第3单元 电弧与电气触头的基本知识(第四节)
第三节电气触头的基本知识
3.怎样保证电气触头接触良好？
第三节 电气触头的基本知识 《发电厂变电站电气设备》
第三章 电弧及电气触头的基本知识
第三节 电气触头的基本知识 《发电厂变电站电气设备》
第三章 电弧及电气触头的基本知识
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一、电气触头的概念
第三章 电弧及电气触头的基本知识
电气触头：两个或几个导体之间接触的部分。
电气触头直接影响到设备和装置的工作可靠性，它 的性能好坏直接决定了开关电器的品质。
基本要求 ： （1）结构可靠； （2）接触电阻小且稳定，即有良好导电性能和接触性能； （3）通过规定电流时，发热稳定而且温度不超过允许值； （4）通过短路电流时，具有足够的动稳定性和热稳定性； （5）开断规定的短路电流时，触头不被灼伤，磨损尽可能 小，不发生熔焊现象。
《发电厂变电站电气设备》
第三章 电弧及电气触头的基本知识
第三节 电气触头的基本知识
第三节 电气触头的基本知识 《发电厂变电站电气设备》
教学内容
第三章 电弧及电气触头的基本知识
本节教学内容
一、电气触头的概念 二、触头的接触电阻 三、触头的分类及其结构
首页
第三节 电气触头的基本知识 《发电厂变电站电气设备》
防腐的方法一般是在触头连接后，在外面涂以绝缘漆、瓷釉或凡士林油等。
刀形豆触形头触头
电弧及电气触头基本理论分析
电弧及电气触头基本理论分析【摘要】本文对电弧及电气触头的基本理论进行了分析。
【关键词】电弧；电气触头；基本理论一、气体游离放电现象和电弧形成在电路中，断路器切断载流电路时，在触头之间常常会出现电弧，直到电弧熄灭后，电路才真正被切断。
触头间的电弧实际上是由于中性质点游离而引起的一种气体放电现象。
从电弧的形成过程来看，游离放电可分为四个阶段：1.强电场发射当触头刚分开时，虽然电压不一定很高，但触头间距离很小，因此产生很强的电场强度。
在强电场作用下，金属触头阳极表面的自由电子会被电场力拉出来，成为游离在触头空隙中的自由电子。
这种游离方式称为强电场发射，是电弧自由电子的一个来源。
2.热电发射这是弧腔中自由电子的又一来源。
在触头分开瞬间，由于触头间的压力迅速变小，接触电阻增大，电流流过时发热加剧，在电极上出现强烈的炽热点。
此外，孤隙中正离子被迅速吸向阴极，其能量被电极吸收，也使阴极表面温度升高。
当阴极表面达到一定高温时，便发射电子，使弧隙中的电子数目增加。
3.碰撞游离从阴极表面发射出来的自由电子，在电场力的作用下向阳极做加速运动。
它们在奔向阳极的途中碰撞介质的中性质点（原子或分子），使原中性质点碰撞游离为正离子和自由电子。
新产生的电子又和原有的电子一起以极高的速度向阳极运动，当它们和其他中性质点相碰撞时；又再一次发生碰撞游离。
碰撞游离连续进行的结果，触头间隙中便充满了电子和正离子。
在外加电压作用下，电子奔向阳极，正离子奔向阴极，产生电流，形成电弧。
4.热游离热游离是电弧得以维持燃烧的主要原因。
在电弧燃烧时，电弧表面湿度可达三千到四千摄氏度以上，孤心温度可达一万摄氏度以上。
处于高温下的介质分子和原子产生强烈的热运动，不断发生互相碰撞，游离出电子和正离子，称为热游离。
实际上，在间隙击穿产生电弧后，由于弧隙电导迅速增大，触头之间电压降减小，而触头的拉开距离却在增大，因此触头间的电场强度大大减小，强电场发射基本停止。
第三节 电气触头的基本知识
第三节 电气触头的基本知识 二、触头的接触电阻
《发电厂变电站电气设备》 第三章 电弧及电气触头的基本知识
主要因素：触头的表面加工状况、表面氧化程度、 触头间的压力及接触情况等。 1.触头间压力的影响
《发电厂变电站电气设备》
第三章 电弧及电气触头的基本知识
第三节 电气触头的基本知识
第三节 电气触头的基本知识 教学内容
《发电厂变电站电气设备》 第三章 电弧及电气触头的基本知识
本节教学内容
一、电气触头的概念
二、触头的接触电阻
三、触头的分类及其结构
首页
第三节 电气触头的基本知识 一、电气触头的概念
第三节 电气触头的基本知识 三、触头的分类及其结构
《发电厂变电站电气设备》 第三章 电弧及电气触头的基本知识
1.按接触面的形式分类
(1)点触头
简单、自净作用较强。 缺点：接触面积小、不宜通过较大电流、热稳定性差。 特点：压力强度较大，在同样压力下，线触头比面接触触头的 (3) 面触头 实际接触点要多，接触面积比较稳定。触头间的运动形式是一个触 特点：触头容量较大，接触点数和实际接触面积仍比较小，为保 用途：只用在工作电流和短路电流较小的情况，如继电器和开 头沿另一个触头的表面滑动，从而可减小接触电阻，铜制线触头的 证触头的动稳定，减小接触电阻，就必须对触头施加更大的压力。 关电器辅助触点等。 接触电阻是平面触头的1/2－1/3，广泛应用于高、低压开关电器中。 优点：压强较大、接触点较固定、接触电阻稳定、触头结构 (2) 线触头
防腐的方法一般是在触头连接后，在外面涂以绝缘漆、瓷釉或凡士林油等。
电弧的特性和熄灭方法
五、熄灭交流电弧的基本方法 1.吹弧
《发电厂变电站电气设备》 第三章 电弧及电气触头的基本知识
利用灭弧介质（气体、油等）在灭弧室中吹动电弧，广泛应用 在开关电器中，特别是高压断路器中。 横吹:吹弧方向与电弧轴线相垂直
2.采用多断口灭弧 纵吹:吹动方向与电弧轴线一致
熄弧时，利用多断口把电弧分解为多个相串联的短电弧，使电弧 纵横吹:将纵吹和横吹结合起来 的总长度加长，弧隙电导下降；在触头行程、分闸速度相同的情况下， 电弧被拉长的速度成倍增加，促使弧隙电导迅速下降，提高了介电强 度的恢复速度；另一方面，加在每一断口上的电压减小数倍，输入电 弧的功率和能量减小，降低了弧隙电压的恢复速度，缩短了灭弧时间。
3.提高分闸速度
迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱内的电位梯 度，增加电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和 扩散作用，如采用强力分闸弹簧。
第二节
电弧的特性和熄灭方法
五、熄灭交流电弧的基本方法
《发电厂变电站电气设备》 第三章 电弧及电气触头的基本知识
4.用耐高温金属材料制作触头
5.可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸气，减弱游离过程，利 采用优质灭弧介质
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第二节
电弧的特性和熄灭方法
一、直流电弧的特性
《发电厂变电站电气设备》 第三章 电弧及电气触头的基本知识
稳定燃烧的直流电弧压降由阴极区压降、弧柱压降 和阳极区压降三部分组成。电弧阴极区压降近似等于常 数，它与电极材料和弧隙的介质有关；弧柱压降与弧长 成正比；阳极区的电压降比阴极区的小。
短弧：几毫米长，电弧电压主要由阳极、阴极电压
第二节
电弧的特性和熄灭方法
四、交流电弧的熄灭 2.弧隙电压的恢复过程
《发电厂变电站电气设备》 第三章 电弧及电气触头的基本知识
电弧与电气触头的基本知识
略去不计，故上式最大值不会超过U0 ，进一步化简得 ur ? U 0 (1 ? e? 1t )
忽略R后，特征根为
?1
?
?
1 2rC
?
?? 1 ??2 ? 1 ? ? 1 ? 1 ? 2rC ? LC 2rC 2rC
1 ? 4r 2C L
（五）断路器开断短路电流时的弧隙电压恢复过程
目的：找出恢复电压不振 荡的条件及防止振荡的方法。
断路器开断短路电流时的 电路如图2-7a所示，其等效电 路如图2-7b所示，R、L为电源 和变压器的电阻和电感，C可以 认为是变压器绕组及连接线对 地的分布电容，r为断路器触头 并联电阻。
假设与初始条件：
第二章 电弧与电气触头的基本知识
第一节 电弧的形成与熄灭 第二节 交流电弧的特性及熄灭 第三节 开关电器中熄灭交流电弧的基本方法 第四节 电气触头的基本知识
本章计划学时：4 学时
本章教学要求
了解电弧的危害，熟悉电弧的形成过程 熟悉交流电弧的特性，交流电弧的熄灭条件 了解交流电弧的开断过程 掌握熄灭交流电弧的基本方法 熟悉电气触头的基本要求，及触头的分类和结构
5）雪崩：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：剧增的电子形成电流，介质被击
穿而产生电弧。
?电弧形成小结
①自由电子的来源 (即游离方式) 电极发射大量自由电子：热电子+强电场发射 弧柱区的气体游离：碰撞游离+热游离
②电弧的形成
阴极发射
? 加??速? 磁撞游离 ?? ? 温度 ?? 热游离 ?? ? 电
? 1 ? 4r 2C ? 0， ? 4r 2C ? 1
触头
坏处： 坏处：因为其温度达成千上万K足以烧伤触头、使之迅速损坏;它 也能使触头熔焊、破坏电器的正常工作，甚或酿成火灾刀人员 伤亡等严重事故; 它还会产生干扰附近的通信设施的高次谐波
益处： 益处：电弧焊、电弧熔炼和弧光灯等是专门利用电弧的设备， 电器本身可借助电弧以防止产生过高的过电压和限制故障电流。
图3-1
•
实际接触面缩小到局限于少 量的斑点，引起束流现象 束流现象
一、影响接触电阻的因素
主要是: 主要是
(1)接触形式
表面上看似乎面接 触的接触电阻最小，但也不尽 然。若接触压力不大，面接触 时a斑点多，每个斑点上的压力 反而很小，以致接触电阻增大 很多。因此，继电器和小容量 电器的触头普遍采用点-点及点面接触形式，大中容量电器触 头才采用线和面接触形式。表24中关于铜触头的实验数据便是 实证
触点相对本体的温升可按下式估算:
式中 Uj接触电压降; I通过触点的电流; λ、ρ触头材料的热导率和电阻率。
一、接触电阻与接触电压降
二、接触电阻与接触电压降 触头接触面温度上升时，由于接触 电阻Rj增大，接触电压降Uj也会增大。 反之亦然。 但实验所得,“Ri - Ui”特性并非全然如 此(图2-28)。 Rj由图可见，当Uj增大时， Rj开始是增大的，但当Uj增大到Us时,触 点温度已高达能令触点金属材料机械性 质发生变化---软化的地步，故Us称为软 化电压。这时，在接触压力作用下，接 触面积增大，使Rj骤减。此后， Rj仍将 随Uj而逐渐增大，并于Uj增至Um时再度 猛降,因为此时接触面积因温度已达熔 点而增大很多。电压降Um称为熔化电压。 软化电压和熔化电压均为触点材料的特 性参数。
二、触头的熔焊
动静触头因被加热而熔化、以致焊在一起无法正常分开的现象 称为连接触头或闭合状态下的转换触头于通过大电流时、 因热效应和正压力的作用使a斑点及其邻域内的金属熔化并 焊为一体的现象，其发生过程一般无电弧产生;
第3单元电弧与电气触头的基本知识（第四节）
第3单元电弧与电气触头的基本知识（第四节）第3单元第四节电气触头的基本知识一、概述电气触头是指两个导体或几个导体之间相互接触的部分，如母线或导线的接触连接处以及开关电器中的动、静触头。
电气触头性能好坏就直接决定了开关电器的质量。
对电气触头的基本要求：1. 结构可靠；2. 接触电阻小而且稳定，即有良好的导电性能和接触性能；3. 通过规定电流时，发热稳定而且不超过允许值；4. 通过短路电流时，具有足够的动稳定性和热稳定性；5. 开断规定的短路电流时，触头不被灼伤，不发生熔焊。
二、触头的接触电阻触头的表面加工状况、表面氧化程度、触头间的压力及接触情况等都会影响接触电阻值。
下面分析影响接触电阻的因素。
1. 触头间的压力触头接触面积的大小受施加压力的影响。
2. 触头材料及预防氧化的措施触头一般由铜、黄铜和青铜等材料制成，通常在触头表面镀上一层锡或铅锡合金。
三、触头的动稳定和热稳定当触头短时间内通过大电流时，如短路电流、电动机的起动电流等，所产生的热效应和电动力具有冲击特性，对触头能否正常工作造成很大威胁。
可能带来诸如触头熔焊和短时过热、触头接触压力下降、关合时触头弹跳等不良后果。
因此，开关电器必须采取有效措施，保证在通过短路电流时有足够的动稳定和热稳定。
四、触头的分类极其结构（一）按接触面的形式分类1. 点接触点接触是指两个触头间的接触面为点接触的触头，如球面和平面接触、两个球面接触等。
2. 线接触线接触是指两个触头的接触面为线接触的触头，如柱面与平面接触，或两个圆柱面间的接触等都属于线接触，线接触形式的触头简称线触头。
线触头的压力强度较大。
3. 面接触面接触是指两个平面或两个曲面的接触。
在受到较大压力时，接触点数和实际接触面积仍比较小，所以，为保证触头的动稳定，减小接触电阻，就必须对触头施加更大的压力。
（二）按结构形式分类1. 固定触头固定触头是指连接导体之间不能相对移动的触头，如母线间，母线与电器引出端头连接等。
第3章 电弧及电气设备的基本理论
▉ 电弧的熄灭—
影响去游离的因素…（2）
3. 气体介质的压力 气体介质的压力对电弧去游离的影响很大。因为，气体的 压力越大，电弧中质点的浓度就越大，质点间的距离就越小， 复合作用越强，电弧就越容易熄灭。在高度的真空中，由于发 生碰撞的几率减小，抑制了碰撞游离，而扩散作用却很强。因 此，真空是很好的灭弧介质。 4. 触头材料 触头材料也影响去游离的过程。当触头采用熔点高、导热 能力强和热容量大的耐高温金属时，减少了热电子发射和电弧 中的金属蒸汽，有利于电弧熄灭。 除了上述因素以外，去游离还受电场电压等因素的影响。
头间的电场强度就非常大 ，使触头内部的电子在强电场作用 下被拉出来 ，就形成强电场发射。
▉ 电弧的形成—
（3）碰撞游离
弧柱中自由电子的主要来源（2）
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。
▉ 电弧的形成—
电弧形成的过程
断路器断开过程中电弧是这样形成的。触头刚分离时突然
解除接触压力，阴极表面立即出现高温炽热点，产生热电子发
射；同时，由于触头的间隙很小，使得电压强度很高，产生强 电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，加速向阳 极运动，发生碰撞游离，导致触头间隙中带电质点急剧增加， 温度骤然升高，产生热游离并且成为游离的的主要因素，此时，
2.油中交流电弧的熄灭方法
电弧及电气触头基本理论分析
烈的炽热 点。 此外， 孤 隙中正离子被迅速 吸向阴极 ， 其 能量被电极吸收， 忽略 不计。 在短 弧中， 电弧 电压 主要 由阴极、 阳极 电压降 组成 。 这时 阴 也使 阴极表面 温度 升高。 当阴极 表面达 到一定 高温 时， 便 发射 电子 ， 使 极、 阳极 区的特性对 整个电弧的特 性起 着决 定性 的作用。 短 弧的电弧 电 弧隙 中的电子数 目 增加 。 压一般 为 ２ ０ ｖ左右， 与电流 和外界条件几乎无关。 当施 加在 电极 上的 电 ３ ． 碰撞 游离 压小于 电弧电压 降时， 电弧 就不能 维持 ， 从而且终导 致 电孤 熄灭 。 实际 从 阴极 表面发射 出来 的 自由电子 ， 在电场力的作用下向阳极做加 速 上 ， 在 断开电路时， 如触头间的 电压小于 １ ０ — ０ ｖ ， 则电弧就不会形成 。 把一条长 弧分割 成许多互相中联的短 弧， 可达 到加 速熄 运动。 它们在奔 向阳极 的途中碰撞介 质的中性 质点 （ 原子或分 子 ） ， 使原 利用这一原理 ，
一 一
三． 电弧 熄弧 过 程和 灭弧 方 法 １ ． 去游离的主要方式 （ １ ） 复合去游 离
电流 ， 形成电弧 。
复合去游 离是 带正电的质点和 带 负电的质点彼 此 交换本 身多余 的 ４ ． 热游 离 电荷 ， 成 为中性 质点 的过 程。 带电质点运动速度快 ， 出现复合的机会少； 热 游离是 电弧得 以维持燃烧 的主要原 因。 在电弧燃烧 时， 电弧表面 运动 速度慢 ， 复合机会 多。 湿度可达 三千到四千摄 氏度以上 ， 孤心温 度可达—万摄 氏度以 上。 处于 （ ２ ） 扩散去游离 高温下的介质分子和原子产生 强烈的热运 动， 不断 发生互相碰 撞 ， 游离 出电子和正离子 ， 称 为热游 离。 实 际上 ， 在 间隙击穿产生 电弧 后， 由于弧 扩 散去游离有三种 ： ①浓 度扩散 。 则电弧沿 中心一 带的带 电粒子浓 度高， 而弧 边周围介
电弧及电气触头的基本知识
材料：铜、黄铜和青铜等。 为了防止氧化，通常在触头表面镀上一层锡或铅锡合金。
2.触头材料及预防氧化的措施
镀锡铜触头：环境温度可在60℃以上，可用在户外装置，也可用 3.不同材料的触头连接 在潮湿场所。 铜与铜 （干燥室内 ）：直接连接 镀银触头： 用于户外装置或潮湿场所使用的大电流触头。 铝与铝： 直接连接 铜与铜 （室外、高温潮湿、腐蚀性气体室内 ）： 搪锡 钢制触头：接触表面应镀锡，并涂上两层漆加以密封。 钢与钢： 搪锡或镀锌 铜与铝（干燥室内 ）： 铜搪锡 表面涂中性凡士林油加以覆盖，以防氧化。 铝制触头： 铜与铝（室外、空气湿度接近 l00%室内 ）： 过渡板，铜搪锡 钢与铝/钢与铜 ： 钢搪锡 不同压力作用时两触头表面的接触情况（F2＞F1）
防腐的方法一般是在触头连接后，在外面涂以绝缘漆、瓷釉或凡士林油等。
刀形触头 豆形触头 “Z”瓣形触头 形滑动触头 滚动式滑动触头 指形触头
第三节 思考练习
电气触头的基本知识
《发电厂变电站电气设备》 第三章 电弧及电气触头的基本知识
思考练习
1.什么是电气触头？电气触头有哪些形 式？ 2.什么是触头的接触电阻？影响接触电 阻的因素有哪些？ 3.怎样保证电气触头接触良好？
（4）通过短路电流时，具有足够的动稳定性和热稳定性； （5）开断规定的短路电流时，触头不被灼伤，磨损尽可能 小，不发生熔焊现象。
第三节
电气触头的基本知识
二、触头的接触电阻
《发电厂变电站电气设备》 第三章 电弧及电气触头的基本知识
主要因素：触头的表面加工状况、表面氧化程度、触 头间的压力及接触情况等。 1.触头间压力的影响
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第3单元
第四节电气触头的基本知识
一、概述
电气触头是指两个导体或几个导体之间相互接触的部分，如母线或导线的接触连接处以及开关电器中的动、静触头。
电气触头性能好坏就直接决定了开关电器的质量。
对电气触头的基本要求：
1. 结构可靠；
2. 接触电阻小而且稳定，即有良好的导电性能和接触性能；
3. 通过规定电流时，发热稳定而且不超过允许值；
4. 通过短路电流时，具有足够的动稳定性和热稳定性；
5. 开断规定的短路电流时，触头不被灼伤，不发生熔焊。
二、触头的接触电阻
触头的表面加工状况、表面氧化程度、触头间的压力及接触情况等都会影响接触电阻值。
下面分析影响接触电阻的因素。
1. 触头间的压力
触头接触面积的大小受施加压力的影响。
2. 触头材料及预防氧化的措施
触头一般由铜、黄铜和青铜等材料制成，通常在触头表面镀上一层锡或铅锡合金。
三、触头的动稳定和热稳定
当触头短时间内通过大电流时，如短路电流、电动机的起动电流等，所产生的热效应和电动力具有冲击特性，对触头能否正常工作造成很大威胁。
可能带来诸如触头熔焊和短时过热、触头接触压力下降、关合时触头弹跳等不良后果。
因此，开关电器必须采取有效措施，保证在通过短路电流时有足够的动稳定和热稳定。
四、触头的分类极其结构
（一）按接触面的形式分类
1. 点接触
点接触是指两个触头间的接触面为点接触的触头，如球面和平面接触、两个球面接触等。
2. 线接触
线接触是指两个触头的接触面为线接触的触头，如柱面与平面接触，或两个圆柱面间的接触等都属于线接触，线接触形式的触头简称线触头。
线触头的压力强度较大。
3. 面接触
面接触是指两个平面或两个曲面的接触。
在受到较大压力时，接触点数和实际接触面积仍比较小，所以，为保证触头的动稳定，减小接触电阻，就必须对触头施加更大的压力。
（二）按结构形式分类
1. 固定触头
固定触头是指连接导体之间不能相对移动的触头，如母线间，母线与电器引出端头连接等。
固定触头按其连接方式可分为可拆卸和不可拆卸两类。
2. 可断触头
可断触头广泛应用于高低压开关电器中，按其结构可分为对接式和插入式两大类。
（1）对接式这种触头优点是结构简单，分断速度快；缺点是接触面不够稳定，关合时易发生触头弹跳，由于触头间无相对运动，故基本上没有自洁作用，触头容易被电弧烧伤，动热稳定性较差。
因此，对接式触头只适用于1000A以下的断路器中。
（2）插入式它包括刀形、瓣形、指形等触头。
特点是所需接触压力小，有自洁作用，无弹跳现象，触头磨损小，动热稳定性好。
缺点是除了刀形触头外，结构复杂，分断时间长。
3.可动触头
可动触头也叫中间触头，又称滑动触头，是指在工作中被连接的导体总是保持接触，能由一个接触面沿着另一个接触面滑动的触头，这种触头的作用是给移动的受电器供电，如电机的滑环碳刷、行车的滑线装置、油断路器的滑动触头等。