【正文】 理 1. 電弧的概念 當開關電器開斷電路時，電壓和電流達到一定值時，觸頭剛剛分離后，觸頭之間就會產生強烈的白光，稱為電弧。例 如：斷路器要開斷 1500V，電流為 15002020A 的電路時，產生電弧，這些電弧可拉長至 2m 仍然繼續(xù)燃燒不熄滅，對人員及設備都可能產生重大危害和損失。 弧柱陽極區(qū)陰極區(qū) 圖 121 （ 1）電弧由三部分組成。 （ 2）電弧溫度很高。電弧在氣體或液體的流動作用下 或電動力作用下，能迅速移動、伸長或彎曲，這也是滅弧的必要條件。 （ 3）由于電弧在電動力、熱力作用下能移動，很容易造成飛弧短路和傷人，或引起事故的擴大。當高速運動的電子積聚足夠大的動能時，就會從中性質點中打出一個或多個電子，使中性質點游離，這一過程稱為碰撞游離。運動中的自由電子和正離子相互吸引也會發(fā)生復合．使弧隙間的自由電子減少 —— 去游離。由于弧隙中溫度高，離子濃度大，所以離子將向溫度低濃度小的周圍介質中擴散。 311 復合 復合是正、負帶電質點相互結合變成不帶電質點的現(xiàn)象。 312 擴散 擴散是弧柱中的帶電質點逸出弧柱以外，進入周圍介質的現(xiàn)象。通過快速拉長電弧，用氣體或油吹動電弧，或使電弧與固體介質表面接觸等，都可以降低電弧的溫度。因為，氣體的壓力越大，電弧 中質點的濃度就越大，質點間的距離就越小，復合作用越強，電弧就越容易熄滅。當觸頭采用熔點高、導熱能力強和熱容量大 鐵道機車車輛專業(yè)（機車方向）畢業(yè)論文 5 的耐高溫金屬時，減少了熱電子發(fā)射和電弧中的金屬蒸汽，有利于電弧熄滅。 對圖 141 的分析，可見交流電弧在交流電流自然過零時將自經過動熄滅，但在下半周隨著電壓的增高，電弧又重燃。 對圖 22 的分析，可見交流電弧在交流電流自然過零時將自經過動熄滅，但在下半周隨著電壓的增高，電弧又重燃。電流過零后，弧隙電壓從后蜂值逐漸增長，一直恢復到電源電壓，這一過程中的弧隙電壓稱為恢復電壓，其電壓恢復過程以 Uhf（ t）表示。因此，交流電弧的熄滅條件為： Uj（ t） Uhf（ t） Uj（ t） — 弧隙介質強度 Uhf（ t） — 弧隙恢復電壓 鐵道機車車輛專業(yè)（機車方向）畢業(yè)論文 7 圖 412 第五章 熄滅交流電弧的方法 （ 1） 提高觸頭的分閘速度 熄滅交流電弧的關鍵在于電弧電流過零后，弧隙的介質強度的恢復過程能否始終大于弧隙電壓的恢復過程。 （ 2） 采用多斷口 每一相有兩個或多個斷口相串聯(lián)。在要求將電弧拉到同樣的長度時，采用多斷口結構成倍減小了觸頭行程，也就減小了開關電器的尺寸。 51 吹弧氣流產生的方法 （ 1） 用油氣吹弧 用油氣作吹弧介 質的斷路器稱為油斷路器。 （ 2） 用壓縮空氣或六氟化硫氣體吹弧 將 20 個左右大氣壓的壓縮空氣或 5 個大氣壓左右的六氟化硫氣體（ SF6）先儲存在專門的儲氣罐中，斷路器分閘時產生電弧，隨后打開噴口，用具有一定壓力的氣體吹弧。橫吹不但能加強冷卻和增強擴散，還能將電弧迅速吹彎吹長。由于受到電磁力的作用，電弧從金屬柵片的缺口處被引入金屬柵片內，一束長弧就被多個金屬片分割成多個串聯(lián)的短弧。觸頭間產生電弧后，在磁吹裝置產生的磁場作用下，將電弧吹入由滅弧片構成的狹縫中，把電弧迅速拉長的同時，使電弧與滅弧片內壁緊密接觸，對電弧的表面進行冷卻和吸附，產生強烈的去游離。同時，熔絲氣化時產生的金屬蒸汽滲入石英砂中遇冷而迅速凝結，大大減少了弧隙中的金屬蒸汽，使得電弧容易熄滅。在高壓開關中，廣泛采用壓縮空氣、六氟化硫（ SF6）氣體、真空等作為滅弧介質。正常情況下，觸頭間的接觸壓力、表面加工狀況、表面氧化程度及接觸情況等都會影響接觸電阻值。 63 觸頭的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定 觸頭在長期負荷電流下工作時，由于接觸電阻的存在，觸頭要發(fā)熱，使其溫度升高，同時也向周圍介質散熱，當發(fā)熱量等于散熱量時，觸頭就穩(wěn)定在工作溫度下運行。 當觸頭短時間內通過大電流時，如短路電流、電動機的起動電流等，所產生的熱效應和電動力具有沖擊特性，對觸頭能否正常工作造成很大威脅，可能使觸頭熔焊和 短時過熱、觸頭接觸壓力下降等后果。 （ 2）線接觸 是指兩個觸頭的接觸面為線接觸的觸頭， 如柱面與平面接觸，或兩個圓柱面間的接觸等都屬于線接 觸 。 642 按結構形式分類 （ 1）固定觸頭 鐵道機車車輛專業(yè)（機車方向）畢業(yè)論文 12 固定觸頭是指連接導體之間不能相對移動的觸頭。 第七章 開關電器典型滅弧裝置的工作原理 71 開關電器典型滅弧裝置的工作原理 當電源電壓超過數(shù)十伏、開斷電流在數(shù)十安以上時，為減少電弧對觸頭的燒損和限制電弧擴展的空間，通常需要采取加強滅弧能力的措施，為此而采用的裝置稱為滅弧裝置。 712拉長電弧 一、 在大氣中利用機械方式拉長電弧進行滅弧的原理與圖例。 圖 72 依靠拉長電弧使之恰好熄滅的最短長度，稱為臨界長度，記為 Llj。 圖 74 二、磁吹線圈： 可用于低壓直流和交流接觸器中。 但這樣做，一方面將使磁吹線圈的匝數(shù)增加，增大了線圈體 積和多用有色金屬；另一方面將使開斷大電流時產生的磁場過強，使得觸頭的電磨損大大增加。 滅弧裝置的工作原理：利用磁吹線圈產生的磁場將電弧驅入耐弧絕緣材料 (石棉、水泥、陶土等 )制成的具有縱縫的滅弧室中進行滅弧。圖中， 1為用耐弧絕緣材料制成的滅弧室壁， 2 為磁吹線圈的鋼夾板， 3為電弧。 采用多縱縫可以減小電弧進入上部窄縫的阻力，在驅動電弧運動的電磁力給定時，可以采用比單縱縫滅弧室更小的縫隙。如果我們能使開關電器的觸頭在電流過零瞬時分開，并以極高的速度拉開到足以承受恢復電壓而不發(fā)生間隙擊穿的距離，則此時弧隙中將不產生電弧，也不存在所謂熱擊穿階段。然而，事實上，實現(xiàn)這一方案非常困難。這時，雖然在弧隙中流過一定的電流，但因數(shù)值較小，而且持續(xù)時間較短，弧隙中氣體電離情況不太嚴重，所以在電流過零后弧隙的介質恢復強度數(shù)值較高，從而使現(xiàn)有的滅弧裝置能夠開斷更大的電流。此后，當 晶閘管V中交流電流過零時它將自動閉鎖，于是電