电弧与电气触头的基本知识共40页
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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
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
（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
《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。
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
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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。
电器的触头系统与电弧
吹弧。 拉长电弧，降低电场强度，电弧热量在拉长的过程中散发冷却而
迅速熄灭。
图1-8 双断口电动力吹弧 1-静触头 2-动触头 3-电弧
2）纵缝灭弧
将电弧挤入绝缘壁组成的窄 缝中以冷却电弧
图1-9 窄缝灭弧 1-纵缝 2-介质 3-磁性夹板 4-电弧
3）栅片灭弧
将电弧分成许多串联的短弧， 增加维持电弧所需的临极电 压降，同时栅片将电弧的热 量散发，使电弧迅速熄灭。
增加触头的接触压力，一般在动触头上安装触头弹簧；
改善触头表面状况，尽量避免或减小表面氧化膜形成，在使用 过程中尽量保持触头清洁。
2. 电弧的产生和灭弧方法
（1）电弧的产生及危害
➢在自然环境中断开电路时，如果被断开的电路的电流（电压）超过某一个数值 时，触头间隙中就会产生电弧，电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的 放电现象。在动静触头脱离接触时，强电场使触头间隙中气体游离，产生大量的 电子和离子，并作定向运动，使绝缘的气体变成导体。 ➢电流通过这个游离区时所消耗的电能转换成热能和光能，产生高温并发出强光， 烧损触头金属表面，降低电器寿命，延长电路分断时间，甚至不能断开，造成严 重事故。
图1-10 栅片灭弧装置
4）磁吹灭弧
用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低弧柱周围的温度
图1-11 磁吹灭弧原理
1.1.3 电器的触头系统与电弧 电器的触头系统 （1）触头接触电阻 （2）触头接触形式
图1-6 触头的接触形式
a) 点接触 b) 线接触 c) 面接触
（3）触头结构形式
触头的材料 银铜
图1-7 触头的结构形式
a) 桥式触头
b) 指形触头
减小接触电阻的方法 触头材料选用电阻系数小的材料，使触头本身的电阻尽量减小；
迅速熄灭。
图1-8 双断口电动力吹弧 1-静触头 2-动触头 3-电弧
2）纵缝灭弧
将电弧挤入绝缘壁组成的窄 缝中以冷却电弧
图1-9 窄缝灭弧 1-纵缝 2-介质 3-磁性夹板 4-电弧
3）栅片灭弧
将电弧分成许多串联的短弧， 增加维持电弧所需的临极电 压降，同时栅片将电弧的热 量散发，使电弧迅速熄灭。
增加触头的接触压力，一般在动触头上安装触头弹簧；
改善触头表面状况，尽量避免或减小表面氧化膜形成，在使用 过程中尽量保持触头清洁。
2. 电弧的产生和灭弧方法
（1）电弧的产生及危害
➢在自然环境中断开电路时，如果被断开的电路的电流（电压）超过某一个数值 时，触头间隙中就会产生电弧，电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的 放电现象。在动静触头脱离接触时，强电场使触头间隙中气体游离，产生大量的 电子和离子，并作定向运动，使绝缘的气体变成导体。 ➢电流通过这个游离区时所消耗的电能转换成热能和光能，产生高温并发出强光， 烧损触头金属表面，降低电器寿命，延长电路分断时间，甚至不能断开，造成严 重事故。
图1-10 栅片灭弧装置
4）磁吹灭弧
用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低弧柱周围的温度
图1-11 磁吹灭弧原理
1.1.3 电器的触头系统与电弧 电器的触头系统 （1）触头接触电阻 （2）触头接触形式
图1-6 触头的接触形式
a) 点接触 b) 线接触 c) 面接触
（3）触头结构形式
触头的材料 银铜
图1-7 触头的结构形式
a) 桥式触头
b) 指形触头
减小接触电阻的方法 触头材料选用电阻系数小的材料，使触头本身的电阻尽量减小；
电器原理与应用_1-2_触头与电弧详解
H点后
从H点开始，气体放电已进入弧光放电 阶段，它伴随着强烈的声光和热效应。 这时，电流密度已高达107A/m2以上， 故放电通道温度极高(在6000K以上)。 放电形式以热电离为主，阴极区电压 降较小，仅数十伏。
自持放电形式很多，诸如无光放电、辉光放电、 电晕放电、火花放电，弧光放电(电弧)等，但 它们是否转化为弧光放电以及如何转化，则受 到许多客观因素的影响。
二、换接触头的工作状态和基本参数
换接触头有两种稳定的工作状态: 对应于电路通路的闭合状态; 对应于电路断路的断开状态。 换接触头还有两种过渡工作状态： 从断开状态向闭合状态过渡的接通过程; 从闭合状态向断开状态过渡的分断过程。 四个基本参数:开距、超程、初压力和终压力： 开距是触头处于断开状态时其动静触头间的最短距离，其值是由 它能否耐受电路中可能出现的过电压以及能否保证顺利熄灭电弧 来决定的。 超程是触头运动到闭合位置后、将静触头移开时动触头还能移动 的距离，其值取决于触头在期限内遭受的电侵蚀。 初压力是触头刚闭合时作用于它的正压力。 终压力是触头闭合终止位置的压力，其值由许多因素，诸如温升、 熔焊等所决定。
第二节 电弧及其产生过程
一、载流电路的开断过程
1. 动静触头的接触原本是许多个点在接触，而接触压力一般是由弹簧产生 的。由于超程的存在，触头开始分断时，电路并没开断，仅仅是动触头 朝着与静触头分离的方向运动。这时，超程和接触压力都逐渐减小，接 触点也减少。及至极限状态、即仅剩一个点接触时，接触面积减至最小， 电流密度非常巨大，故电阻和温升剧增。以致触头虽仍闭合，但接触处 的金属已处于熔融状态。 2. 此后，动触头继续运动，终于脱离，但动静触头间并未形成间隙，而由 熔融的液态金属桥所维系着。液态金属的电阻率远大于固体金属的，故 金属桥内热量高度集中，使其温度达到材料的沸点，并随即发生爆炸形 式的金属桥断裂过程，触头间隙也形成了。 3. 金属桥刚断裂时，间隙内充满着空气或其他介质及金属蒸气，它们均具 有绝缘性质。于是，电流被瞬时截断，并产生过电压，将介质和金属蒸 气击穿，使电流以火花放电乃至电弧的形式重新在间隙中流通。
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
热电子发射：触头刚分离时，触头间的接触压力和接触面积
不断减小，接触电阻迅速增大，使接触处剧烈发热，局部高温使此处 电子获得动能，就可能发射出来成为自由电子。
强电场发射：触头刚分离时，由于触头间的间隙很小，在电
压作用下间隙形成很高的电场强度，当电场强度超过3×106V／m时， 阴极触头表面的电子就可能在强电场力的作用下，被拉出金属表面 成为自由电子。
气体的压力越大，越不容易 产生电场游离。
三、电弧的产生 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。
综上所述，由于热电子发射或强电场发射在触头间 隙中产生少量的自由电子，这些自由电子与中性分子发 生碰撞游离并产生大量的带电粒子，从而形成气体导电， 即产生电弧，一旦电弧产生后，将由热游离作用来维持 电弧燃烧。电弧的形成过程就是介质向等离子体态的转 化过程。
二、触头的接触电阻 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
在开关电器中，一般在触头上附加钢性弹簧，以增大并保持触 头间的接触压力，使触头接触可靠，减小接触电阻并保持稳定。
2.触头材料及预防氧化的措施
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。 镀锡铜触头：环境温度可在60℃以上，可用在户外装臵，也可用 3.不同材料的触头连接 在潮湿场所。 铝与铝： 直接连接 铜与铜 （干燥室内 ）： 镀银触头：用于户外装臵或潮湿场所使用的大电流触头。 直接连接 铜与铜 （室外、高温潮湿、腐蚀性气体室内 ）：搪锡 接触表面应镀锡，并涂上两层漆加以密封。 钢制触头： 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）
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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