电弧的产生以及灭弧装置的应用

1.电弧的概念

开关设备进行切断电路或关合电路时,若动、静触头之间的电场强度大于介质强度，则触头之间.的绝缘气体被击穿，成为游离状态，在游离状态下的气体具有很强的导电性能，这实质上是绝缘介质转变成了导电体，也就是形成了电弧。2.电弧的本质

电弧的实质是一种气体放电现象。

3.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。

4.电弧放电的特征

(1)电弧由三部分组成。包括阴极区、阳极区和弧柱区。

(2)电弧温度很高( 100000℃) 。

(3)电弧是一-种自持放电现象。

(4)电弧是一束游离的的气体。

5.电弧现象

1）电弧是一种能量集中、温度很高、亮度很强的放电现象。如10kV少油断路器开断20kA的电流时，电弧功率高达10000kW以上，造成电弧及其附近区域的介质及其强烈的物理化学变化，可能烧坏触头及触头附近的其他部件。如果电弧长期不灭，将会引起电器被烧毁甚至爆炸，危机电力系统的安全运行，造成重大损失。所以，切断电路时，必须尽快熄灭电弧。

2）电弧是导体。开关电器的触头虽然已经分开，但是触头间如有电弧存在，电路就还没有断开，电流仍然存在。

3）电弧是一-种自持放电现象，即电弧- -旦形成，维持电弧稳定燃烧所需的电压很低。如，大气中25px长的直流电弧的弧柱电压只有15-30V，在变压器油中也不过100一200V。

4）电弧是一束游离气体,质量很轻，容易变形，在外力作用下(如气体、液体的流动或电动力作用)会迅速移动、伸长或弯曲，对敞露在大气中的电弧尤为明显。如，在大气中开断交流110kV、5A的电流时，电弧长度超过7m。电弧移动速度可达每秒几十米至几百米。

6.熄灭交流电弧的方法

（1）拉长电弧

电弧拉长以后，电弧电压将会增大，从而改变电弧的伏安特性。在直流电弧中，其静伏安特性上移，电弧可以熄灭；在交流电弧中，由于燃弧电压的提高，电弧重燃困难。电弧的拉长可以沿电弧的轴向（纵向）拉长，也可以沿垂直于电弧轴向（横向）拉长。

（2）灭弧罩

灭弧罩是让电弧与固体介质相接触以降低电弧温度，从而加速电弧熄灭的比较常用的装置。灭弧罩的结构形式多种多样，但其基本构成单元为“缝”。我们将灭弧罩壁与壁之间构成的间隙称作“缝”。根据缝的数量可分为单缝和多缝。根据缝的宽度与电弧直径之比可分为窄缝与宽缝。缝的宽度小于电弧直径的称窄缝，大于电弧直径的称宽缝。根据缝的轴线与电弧轴线间的相对位置关系可分为纵缝与横缝。缝的轴线和电弧轴线相平行的称为纵缝，两者相垂直的则称为横缝。

（3）油冷灭弧装置

油冷灭弧是将电弧置于液体介质（一般为变压器油）中，电弧将油气化、分解而形成油气。油气中主要成分是氢，在油中以气泡的形式包围电弧。氢气具有很高的导热系数，这就使电弧的热量容易散发。另外，由于存在着温度差，所以气泡产生运动，又进一步加强了电弧的冷却。若要再提高其灭弧效果，可在油箱中加设一定机构，使电弧定向发生运动，这就是油吹灭弧。由于油中的灭弧能力比大气中灭弧能力强得多，所以这种方法一般用于高压电器中，如油开关。

（4）气吹灭弧装置

气吹灭弧是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。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。(2)横吹横吹时气流或油流的方向与触头运动方向是垂直的，或者说与电弧轴线方向垂直。横吹不但能加强冷却和增强扩散，还能将电弧迅速吹弯吹长。有介质灭弧栅的横吹灭弧室，栅片能更充分地冷却和吸附电弧，加强去游离。在相同的工作条件下，横吹比纵吹效果要好。(3)纵横吹横吹灭弧室在开断小电流时因室内压力太小，开断性能较差。为了改善开断小电流时的灭弧性能，可将纵吹和横吹结合起来。在大电流时主要靠横吹，小电流时主要靠纵吹，这就是纵横吹灭弧室。由于气吹灭弧的灭弧能力较强，故一般运用在高压电器中。

7.灭弧设备

一般电路中，断路器会包含灭弧系统，因此不必额外添加灭弧设备。断路器又称空气开关，是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包括短路条件）下的电流的开关装置。断路器一般由触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器、外壳等构成。断路器可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。目前，已获得了广泛的应用。

8.断路器类型：

根据断路器安装地点，可分为户内和户外两种。根据断路器使用的灭弧介质，可分为以下几种类型：
　　1、油断路器。油断路器是以绝缘油为灭弧介质。可分为多油断路器和少油断路器。在多油断路器中，油不仅作为灭弧介质，而且还作为绝缘介质，因此用油量多，体积大。在少油断路器中，油只作为灭弧介质，因此用油量少体积小，耗用钢材少。
　　2、空气断路器。空气断路器是以压缩空气作为灭弧介质，此种介质防火、防爆、无毒、无腐蚀性，取用方便。空气断路器属于他能式断路器，靠压缩空气吹动电弧使之冷却，在电弧达到零值时，迅速将弧道中的离子吹走或使之复合而实现灭弧。空气断路器开断能力强，开断时间短，但结构复杂，工艺要求高，有色金属消耗多，因此，空气断路器一般应用在110KV及以上的电力系统中。
　　3、六氟化硫（SF6）断路器。SF6断路器采用具有优良灭弧能力和绝缘能力的SF6气体作为灭弧介质，具有开断能力强、动作快、体积小等优点，但金属消耗多，价格较贵。近年来SF6断路器发展很快，在高压和超高压系统中得到广泛应用。尤其以SF6断路器为主体的封闭式组合电器，是高压和超高压电器的重要发展方向。
　　4、真空断路器。真空断路器是在高度真空中灭弧。真空中的电弧是在触头分离时电极蒸发出来的金属蒸汽中形成的。电弧中的离子和电子迅速向周围空间扩散。当电弧电流到达零值时，触头间的粒子因扩散而消失的数量超过产生的数量时，电弧即不能维持而熄灭。真空断路器开断能力强，开断时间短、体积小、占用面积小、无噪声、无污染、寿命长，可以频繁操作，检修周期长。真空断路器目前在我国的配电系统中已逐渐得到广泛应用。此外，还有磁吹断路器和自产气断路器，它们具有防火防爆，使用方便等优点。但是一般额定电压不高，开断能力不大，主要用作配电用断路器 。