电弧熄灭的必要条件是去游离作用大于游离作用。根据这个道理,人们经过反复实践提出了许多灭弧的方法。目前,在开关设备中最常见的灭弧措施有气吹灭弧、油吹灭弧、电磁吹弧、狭缝(或狭沟)灭弧、多断口灭弧等。
1.气吹灭弧
气吹灭弧是将压缩气体注入弧道,使电弧受到冷却和拉长,造成强烈的去游离而使电弧熄灭。气体压力越高,流速越快,灭弧效果越好。吹弧方式可分为纵吹和横吹两种,如图3-1所示。横吹是使吹动方向与电弧垂直,可把电弧拉长并切断;纵吹是使吹动方向与电弧平行,可促使电弧变细。横吹比纵吹效果好,因为它使电弧的长度和其接触表面积增大,加强了电弧的去游离。在高压断路器中,往往纵、横吹同时使用,以提高灭弧速度。
图3-1 气吹灭弧
(a)横吹;(b)纵吹
气吹灭弧用于空气断路器、六氟化硫断路器等灭弧装置中;也有用电弧高温使有机物质分解成气体来吹弧的,如负荷开关、管型避雷器等。
2.油吹灭弧
油吹灭弧应用在各种油断路器中。油断路器采用各种形式的灭弧室,利用电弧高温或导杆运动的机械力,促使断路器中的绝缘油高速流动来吹灭电弧。
3.电磁吹弧
使电弧在电磁作用下产生运动而达到灭弧目的的方法叫作电磁吹弧。这种灭弧方法在低压电器中广泛应用。电磁吹弧有以下几种方式:
(1)利用电弧各段电流之间的电动力以及电弧离温形成空气向上流动等,使电弧迅速拉长冷却而熄灭,如图3-2(a)所示。
(2)利用电流与磁性材料相互作用,使电弧移动,如图3-2(b)所示。这是由于电弧的磁通通过磁性材料时,力图使磁通具有最小磁阻的位置,把电弧拉向磁性材料,例如SNIO-10型少油断路器。在横吹口埋一铁块,将电弧引至耐弧触头;磁力起动器中的灭弧栅由铁磁材料制成,将电弧吸入栅内,促其迅速熄灭等。
(3)利用磁吹原理,将电弧拉长使其熄灭,如图3-2(c)所示。这里应注意使磁吹线圈产生的磁场方向应与电弧垂直,并使电弧受力后沿触头的弧角方向运动,才能达到熄弧目的。
图3-2 各种电磁吹弧原理示意
1—触头;2—电弧;3—磁吹螺管线
4.狭缝(或狭沟)灭弧(www.daowen.com)
狭缝灭弧就是将电弧与团体绝缘介质紧密接触,并在介质的狭缝中运动,同时加强冷却和复合作用,使电弧被拉长,弧径被压小,弧电阻增大,最后导致电弧熄灭。狭缝灭弧栅和填料式熔断器等都属于这种灭弧方法的结构,如图3-3所示。
5.将长弧分成若干段短弧
其方法就是将电弧穿过一排与电弧垂直放置的金属片,把长弧切成若干段短弧。若栅片数目较多,使各段短弧压降之和大于外加电压,电弧因得不到维弧所需的最低电压而熄灭。交流短弧在瞬时电流过零熄灭后,由于近阴极效应,使每段弧隙介质电强度骤增到150~250 V。若干段弧隙串联起来,便可获得很高的介质电强度,电弧在电流过零熄灭后就不易重燃。
图3-4所示为不对称栅片电弧路径示意,当动、静触头分开发生电弧时、电弧在电动力和栅片磁场力的作用下,由栅片的缺口A处移动到B处,并继续上升到栅片内磁阻最小处C。电弧被栅片切割成若干段短弧。如把相邻栅片布置成高低不一,缺口相互错开,电弧在栅片之间将发生上、下、左、右扭斜,弧径会增长,灭弧能力将进一步得到提高。
图3-3 狭缝(或狭沟)灭弧
(a)绝缘灭弧栅;(b)细粒填料形成的狭缝灭弧
图3-4 不对称栅片电弧路径示意
(a)栅片;(b)栅片排列及电弧路径
6.提高触头分断速度
触头分断速度快,弧隙距离增大也快,电弧被迅速拉长,有利于灭弧。采用强力断路弹簧,可把触头分断速度提高到4~5 m/s。
7.利用多断口灭弧
这种灭弧方法多用在高压断路器中。它是在一相断路器内做成多个断口(如图3-5所示),由于断口数量的增加,每一断口的电压降低(相当于触头分断速度成倍地提高),使电弧迅速拉长,从而达到较好的灭弧效果。
在现代高压断路器中,常采用提高具有灭弧能力强的气体介质的压力的方法和应用耐高温的铜钨合金触头的措施来加速灭弧,有时还采用在高压断路器的断口(触头间)上并联电阻或电容的方法来提高灭弧性能。
图3-5 一相多断口示意
(a)一个断口;(b)两个断口;(c)四个断口
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