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HVS系列真空断路器的灭弧原理

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小珐根据阿海珐(中国)营销中心研发-技术/PM部整理了关于HVS系列真空断路器的灭弧原理与大家分享,具体内容包括以下:

一、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,即电弧一旦形成,维持电弧稳定燃烧所需的电压很低。如,大气中1cm长的直流电弧的弧柱电压只有15-30V,在变压器油中也不过100-200V。

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。

二、电弧的产生与维持

1、强电场发射

开关电器的触头分离时,动静触头间的压力不断下降,接触面积减小,因而接触电阻增大,温度剧升。另一方面,触头开始分离时,触头间距很小,即使电压很低,只有几百伏甚至几十伏,但是电场强度却很大。由于上述原因,阴极表面可能向外发射电子,这种现象称为强电场发射。

2、热电子发射

触头是由金属材料制成的,在常温下,金属内部就存在大量的自由电子,当开关开断电路时,在触头分离的瞬间,由于大电流被切断,在阴极上出现强烈的炽热点,从而有电子从阴极表面向四周发射,这种现象称为热电子发射。发射电子的多少与阴极材料及表面温度有关。

3、碰撞游离

从阴极表面发射出来的电子,在电场力的作用下向阳极作加速运动。并不断与中性质点碰撞,如果电场足够强,电子所受的力足够大,且两次碰撞间的自由行程足够大,电子积累的能量足够多,则发生碰撞时就可能使中性质点发生游离,产生新的自由电子和正离子,这种现象称为碰撞游离。新产生的自由电子在电场中作加速运动又可能与中性质点发生碰撞而产生碰撞游离。结果使触头间充满大量自由电子和正离子。使触头间电阻很小,在外加电压作用下,带电粒子作定向运动形成电流,使介质击穿而形成电弧。

4、热游离

处于高温下的中性质点由于高温而产生强烈的热运动。相互碰撞的结果而发生的游离称为热游离。作用:维持电弧的燃烧。一般气体发生热游离的温度为9000-10000,而金属蒸汽约为4000-5000。因为电弧中总有一些金属蒸汽,而弧柱温度在5000以上,所以,热游离足以维持电弧的燃烧。

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