電弧現(xiàn)象
開關(guān)電器一般由導(dǎo)體(用于提供電能從開關(guān)外部到開關(guān)觸頭之間的通路)、觸頭(對電能通路進(jìn)行分開和閉合,分動觸頭和靜觸頭)和絕緣介質(zhì)組成。
當(dāng)開關(guān)電器斷開電路的瞬間,只要電路中有不小于80-100ma的電流,開關(guān)觸頭間電壓大于10-20v時,斷口間將產(chǎn)生強(qiáng)烈的白光,即產(chǎn)生電弧。
從現(xiàn)象上看,電弧是一束明亮的光柱。
從本質(zhì)上講,電弧是一種游離態(tài)氣體的自持放電現(xiàn)象,是自由電子、帶電離子定向移動的通道。
放電:帶電體周圍介質(zhì)從絕緣狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài),從而使電能通過的現(xiàn)象,稱為放電。
電弧的特點
1、起弧電壓,電流數(shù)值很低。
2、電弧能量集中,溫度很高。
10kv少油斷路器斷開20ka的電流,電弧功率高達(dá)10000kw以上,電弧表面溫度高達(dá)4000-5000攝氏度,弧柱中心溫度高達(dá)10000攝氏度。
3、電弧是質(zhì)量很輕的游離態(tài)氣體,在外地作用下,很容易彎曲、變形。
4、電弧有良好的導(dǎo)電性能、具有很高的電導(dǎo)。
5、電弧有陰極區(qū)(包括陰極斑點)、弧柱區(qū)(包括弧柱、弧焰)、陽極區(qū)(包括陽極斑點)三部分。電極上電弧的孳生點(溫度最高、最明亮的斑點)稱為陰極斑點或陽極斑點。
由于電弧溫度很高,在電弧持續(xù)燃燒的過程中將燒毀開關(guān)設(shè)備的觸頭和附近的絕緣;使油開關(guān)內(nèi)部壓力(變壓器油在電弧高溫下產(chǎn)生高壓油氣)不斷增加,可導(dǎo)致油開關(guān)爆炸。
電弧的熄滅條件
電弧燃燒時,弧隙在高溫作用下,隨時都發(fā)生著游離和去游離過程。當(dāng)游離速度大于去游離速度時,電弧穩(wěn)定燃燒;若去游離速度大于游離速度,則電弧熄滅。所以只要設(shè)法削弱游離作用,加強(qiáng)去游離作用,就能使電弧熄滅。去游離的方式分為兩類:復(fù)合和擴(kuò)散。
1、復(fù)合
即兩個帶有異號電荷的質(zhì)點相遇后重新結(jié)合為中性質(zhì)點,而消失電荷的現(xiàn)象,叫做復(fù)合,復(fù)合的一般規(guī)律是電子先附著在中性原子或滅弧室固體介質(zhì)表面,再與正離子結(jié)合成中性質(zhì)點,但弧隙中電子運動速度較快,并不易與慢速正離子復(fù)合。復(fù)合的速度與下列因素有關(guān):
(1)帶電質(zhì)點的濃度越大,復(fù)合機(jī)會越多,復(fù)合率就越高。在電流一定時,電弧截面愈小或者介質(zhì)壓力愈大,其帶電質(zhì)點的濃度也越大,復(fù)合就強(qiáng)。斷路器滅弧室直徑一般都做的較小,這樣可提高帶電質(zhì)點的濃度,有利滅弧。
(2)電弧溫度越低,帶電質(zhì)點的運動速度越慢,復(fù)合就越容易。故加強(qiáng)電弧的冷去口,可提高復(fù)合率。交流電弧電流過零時,復(fù)合作用特別強(qiáng)烈。
(3)弧隙電場強(qiáng)度小,帶電質(zhì)點運動速度慢,結(jié)合的可能性大,故提高開關(guān)電器的開斷速度,有利于復(fù)合。
可見,增加弧隙介質(zhì)壓力,加強(qiáng)電弧冷卻和開關(guān)的開斷速度,能夠促進(jìn)帶電質(zhì)點的復(fù)合.有利于滅弧。
2、擴(kuò)散
弧隙中介質(zhì)被游離的帶電質(zhì)點,由于熱運動從濃度較高的區(qū)域向濃度較低的周圍氣體中移動的現(xiàn)象,叫擴(kuò)散。擴(kuò)散結(jié)果使弧道中帶電質(zhì)點減少,相當(dāng)于去游離。擴(kuò)散速度與下列因素有關(guān):
(1)弧區(qū)與周圍介質(zhì)的溫差;
(2)弧區(qū)與周圍介質(zhì)帶電質(zhì)點的濃度差;
(3)弧柱表面積的大小。
斷路器開斷、閉合電路時都要形成電弧,只是前者大,后者小。為了迅速而可靠地切斷短路電流產(chǎn)生的強(qiáng)大電弧,斷路器按照上述原理,制成各式各樣的滅弧裝置。
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