第四章 交流电弧的熄灭原理().

熄灭交流电弧的基本方法
1. 切断电源：最直接的方法是切断电源，停止供电，这样电弧就会自动熄灭。

2. 使用隔离设备：在处理带电设备时，可以使用隔离设备（如隔离开关、断路器等）来切断电弧的通路，防止电弧继续存在。

3. 使用灭弧装置：灭弧装置可以用来控制和熄灭电弧，常见的灭弧装置有灭弧室、灭弧圈等。

4. 使用电流限制器：电流限制器可以限制电弧的电流，使其不足以维持电弧燃烧，从而熄灭电弧。

5. 使用灭弧剂：灭弧剂是一种能够吸收电弧能量的物质，可以通过喷洒或注入的方式将灭弧剂引入电弧室中，从而熄灭电弧。

6. 使用灭弧器：灭弧器是一种专门用于熄灭电弧的装置，可以通过将电弧引导到灭弧装置中，利用其特殊结构和材料来熄灭电弧。

请注意，熄灭交流电弧时需要采取相应的安全措施，以确保人员和设备的安全。

如果不熟悉电弧的处理方法，请及时寻求
专业人士的帮助。

掌握交流电弧的熄灭原理（1）说明交流电弧伏安特性的特点。

交流电流的瞬时值随时间变化，每周期内有两次过零点。

电流经过零点时，弧隙的输入能量等于零，电弧温度下降并自然熄灭。

而后随着电压和电流的变化，电弧重新燃烧。

因此，交流电弧的燃烧，实际上就是电弧点燃、熄灭的循环过程，这个特点也反映在它的伏安特性中。

（2）说明交流电弧的熄灭原理。

交流电弧电流通过零点时，由于电源停止供给电弧能量，热游离迅速下降，为电弧的最终熄灭创造了最有利的条件，此时只要采取一定的消游离措施，使少量的剩余离子复合，就能防止电弧在下半周重燃，使电弧最终熄灭。

（3）什么是近阴极效应。

电流过零后，两级改变极性，原来的阴极改变为新的阳极，而原来的阳极改变为新的阴极。

电场方向的改变，弧隙中剩余电子和离子的运动方向也应随之改变。

但是由于电子的质量远比正离子质量小得多，因而电子的运动方向改变要远比正离子灵敏得多，形成电流很快向新的阳极运动，而正离子在此瞬间几乎停止在原地，来不及向新的阴极运动。

新的阴极此时还不能形成强电场发射与热发射。

因此，在新的阴极附近就存在一层没有电子而只有正离子的空间，相当于形成了一薄层绝缘介质。

从电路的角度来看，必须加一定的电压才能将此绝缘薄层击穿，电弧才会重燃，弧隙重新导电。

这个击穿电压值称为弧隙的起始介质强度。

起始介质强度在电流过零后就会出现，这种在交流电弧电流过零后弧隙几乎立即出现一定的介质强度现象，称为交流电弧的近阴极效应。

（4）说明电弧的熄灭过程。

交流电弧过零点时，弧隙的输入能量等于零，电弧温度下降，自然熄灭。

在交流电弧熄灭过程中有两个方面的因素要加以考虑。

1.交流电弧电流过零是最有利的灭弧时机，这是输入弧隙的功率趋近去零，如电弧散失的功率大于此时由电源输入的功率，电弧就会熄灭。

如果熄弧措施太强，使电弧电流提前强制过零，这时交流电弧的熄灭原理与直流电弧相同，会造成熄弧困难。

2.对交流电弧的电路参数而言，电源电压越高，恢复电压峰值也愈高，熄弧越困难。

交流灭弧器工作原理交流灭弧器是一种用于保护电力设备和系统的重要装置，它能有效地消除电路中的电弧，并防止因电弧引起的事故和损坏。

在电力系统中，电弧是一种具有高温、高能量的放电现象，如果不及时消除，会导致设备损坏甚至引发火灾。

因此，了解交流灭弧器的工作原理对于保障电力系统的安全运行至关重要。

交流灭弧器的工作原理基于电弧的特性和行为。

电弧是由电流在两个或多个导体之间的气体间隙中跳跃形成的，它的存在会导致电压降低、能量损耗和设备破坏。

交流灭弧器通过控制电弧的形成和延续时间来消除电弧，并保护电力设备不受电弧的影响。

交流灭弧器的主要组成部分包括触发装置、灭弧装置和控制装置。

触发装置用于检测电弧的存在，一旦检测到电弧，触发装置会向灭弧装置发送信号，使其开始工作。

灭弧装置通过产生特定的电流和电压波形，使电弧消失或迅速熄灭。

控制装置用于监测和控制整个交流灭弧器的工作过程，确保其正常运行和保护电力设备。

交流灭弧器的工作过程可以分为触发、灭弧和恢复三个阶段。

触发阶段是当电弧出现时，触发装置会检测到电弧的存在，并向灭弧装置发送信号。

灭弧阶段是指灭弧装置根据触发信号产生特定的电流和电压波形，通过将电弧电流转化为电弧电压，使电弧能量逐渐降低，直至熄灭。

恢复阶段是指在电弧被成功熄灭后，交流灭弧器会自动恢复到正常工作状态，以便应对潜在的新的电弧出现。

交流灭弧器的工作原理可以通过以下几个方面来解释。

首先，触发装置能够及时检测到电弧的存在，并向灭弧装置发送信号，确保灭弧装置能够及时响应。

其次，灭弧装置通过产生特定的电流和电压波形，使电弧能量逐渐降低，从而达到熄灭电弧的目的。

这种特定的电流和电压波形通常是通过电路设计和控制算法来实现的。

最后，交流灭弧器能够在电弧被成功熄灭后自动恢复到正常工作状态，以便继续保护电力设备。

总结起来，交流灭弧器通过触发装置、灭弧装置和控制装置的协同作用，能够及时检测和消除电路中的电弧，保护电力设备和系统的安全运行。

交流电弧的熄灭条件交流电弧是一种高温、高能量的电弧，广泛应用于工业、冶金、建筑等领域。

然而，由于其存在时间过长、消耗能量过大等问题，需要及时熄灭。

本文将从交流电弧的特点和原理出发，探讨交流电弧的熄灭条件。

一、交流电弧的特点和原理1. 交流电弧的特点（1）高温：交流电弧温度可达到几千度，比普通火焰温度高得多。

（2）高能量：交流电弧释放出大量能量，在工业生产中被广泛应用。

（3）存在时间长：如果不及时熄灭，交流电弧会持续存在很长时间。

2. 交流电弧的原理当两个导体之间有足够大的电势差时，就会形成一个放电通道，即电弧。

在正常情况下，在两个导体之间形成一个气体隙距后，气体隙距内部分子被离子化并形成等离子体。

等离子体中的自由电子受到外界场力作用而加速运动，并与其他分子碰撞产生新的自由载荷。

这些自由载荷在电场作用下又会加速运动，形成电子流和离子流，最终形成电弧。

二、交流电弧的熄灭条件1. 降低电弧电压交流电弧的存在取决于两个导体之间的电势差。

因此，通过降低两个导体之间的电势差，可以有效地熄灭交流电弧。

这可以通过减小工作电压、增加负载阻抗等方式实现。

2. 加大气体隙距气体隙距是形成交流电弧的必要条件。

因此，加大气体隙距可以有效地熄灭交流电弧。

这可以通过增加两个导体之间的距离、增加介质厚度等方式实现。

3. 增加介质材料介质材料对于熄灭交流电弧起到了很重要的作用。

一些介质材料具有较高的绝缘性能，可以有效地阻止交流电弧的传播。

因此，在一些特殊场合下，可以采用合适的介质材料来熄灭交流电弧。

4. 施加外部场力外部场力对于熄灭交流电弧也起到了很重要的作用。

通过施加外部场力，可以改变电弧的运动状态，使其失去稳定性，最终熄灭。

常见的外部场力包括磁场、电场等。

5. 加大电流频率交流电弧的存在时间与电流频率有关。

增加电流频率可以有效地缩短交流电弧的存在时间，从而达到熄灭交流电弧的目的。

6. 施加适当的负载在某些情况下，通过施加适当的负载也可以实现熄灭交流电弧。

任务二:电弧产生和熄灭的物理原理一、电弧产生的物理过程当触头开断，在触头间隙中有电弧燃烧时，电路仍然导通。

这说明此时触头间隙的气体由绝缘状态变成了导电状态。

气体呈导电状态的原因是由于原来的中性气体分解为电子和离子，即气体被游离，此过程称为气体的游离过程。

气体游离出来的电子和离子在电场作用下各朝对应的极运动，便形成电流，从而造成触头虽然已开断，但电路却并未切断。

但当电弧熄灭之后电路就不再导通了。

这说明此时触头间隙的气体恢复了介质强度，又呈现绝缘状态，即气体已经消除游离而恢复为中性。

那么，气体是怎么游离和消游离的呢？一、开断电路时电弧产生的物理过程当触头开断电路，在间隙中产生电弧时，电路仍然是导通的。

这就说明已分开的触头间的气体由绝缘状态变成了导电状态。

那么，究竟有哪些物理过程在这个气体由不导电的状态变成导电状态过程中起作用了呢?下面就此进行一些分析。

金属材料表面在某些情况下能发射出自由电子，这种现象叫表面发射。

自由电子的产生是由于金属内的电子得到能量，克服内部的吸引力而逸出金属。

一个电子逸出金属所需能量叫逸出功，其单位用电子伏(eV)表示。

不同金属材料逸出功的大小不一样。

从物质原子的结构而言，是由原子核与若干电子构成的。

如果外界加到电子上的能量足够大，能使电子克服原子核的吸引力作用而成为自由电子，这种现象称为游离。

游离所需的能量叫游离能。

不同的物质其游离能不同。

触头开断电路时，产生电弧的原因主要有：阴极热发射电子；阴极冷发射电子；碰撞游离和热游离等。

1.阴极热发射电子触头开断过程中，触头间的接触面积逐渐减小，接触处的电阻越来越大，电流密度也逐渐增大，触头表面的温度剧增，金属内由于热运动急剧活跃的自由电子就克服内部的吸力而从阴极表面发射出来，这种主要是由于热作用所引起的发射称为热发射。

温度越低、逸出的功越大时，热发射的电流密度越小。

2.阴极冷发射电子在触头刚刚分开发生热发射的同时，由于触头之间的距离很小，线路电压在这很小的间隙内形成很高的电场，此电场将电子从阴极表面拉出，形成强电场发射。

交流电弧的起因及灭弧措施
电弧是一种气体，而且是高温电导率游离气体。

电弧对开关电器带来的影响，延长接通或断开时间，电弧的高温会破坏触头，缩短开关电器的使用寿命，过于严重时会产生爆炸或火灾等非常危险的事件，危机人身安全与财产安全。

电弧的起因
1、电弧产生，通过气体分子碰撞产生游离。

2、电弧的维持，由热游离导致。

3、去游离伴随游离过程同步产生。

因此，解决电弧问题，就是解决游离和去游离之间矛与盾的关系。

既然有电弧产生，又是对人与物是未有利的，就需要采取灭弧措施。

1、熟悉的真空开关，它的灭弧方式是真空灭弧法。

真空显著特点是气体分子量极少，游离困难，未有游离条件则电弧很难产生。

2、气体断路器和空气断路器，利用气体灭弧法，采用气体或压缩空气灭弧。

油路断路器，利用油吹灭弧法，采用油和油在电弧作用下分解产生的气体灭弧。

3、高压大容量断路器，利用并联电阻灭弧法。

以前在农村的时候，家庭用电的主电路用闸刀开关较多，虽然有灭弧罩，但是灭弧效果不佳，安全隐患未能消除。

现在科技发达了，多种新型的开关电器采用较为先进的灭弧技术，安全性提高许多，为人身安全和财产安全提供有利保障。

交流电弧的熄灭条件并阐述介质恢复过程和电压恢复过程电弧是一种发光、发热以及带电粒子的等离子体现象，它在高温、高能量条件下产生并能继续维持。

但是，对于许多应用来说，需要及时熄灭电弧，以避免电弧对设备和人员的损坏。

本文将探讨交流电弧的熄灭条件，并详细介绍介质恢复和电压恢复过程。

1.交流电弧的熄灭条件：电弧的熄灭是指电弧在运行过程中由于某种因素的干扰或中断，而中止了继续存在和运行的状态。

一般来说，电弧的熄灭条件包括以下几个方面：（1）减小电流：电弧的熄灭条件之一是电流的减小。

当电流下降到一定程度时，电弧不再足够强大以维持等离子体和电弧的存在，从而导致电弧熄灭。

（2）降低等离子体的温度：电弧的熄灭还与等离子体的温度有关。

当等离子体的温度下降到一定程度时，等离子体中电子的能量不再足够高以保持电弧的存在，因此电弧会熄灭。

（3）提高介质的绝缘性能：在介质中存在冷却和灭弧气体时，冷却和灭弧效果良好，可以促使电弧熄灭。

（4）控制电弧的长度：通过改变电弧的长度可以调控电弧的强弱，从而实现电弧熄灭的目的。

2.介质恢复过程：当交流电弧熄灭时，介质恢复过程开始进行。

介质恢复过程是指在熄灭电弧后，电弧区域周围介质的恢复过程。

该过程通常包括以下几个步骤：（1）等离子体迁移：当电弧熄灭时，等离子体将逐渐向电极表面迁移。

等离子体中的带电粒子会在表面重新组合生成固体或液体，而电子则会通过碰撞损失能量并重新获得自由状态。

（2）介质的冷却：电弧熄灭后，周围的介质会逐渐冷却。

由于没有电弧的热量供应，介质温度会慢慢降低，使得原来激活的原子和分子重新回到基态。

（3）原子和分子重新排列：介质冷却后，原子和分子会重新排列。

在电弧过程中，电离和激发的原子和分子会重新获得电子，恢复到原来的状态，并重新形成晶格结构。

（4）一些特殊的化学反应可能会发生，例如氧化、还原和分解等。

这些反应有助于介质的恢复，并最终将原来的等离子体区域恢复为均匀的介质。

3.电压恢复过程：在电弧熄灭后，电压恢复过程即开始进行。

第二章导体的发热、电动力及开关电器的灭弧原理1.发热对导体和电器有何不良影响？答：机械强度下降、接触电阻增加、绝缘性能下降。

2.导体的长期发热和短时发热各有何特点？答：长期发热是指正常工作电流长期通过引起的发热。

长期发热的热量，一部分散到周围介质中去，一部分使导体的温度升高。

短时发热是指短路电流通过时引起的发热。

虽然短路的时间不长，但短路的电流很大，发热量很大，而且来不及散到周围的介质中去，使导体的温度迅速升高。

~~~~热量传递的基本形式：对流、辐射和导热。

对流：自然对流换热河强迫对流换热3.导体的长期允许载流量与哪些因素有关？提高长期允许载流量应采取哪些措施？答：I=根号下(αFτω/R)，因此和导体的电阻R、导体的换热面F、换热系数α有关。

提高长期允许载流量，可以：减小导体电阻R、增大导体的换热面F、提高换热系数α。

4.计算导体短时发热度的目的是什么？如何计算？答：确定导体通过短路电流时的最高温度是否超过短时允许最高温度，假设不超过，则称导体满足热稳定，否则就是不满足热稳定。

计算方法见笔记“如何求θf”。

6.电动力对导体和电器有何影响？计算电动力的目的是什么？答：导体通过电流时，相互之间的作用力称为电动力。

正常工作所产生的电动力不大，但是短路冲击电流所产生的电动力可达很大的数值，可能导致导体或电器发生变形或损坏。

导体或电器必须能承受这一作用力，才能可靠的工作。

进行电动力计算的目的，是为了校验导体或电器实际所受到的电动力是否超过期允许应力，以便选择适当强度的电器设备。

这种校验称为动稳定校验。

7.布置在同一平面中的三相导体，最大电动力发生在哪一相上？试简要分析。

答：布置在同一平面中的三相导体，最大电动力发生在中间的那一相上。

具体见笔记本章第五节。

8.导体动态应力系数的含义是什么？什么情况下才需考虑动态应力？答：导体动态应力系数β用来考虑震动的影响、β表示动态应力与静态应力之比，以此来求得实际动态过程的最大电动力。

直流开关灭弧应用原理：直流断路器的燃弧及熄弧过程与交流断路器是不同的。

交流断路器分断时产生的交流电弧每秒钟有2f（f为电网频率）次经过零点。

通过近极效应，使电弧熄灭。

交流断路器只要解决电弧重燃问题，即解决由导电状态恢复到介质绝缘状态的介质强度恢复过程。

电动机的灭弧原理是在发电机真空断路器分断瞬间，由于两触头间的电容存在，使触头间绝缘击穿，产生真空电弧。

由于触头形状和结构的原因，使得真空电弧柱迅速向弧柱体外的真空区域扩散。

当被分断的电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，使电弧不能继续维持而熄灭。

电弧熄灭后的几μs 内，两触头间的真空间隙耐压水平迅速恢复。

同时，触头间也达到了一定距离，能承受很高的恢复电压。

所以，一般电流在过零后，不会发生电弧重燃而被分断。

这就是其灭弧的原理。

刀开关灭弧的原理刀开关在分断有负载的电路时，在触刀与静插座之间会产生电弧，而且电压等级越高，分断电流越大，产生的电弧越严重。

这种极高温度的电弧，轻则将触刀或静插座灼伤或烧毁，重则会产生相间短路，造成重大事故。

在刀开关分断过程中，触刀和静插座之间的电弧，一方面沿切线方向被机械地拉长，另一方面还要受到经过触刀和它本身的所谓电弧电流产生的磁场（电弧电流上方磁场进入纸面，电弧电流下方磁场穿出纸面）的影响，在该磁场所产生的电动力的作用下，沿法线运动，这两种运动都有利于电弧的熄灭。

高压断路器的任务就是保证将断路器分闸时产生的电弧,能尽快地熄灭,使其不再重燃。

油断路器的灭弧方式大体分为：横吹灭弧,纵吹灭弧,横纵吹灭弧以及去离子栅灭弧等。

横吹灭弧：分闸时动静触头分开,产生电弧,电弧热量将油气化并分解,使消弧室中的压力急剧增高,此时气体收缩储存压力,当动触头继续运行喷口打开时,高压油和气喷出,横吹电弧,使电弧拉长、冷却熄灭。

纵吹灭弧：分闸时中间触头、定触头先分断,中间触头、动触头后分断。

前者分断时形成激发弧,使灭弧上半室的活塞压紧,当动触头继续向下移动形成被吹弧时,室内由于激发弧的压力油以很高的速度自管中喷出,把被吹弧劈裂成很多细弧,从而使之冷却熄灭。

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。