开关灭弧原理
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。
3.开关电器中的灭弧的原理
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3.1.5 电弧中的去游离
1.去游离：气隙中带电离子消失的过程。 2.去游离的形式 （1）复合：正、负质点相互吸引复和为中性质点 （2）扩散：将正、负质点扩散移出
开关电器中的灭弧过程就是去游离的 过程。
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电弧的特点：
电弧的放电现象是一种气体自持放电。
电弧是一种离子通道（载流通道）：只有触头间的电弧熄灭
过程： 1、电流过零前，电弧电阻很小，电源电压大部 分降落在线路或负载的阻抗上。 2、电流过零时，电弧熄灭，最后变为绝缘介质， 电源电压全部加在弧隙上。
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3.3.4交流电弧的熄灭条件：
U hf U j
两曲线无交点
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3.3.5 熄灭交流电弧的基本方法
1.采用灭弧能力强的灭弧介质 2.采用特殊金属材料作灭弧触头 3.吹弧——加强冷却和扩散 横吹——将电弧吹弯吹长 纵吹——将电弧吹细 4.采用多断口灭弧 ——拉长迅速↑，行程↓， 灭弧时间↓提高 了灭弧能力 ——为使两断口电压分部均匀，装设均压电 容。（P30）
过程： 电流过零前——电弧的温度高，热游离强烈，弧隙 的导电性能好 电流过零时——弧隙温度剧降，热游离减弱，弧隙
失去导电性能而恢复为绝缘介质。
电流过零后——温度继续下降，弧隙介质电强度逐 渐回升。
（电流极性改变后的0.1～1.0秒瞬间, 有Uj=150～250V）
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3.3.3 弧隙电压Uhf的恢复过程
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3.2.2 熄灭直流电弧的方法
1.增大回路电阻
Uz
具有直流电弧的R——L电路
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(1)电压方程式
E Uh iR
Uz
E——电源电压。
iR——电阻电压。
Uh——电弧电压
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。
解真空断路器(开关)结构及灭弧原理,fc开关结构原理
解真空断路器（开关）结构及灭弧原理，fc开关结构原理1. 引言1.1 概述在现代电气系统中，断路器（开关）起着至关重要的作用。
随着技术的进步和需求的增加，真空断路器（开关）在电力系统中得到了广泛的应用。
本文将详细介绍解真空断路器（开关）的结构及其灭弧原理，并对FC开关的结构原理进行探讨。
1.2 文章结构本文共分为五个部分来阐述解真空断路器（开关）和FC开关的相关内容。
首先是引言部分，通过概述解真空断路器（开关）在电力系统中的重要性以及文章结构，为读者提供整体把握。
接下来，第二部分将详细介绍解真空断路器（开关）的结构。
第三部分将重点探讨真空断路器（开关）的灭弧原理。
在第四部分中，我们将详细讨论FC开关的结构原理。
最后，在结论部分总结全文内容，并简单评述了解真空断路器（开关）和FC开关等新兴技术在电力系统中的应用前景。
1.3 目的本文旨在深入了解和掌握解真空断路器（开关）的结构及其灭弧原理，以及FC开关的结构原理。
通过对各个部分的详细介绍和解析，读者可以对这两种开关的工作原理有一个更清晰的认识，并了解它们在电力系统中的应用范围和优势。
同时，本文也希望为相关领域的研究人员提供参考和指导，促进该领域技术和设备的持续发展与创新。
2. 解真空断路器（开关）结构2.1 真空断路器基本结构：真空断路器是一种使用真空封闭的环境来切断电路的开关设备。
它由许多重要组成部分构成，包括主触头、固定触头、支撑触头、动触头、指示器、断路器壳体等。
其中，主触头和固定触头位于断路器的顶部，通过连接线与电源相连。
2.2 主要组成部分说明：- 主触头：真空断路器中最重要的部分之一。
其作用是在闭合状态下提供良好的电接触，并负责承受电流负荷。
- 固定触头：位于主触头上方，该部件保持稳定并起到固定主触头位置的作用。
- 支撑触头：位于主触头下方，支撑着主动触头，在进行开关操作时起到平衡作用。
- 动触头：位于支撑触头下方，实际上是完成开关操作的部件。
第五章开关电器典型灭弧装置的工作原
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
按缝隙的尺寸和形式，它们又分两 种，如图5-5所示。
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
在电弧进入栅片之后，电弧电压变为
U
’ h
nU 0
El’
金属栅片灭弧装置既能用于熄灭直流电弧，也能用于熄
灭交流电弧。
当熄灭直流电弧时： n U N U0
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理
图5-11表示厚为2mm、片距5mm的 平板形栅片的灭弧装置开断350A电流 时，介质初始恢复强度Ujf0和Kjf与n 变化的关系是不成比例。其原因是电 弧进入栅片分成很多短弧后，它们在 灭弧室中的运动速度不同、运动方向 也不同。
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§5-1 开关电器典型灭弧装置的工作原理 (3) 在熄灭交流电弧过程中，当电流增大时，电弧的功 率增大，油气的形成加剧，气泡中油气温度增高和压力上升。 在压力较高的情况下，气泡壁处油的沸点升高，处于过热状 态。当电流减小到过零附近时，由于电弧功率减小，油气产 生的速度下降，但气泡在压力作用下仍继续膨胀，结果引起 气泡中油气的温度和压力迅速降低。此时气泡壁处油的沸点 下降，处于过热状态的油猛烈气化。由于气泡壁各处油的气 化速度不一致，在气泡内就形成了压力差。此压力差促使油 气产生混乱的运动，使刚刚形成的温度较低的油气进入弧柱 中，加强了弧柱的冷却。
通过本章的学习，学生掌握当今开关电器中所使用的灭弧装 置的灭弧原理，熟悉提高灭弧装置开断能力的辅助方法，便于在以 后的工程实践中灵活运用。
开关电器典型灭弧装置的工作原理
开关电器典型灭弧装置的工作原理开关电器典型灭弧装置主要包括灭弧室、灭弧冲击器、灭弧剂和触头等组成。
当高压开关进行断电操作时，由于断开电源电流的存在，会在断口中产生电弧。
电弧是一种具有高温、高能量的气体导体，它的存在会导致电弧残压和电弧残流产生，严重影响开关电器的正常运行。
因此，通过灭弧装置来迅速灭除电弧是很重要的。
灭弧室是灭弧装置的关键组成部分，它是一个密闭的空间，其内的气体是由开关电器冷却系统提供的。
当电弧被引起时，其能量迅速传递到灭弧室中。
灭弧室内的气体经过一个精确设计的通道，使气体得以迅速冷却和扩散，在瞬间将电弧的温度降低到无法维持的程度，从而将电弧熄灭。
灭弧冲击器是灭弧室的核心部分，它通过产生机械冲击来灭除电弧。
灭弧冲击器的工作原理主要有两种方式：压缩气体方式和磁场作用方式。
压缩气体方式中，灭弧冲击器利用高压气体或压缩空气来产生机械冲击，将电弧的能量转化为机械能。
具体而言，当电弧被引起时，压缩气体或气体爆炸会产生冲击波，使电弧受到冲击而熄灭。
这种方式具有动作迅速、可靠性高的特点。
磁场作用方式中，灭弧冲击器利用电磁场的作用来灭除电弧。
具体而言，当电弧被引起时，灭弧冲击器中的线圈会产生磁场，在磁力的作用下，电弧受到磁力的挤压，电弧道被迅速拉长，电弧温度急剧降低，进而熄灭。
这种方式具有无须压缩气体的优点，但需要较大的电流来产生足够强的磁场。
除了灭弧冲击器，灭弧装置中的灭弧剂也起到重要作用。
灭弧剂是一种特殊的介质，能够吸收电弧的能量，并将其转化为其他形式的能量，如光能、声能和热能等。
常用的灭弧剂有光弧熄灭剂、喷雾熄弧剂等。
灭弧剂的作用是在灭弧过程中将电弧的能量迅速消耗掉，从而使电弧迅速熄灭，确保高压开关电器正常断路。
除了上述灭弧装置的主要组成部分外，还有一些辅助设备，如触头等。
触头主要用于控制开关电器的通断操作，通常是由导电材料制成，具有较好的导电性能和机械强度。
通过以上介绍可知，开关电器典型灭弧装置的工作原理是通过将电弧能量迅速转化为其他形式的能量，达到灭除电弧的目的。
简述开关电器中常用的灭弧方法
简述开关电器中常用的灭弧方法三相电路中，由于各种用电器的不同，产生的最大不平衡电流可能是额定电流的几倍，而过电流又是引起火灾的主要原因之一。
在发生过电流时，由于开关触头的作用，电流便以较小的电流I(相量和为对于每个发生过电流的回路来说，只要在灭弧罩上有足够的动触头，而静触头的作用只是防止过大的电流直接通过触头，并保证其他灭弧介质(如间隙)在允许的时间内放电，或者将已经产生的电弧熄灭即可。
常用的灭弧方法有：间隙灭弧、水灭弧和气体灭弧等三种。
(1)间隙灭弧利用空间场所使正常工作时不带电的金属材料(一般采用空气)，按电弧的走向形成一个气体间隙的灭弧方法称为间隙灭弧。
①自间隙法；②外间隙法；③自持放电法。
(2)水灭弧用水来熄灭电弧的灭弧方法叫做水灭弧。
在交流电弧的弧柱长度与弧柱截面积之比小于1.2的情况下，可以将电弧稳定地停留在空气间隙内，在长间隙的底部造成很高的气压，促使弧柱中的电子作快速运动，再从阴极表面逸出时与氧分子发生碰撞而发热。
在这种发热和发光的反复作用下，空气被电离成正离子和电子，弧柱被冷却，可防止电弧重燃。
因此，这种灭弧方法适用于短路电流的断路器以及高压电器的电弧熄灭。
对于中小容量电动机的过负荷电流或短路电流，可采用间隙水灭弧。
(3)气体灭弧在空气不足的条件下，靠气体本身的压力形成电弧的熄灭过程。
此方法可分为两种类型，即机械吹扫和电磁吹扫。
气体吹扫适用于电动机的启动和运行过程中的电弧灭弧，在断路器灭弧室或操作机构中采用压缩空气或二氧化碳进行吹扫。
电磁吹扫用于三相弧垂的控制，也可用于真空断路器和少油断路器的电弧熄灭。
实践表明，由于电弧与绝缘的直接作用而产生的热损耗是发生电弧熄灭时的主要热损耗。
所以提高电弧的热损耗速率，对防止电弧重燃是十分重要的。
下面是某些常用的灭弧装置的特点：①电弧熄灭电压高，是用于空载电动机转子灭弧时的灭弧装置。
②电弧熄灭后，能迅速恢复操作电压，防止因电弧再次引燃而引起电气火灾。
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。
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。
灭弧罩原理
灭弧罩原理
灭弧罩原理是指在高压开关设备中使用的一种重要技术，它的作用是在开关操
作时有效地灭弧，防止电弧持续存在，从而保护设备和人员的安全。
在电力系统中，灭弧罩原理被广泛应用于高压断路器、隔离开关等设备中，具有非常重要的意义。
灭弧罩原理的核心是利用灭弧罩将电弧束引向灭弧室，通过灭弧室内的介质将
电弧熄灭。
在高压开关设备中，当开关分断电路时，由于电流的存在，会形成电弧。
电弧的持续存在会导致设备损坏，同时也会对人员造成危险。
因此，采用灭弧罩原理能够有效地将电弧引向灭弧室，通过介质的作用将电弧熄灭，从而实现安全的开关操作。
灭弧罩原理的实现需要考虑多个方面的因素。
首先是灭弧罩的设计，灭弧罩需
要能够有效地引导电弧束，使其进入灭弧室。
其次是灭弧室内的介质选择，介质需要具有良好的灭弧性能，能够迅速熄灭电弧。
此外，还需要考虑灭弧罩与设备的匹配性，确保灭弧罩能够准确地覆盖电弧的产生区域。
这些因素的综合考虑能够有效地实现灭弧罩原理，保障设备和人员的安全。
在实际应用中，灭弧罩原理已经得到了广泛的应用和验证。
通过灭弧罩原理，
高压开关设备能够实现可靠的开关操作，保障电力系统的正常运行。
同时，灭弧罩原理也为设备的设计和制造提出了挑战，需要不断地进行技术创新和改进，以满足不断发展的电力系统需求。
总的来说，灭弧罩原理作为高压开关设备中的重要技术，具有重要的意义。
它
通过引导电弧束，利用介质熄灭电弧，保障了设备和人员的安全。
在未来的发展中，灭弧罩原理将继续发挥重要作用，为电力系统的安全运行提供保障。
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开关灭弧原理
开关灭弧原理是指在电气设备中，当开关分断电路时，通过采取一定的措施来避免产生弧光和电弧，从而确保设备安全运行和延长设备寿命。
其原理主要包括以下几点：
1. 瞬间短路额定电流：开关分断电路时，通过采用瞬间短路的方式，使电路上的电流迅速增大，从而产生所谓的“短路电弧”，这样能有效地降低电弧温度，使其不能持续存在。
2. 冷却气流：在开关灭弧过程中，通过引入冷却气流来降低电弧温度。
冷却气流可以通过气流喷嘴、气流槽等方式提供，使电弧受到冷却，从而迅速熄灭。
3. 强制隔离：通过采取强制隔离的方式，将电弧与设备内部空气环境有效地隔离开来。
隔离的方式可以包括使用隔离间隙、隔离板等，避免电弧对设备造成损坏。
4. 限制电弧延伸：通过在设备内部设置电弧延伸限制器，限制电弧的延伸范围，减小电弧对设备周围环境的影响。
常用的限制器包括磁场限制器、电弧消光状元等。
综上所述，开关灭弧原理通过瞬间短路额定电流、冷却气流、强制隔离和限制电弧延伸等措施，能够有效地限制电弧的产生和蔓延，确保设备的安全运行。