高压断路器和隔离开关的原理与选择.ppt

高压断路器和隔离开关的原理与选择
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教学内容
本节教学内容
一、电弧的形成与熄灭
二、断路器开断短路电流时的工作状况分析
三、高压断路器的选择
四、隔离开关的选择
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一、电弧的形成与熄灭
1) 电弧：是一种气体游离放电现象。
2) 产生电弧的条件：用开关电器开断电源电压大于10 ~ 20 V，电流大于80 ~ 100mA的电路时，就会发生电弧。
3) 电弧的特点：能量集中，温度很高，亮度很强；电弧是良导体。
4) 电弧的利用：电弧在工业上有很多有益的应用，例如，利用其高温的电弧焊接机，电弧炼钢炉等。
5) 电弧的危害：在开关电器中，电弧是有害的，要求尽快地熄灭，否则会烧坏开关触头，误拉隔离开关会造成相间短路和人身伤亡。
第二节 高压短路器和隔离开关的原理与选择
一、电弧的形成与熄灭
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一、电弧的形成与熄灭

游 离——中性质点分解成自由电子和正离子。
去游离——电子和正离子相互吸引还原为中性质点。
1)电弧的产生
①强电场发射：E=U / s 大于3×106 V/m时，金属触头阴极表面就会发射自由电子。
②热电子发射：在开关分闸时，动静触头之间的接触压力和接触面积减小，接触电阻增大，接触表面发热严重，产生局部高温，阴极金属材料中的电子获得动能而逸出成为自由电子。
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③加速运动：自由电子，在强电场的作用下，向阳极作加速运动。
④碰撞游离：加速运动获得动能的自由电子在运动中与中性质点发生碰撞，中性质点中的电子获得能量产生跃迁，跳到能级更高的轨道上，如果获得的能量足够大，自由电子就能脱离原子核的束缚，游离成自由电子和正离子。
⑤雪崩：游离的结果导致触头间自由电子数量剧增 。
⑥介质击穿产生电弧：剧增的电子形成电流，介质被击穿而产生电弧。
一、电弧的形成与熄灭
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2)电弧的维持与发展
①由于电弧的 r 小，电弧形成后，触头间的电压和电场强度很低，强电场发射停止。
②由于电弧在燃烧过程中温度很高，可达到几千度甚至上万度，阴极表面继续进行热电子发射。
一、电弧的形成与熄灭
③另一方面介质的分子和原子在高温下将产生强烈的分子热运动，获得动能的中性质点之间不断地发生碰撞，游离成自由电子和正离子，此即所谓热游离。
④热发射和热游离给弧隙提供了大量的自由电子，电流继续流过，电弧的燃烧得以维持。
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3)电弧的熄灭
①复合去游离：正离子和负离子相互吸引而中和成为中性质点的过程。自由电子的 v 远大于正离子，它们直接复合的可能性很小，往往是自由电子先附着在中性质点上，形成负离子，运动速度大大减慢，此时正离子和负离子更容易复合。
②扩散去游离：自由电子和正离子逸出电弧而进入周围介质中，被周围介质冷却而复合的过程。
由于电弧内外的电荷浓度及温差的不同，自由电子和正离子将向浓度和温度都低的周围介质中扩散，在低温处，电子和离子的v减慢而复合成为中性质点。
一、电弧的形成与熄灭
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③电弧的熄灭：电弧的燃烧是由游离过程维持的，但在电弧中同时还进行着相反的使带电质点数量减少的去游离过程。
游离作用等于去游离作用，新增加的带电质点数量与中和的数量相等，电弧稳定燃烧。
游离作用大于去游离作用，电弧燃烧加剧。
游离作用小于去游离作用，则电弧中的带电质点数量减少，最终导致电弧熄灭。
一、电弧的形成与熄灭
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1）电弧电流交变，每半个周期过零一次，此时电弧因失去能量而自然熄灭。
2）由于热惯性，弧柱温度的变化滞后于快速变化的电流，所以交流电弧的伏安特性是动态的，如图2-1′所示。在电流增大时，温度来不及增高，弧隙电阻来不及减小；在电流减小时，温度来不及减小，弧隙电阻来不及增大。故图6-1′a中正方向电流增大时的曲线在电流减小时的上方。
A点是电弧产生时的电压，称为燃弧电压。
B点是电弧熄灭时的电压，称为熄弧电压。
图6-1′
一、电弧的形成与熄灭
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（1）交流电弧熄灭的条件
1）熄灭交流电弧的最佳时机：交流电弧每半周期自然熄灭是熄灭交流电弧的最佳时机。
2）在电流过零后，弧隙中存在着两个恢复过程。
a) 介质强度恢复过程: 由于去游离作用的加强，弧隙间的介质逐渐恢复其绝缘性能，以耐受的电压Ud (t) 表示。
b) 弧隙电压恢复过程: 电源电压要重新作用在触头上，弧隙