电弧与电气触头的基本知识共38页文档
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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
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
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
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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。
电弧及电气触头基本知识.
油、压缩空气、SF6气体、真空
常用于低压开关电器中，如自动开关和电磁接触器等。
7.利用固体介质的狭缝灭弧装置灭弧
广泛应用于低压开关。
《电气设备》
思考练习 1.交流电弧有什么特征？熄灭交流电弧的条件是什 么？ 2.什么是近阴极效应？
3.什么是弧隙介质介电强度和弧隙恢复电压？
4.断路器断口并联电阻和电容的作用是什么？
《电气设备》
四、电弧的熄灭 实质：气体介质由导通又变为截止的过程， 是电弧区域内已电离的质点不断发生去游离的结果。
1.去游离过程
使弧隙中正离子和自由电子减少。 复合 扩散 正负电荷中和成为中性质点的现象。 电弧中的自由电子和正离子散溢到电弧外面，并与周围未被游离 的冷介质相混合的现象。
要使电弧熄灭，必须使去游离作用强于游离作用。 2.影响去游离的物理因素
注意： 气体的压力越大，越不容 易产生电场游离。
《电气设备》
三、电弧的产生过程
3.热游离维持电弧 热游离：发生雪崩式碰撞游离形成电弧后， 产生高温，气体中粒子运动速度增大，使原子外层 轨道电子脱离原子核内正电荷束缚力成为自由电子。
气体温度愈高，粒子运动速度愈大，原子热游 离的可能性也愈大，维持电弧稳定燃烧。
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。
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五、熄灭交流电弧的基本方法 4.用耐高温金属材料制作触头 5.采用优质灭弧介质 6.短弧原理灭弧
利用一个金属灭弧栅将电弧分为多个短弧，利用近阴极效应的方法灭弧。 铜钨合金和银钨合金
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《电气设备》
重点难点
第三章 电弧及电气触头的基本理论(A).
第3章 电弧及电气触头的基本理论
高压电奇观
1
教学要求：掌握电弧的特征 了解电弧形成的原因及电弧熄灭的基本方法 影响触头电阻的因素。
重 点：电弧熄灭的基本方法。影响触头电阻的因素。 难 点：电弧形成的原因
2
第一节 电弧的形成与熄灭
一、电弧放电的特征和危害 二、电弧的形成
■ 弧柱中自由电子的主要来源 ■ 电弧形成的过程
41
▉ 采用多断口
每一相有两个或多个断口相串联。在熄弧时，多断口把电 弧分割成多个相串联的小电弧段。多断口使电弧的总长度加 长，导致弧隙的电阻增加；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，使弧隙电阻加速增大，提高 了介质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。
5
▉ 电弧放电的ห้องสมุดไป่ตู้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。
间的电弧熄灭后，电流才真正切断。 ➢ 电弧的温度很高、能量大：容易烧坏触头，或
使触头周围的绝缘材料遭受破坏。 ➢ 电弧燃烧时间过长，压力过高，有可能使电器
发生爆炸事故。 ➢ 质量轻，在外力的作用下易变形
12
3.1.2 电弧的熄灭
带电质点不断消失
➢关键是加强去游离作用 介质的游离作用→电弧产生 介质的去游离作用→电弧熄灭
32
3.3.1 特 性
➢电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周期随着 电压的升高，电弧会重燃。 ➢若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此熄灭。 2.热惯性：电弧温度的变化滞后于电流的变化
高压电奇观
1
教学要求：掌握电弧的特征 了解电弧形成的原因及电弧熄灭的基本方法 影响触头电阻的因素。
重 点：电弧熄灭的基本方法。影响触头电阻的因素。 难 点：电弧形成的原因
2
第一节 电弧的形成与熄灭
一、电弧放电的特征和危害 二、电弧的形成
■ 弧柱中自由电子的主要来源 ■ 电弧形成的过程
41
▉ 采用多断口
每一相有两个或多个断口相串联。在熄弧时，多断口把电 弧分割成多个相串联的小电弧段。多断口使电弧的总长度加 长，导致弧隙的电阻增加；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，使弧隙电阻加速增大，提高 了介质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。
5
▉ 电弧放电的ห้องสมุดไป่ตู้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。
间的电弧熄灭后，电流才真正切断。 ➢ 电弧的温度很高、能量大：容易烧坏触头，或
使触头周围的绝缘材料遭受破坏。 ➢ 电弧燃烧时间过长，压力过高，有可能使电器
发生爆炸事故。 ➢ 质量轻，在外力的作用下易变形
12
3.1.2 电弧的熄灭
带电质点不断消失
➢关键是加强去游离作用 介质的游离作用→电弧产生 介质的去游离作用→电弧熄灭
32
3.3.1 特 性
➢电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周期随着 电压的升高，电弧会重燃。 ➢若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此熄灭。 2.热惯性：电弧温度的变化滞后于电流的变化
电器原理与应用触头与电弧
复合有表面复合与空间复合两种形式。
扩散：带电粒子自高温高浓度处移向低温低浓度处的现 象称为扩散。它能使电离空间内的带电粒子减少，所以有 助于熄灭电弧。
电器原理与应用触头与电弧
表面复合 电子进入阳极或负离子接近阳极把电子转移给阳极、以及正离予接近阴极从它 取得电子时，这些带电粒子均失去电荷化为中性粒子。还有，当电子接近、不 带电的金属表面(图2-3a)或负离子接近之(图2-3b)时，它们将因金属表面感应而 生的异性电荷作用被吸附于其上，一旦附近出现带异性电的带电粒子，这些粒 子便互相吸引，复合形成中性粒子。即使带电粒子到达绝缘体表面，由于感应 所生极化电荷的作用，也会发生类似于出现在金属表面的复合过程。上述这些 发生在带电或不带电物体表面的表面的复合过程，统称为表面复合。
带电粒子在复合时将释放出部分能量，后者或被用以加热物体的表面 (表面复合时)；或被用以增大所形成中性粒子的运动速度及以光量子 形式向周围空间辐射(空间复合时)。
电器原理与应用触头与电弧
(三)气体放电过程
若在两电极之间施加电 压，当逐渐增大电压u至一 定值时，便发生了间隙内 的气体放电现象。图2-4所 示即为直径I0cm、间隙为 数厘米、气压约133Pa的 低气压放电管气体放电的 静态伏安特性。
4. 随着动触头不断离开静触头以及各种熄弧因素作用，电弧终将转化为非 自持放电并最终熄灭，使整个触头间隙成为绝缘体，触头分断过程亦告 终结至此，触头已处于断开状态。
电器原理与应用触头与电弧
电弧
电弧是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质(例如空气)所产生 的瞬间火花 ；
如果电子获得足以脱离原子核束缚的能量，它便逸出成为自由电子， 而失去电子的原子则成为正离子。这种现象称为电离。
实际电离过程绝非单一形式的，而是各种电离形式的综合表现
扩散：带电粒子自高温高浓度处移向低温低浓度处的现 象称为扩散。它能使电离空间内的带电粒子减少，所以有 助于熄灭电弧。
电器原理与应用触头与电弧
表面复合 电子进入阳极或负离子接近阳极把电子转移给阳极、以及正离予接近阴极从它 取得电子时，这些带电粒子均失去电荷化为中性粒子。还有，当电子接近、不 带电的金属表面(图2-3a)或负离子接近之(图2-3b)时，它们将因金属表面感应而 生的异性电荷作用被吸附于其上，一旦附近出现带异性电的带电粒子，这些粒 子便互相吸引，复合形成中性粒子。即使带电粒子到达绝缘体表面，由于感应 所生极化电荷的作用，也会发生类似于出现在金属表面的复合过程。上述这些 发生在带电或不带电物体表面的表面的复合过程，统称为表面复合。
带电粒子在复合时将释放出部分能量，后者或被用以加热物体的表面 (表面复合时)；或被用以增大所形成中性粒子的运动速度及以光量子 形式向周围空间辐射(空间复合时)。
电器原理与应用触头与电弧
(三)气体放电过程
若在两电极之间施加电 压，当逐渐增大电压u至一 定值时，便发生了间隙内 的气体放电现象。图2-4所 示即为直径I0cm、间隙为 数厘米、气压约133Pa的 低气压放电管气体放电的 静态伏安特性。
4. 随着动触头不断离开静触头以及各种熄弧因素作用，电弧终将转化为非 自持放电并最终熄灭，使整个触头间隙成为绝缘体，触头分断过程亦告 终结至此，触头已处于断开状态。
电器原理与应用触头与电弧
电弧
电弧是一种气体放电现象，电流通过某些绝缘介质(例如空气)所产生 的瞬间火花 ；
如果电子获得足以脱离原子核束缚的能量，它便逸出成为自由电子， 而失去电子的原子则成为正离子。这种现象称为电离。
实际电离过程绝非单一形式的，而是各种电离形式的综合表现
电弧及电气触头基本知识共41页
电弧及电气触头基本知识
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
电弧与电气触头的基本知识共40页
谢谢！Biblioteka 61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
电弧与电气触头的基本知识
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
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