理基础
等离子体物理学简介
由地球表面向外，等离子体是几乎所有可见物质的存在 形式，大气外侧的电离层、日地空间的太阳风、太阳日 冕、太阳内部、星际空间、星云及星团，毫无例外的都 是等离子体
第三章-开关电器中的电弧-3.1.
复过程，以耐受的电压Ud（t） 表示。
第十八页，编辑于星期日：六点 三十四分。
2、交流电弧的熄灭条件—弧隙电压的恢复过程
（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。
第六页，编辑于星期日：六点 三十四分。
2、电弧的形成—弧柱中自由电子的主要来源（1）
（1）热电子发射 当断路器的动、静触头分离时，触头 间的接触压力及接触面积逐渐缩小，接触 电阻增大，使接触部位剧烈发热，导致阴 极表面温度急剧升高而发射电子 ，形成 热电子发射。
第二十四页，编辑于星期日：六点 三十四分。
3、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。
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3、 吹弧 — 吹弧方向法… （1）
2. 按吹弧的方向分为：
（1）纵吹 吹弧的介质（气流或油流）沿电弧方向的吹拂称 为纵吹，纵吹能增强弧柱中的带电质点向外扩散，使 新鲜介质更好地与炽热电弧接触，加强电弧的冷却， 有利于迅速灭弧。
电气设备中的电弧理论.PPT课件.ppt
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（3）磁吹灭弧
a)示意图 b)顶视图
• 利用电弧在磁场中受力， 将电弧拉长，并使电弧 在冷却的灭弧罩窄缝隙 中运动，产生强烈的去 游离作用，从而将电弧 熄灭。
• 电弧两侧的合成磁通不 相等，下侧大于上侧， 因此，产生强烈的电磁 力将电弧向上侧推动， 并使电弧急速进入灭弧 罩，电弧被拉长并受到 冷却而很快被熄灭。
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交流电弧熄灭的特点
I t
电流到零 电流过零
电弧暂时熄灭
电弧可能重燃
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速拉灭弧法 冷却灭弧法 吹弧灭弧法 粗弧分细灭弧法
常用的熄弧方法
降低电弧温度
长弧切短灭弧法
增大电弧上的压降
真空灭弧法 利用真空较高的绝缘强度
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横吹
阴极
阳极
气流，油流
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纵吹
阴极
阳极
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长弧切短-栅片灭弧
阴极
阳极
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灭弧室
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开关电器中的灭弧方法和装置
• 触头在通断过程中产生的电弧会烧损 触头，造成其它故障。
离子间的相对速度与 距离
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电弧燃烧中的扩散去游离
阴极
阳极
自由电子
扩散去游离的强弱取决于 离子间的浓度差和温度差
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电弧温度对去游离的影响
热发射、热游离作用减弱
去
温
游
度
离
降
作 用
低