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1、工厂常用电器与工厂供电,一 课程的性质和任务1.性质：风电专业的一门专业技术主干课程2.任务：常用高低压电器：用途，工作原理，选型 组合电器：用途，工作原理，选型 一次系统：线路结构、会识图、送配电步骤 二次系统：继电保护、会识图、送配电步骤3.考核要求:过程考核30%实验考核10%期末考核60%4.参考书目：工厂供电 机械工业出版社 刘介才主编 供电技术 机械工业出版社 余健明主编5.学时分配：,1.1 电器的基本概念,按电器适用的电路电压等级来分，可以分为高压电器和低压电器。高压和低压是一个相对的概念，按国家标准关于电网额定电压等级的规定，把额定电压在3 kV及以上的电压称为高压，有3 k
2、V、6 kV、10 kV、35 kV、63 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV、750 kV、1 000 kV 等各电压等级；额定电压交流1.2 kV 及以下，直流1.5 kV 及以下的电压称为低压，有交流36 V、220 V、380 V、660 V、1 140 V 等电压等级，直流36 V、48 V、110 V、220 V、440 V、800 V 等电压等级。适用于高压电路中的电器称为高压电器，应用于低压电路中的电器就是低压电器。电器的额定电压，是指作用于电路的主控部件的额定电压，而不是指操作电源的额定电压。高压电器与低压电器虽然在功能上有一些相似之处，但是二者在结
3、构特征上有较大的差异。,上一页,下一页,返回,1.1 电器的基本概念,按电器适用的电源性质分，可分为交流电器与直流电器。应用于交流电路的电器是交流电器，应用于直流电路的电器则是直流电器。对于电磁系列和电动系列的电器，同样依据该电器所作用的电路性质来确定，而不能以输入该电器的操作电源的性质来确定其是交流电器还是直流电器。按电器在电路中所处的地位和作用分，可以分为配电电器和控制电器，用来分配和传输电能的电器是配电电器，如断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器等，控制电器是对电路和电能的质量进行控制、测量及保护作用的电器，如接触器、启动器、控制继电器、控制器、主令器及互感器等。,上一页,下一页,返回,1
4、.1 电器的基本概念,按工作条件或使用环境可分为普通电器和特种电器，所谓特种电器是适应特殊环境，在结构上有特殊要求的电器，如：船用电器，要求有一定耐潮湿、耐腐蚀和抗冲击、抗震性能，主要用于船舶和舰艇。矿用电器，应具有防爆、密封、耐潮湿、抗冲击的性能。化工电器，具有耐腐蚀、耐潮湿和防爆性能。热带型电器，具有抗高温、抗盐雾、耐潮湿、耐腐蚀性能。高原型电器，具有抗低气压、抗盐碱、防风沙、结构稳定、耐寒等特性。,上一页,下一页,返回,1.1 电器的基本概念,按其工作方式可分为自动电器、手动电器两类。自动电器是依据外来信号和自身参数的变化，通过电磁机构或压缩空气来完成接通、分断、启动等动作，如接触器、继
5、电器等；而手动电器则是由手力操纵手柄带动执行机构完成上述动作的，如刀开关、主令器、凸轮控制器等。按有无触点可分为有触点电器和无触点电器。有触点电器是通过触点的开闭完成对电路的接通与分断，或达到切换电路的目的，它最显著的特点是能完全切断电流，隔离电源，有良好的分断能力，但由于电弧和机械磨损会影响其使用寿命。无触点电器是通过改变电路的参数达到上述目的，这种电器的特点是无触点系统，不会产生电弧，没有机械噪声，但是压降大，温升高，一般不能完全隔离电源。,上一页,下一页,返回,1.1 电器的基本概念,1.1.2 对电器的基本要求电器种类繁多，结构千差万别，但不论其差异如何，对电器的基本要求都是相同的，这
6、也是设计和使用电器的基本原则。应该根据本地区的供、配电条件，用电容量、负荷性质和类别，做到合理选型，从而保障供电可靠，技术先进，经济合理。（1）安全性。所有的电器不但能正常地满足负荷电流做功的需要，还能承受住故障时短路电流的热效应、电磁效应产生的破坏力，满足热稳定性和动稳定性的要求。这就要求电器的额定电压、额定电流、额定频率都应与电网相符合，以满足电器在正常状态下的稳定工作要求。而且当电力系统发生故障，如短路、过载、过压等非正常状态时，要求电器从生故障到保护装置将故障线路切除这一段时间内，不会损坏。,上一页,下一页,返回,1.1 电器的基本概念,电器的热稳定性是指电器在运行过程中，会有各种损耗
7、而发热，如果发热超过电器的极限允许温度，则电器的性能就会受到极大的影响，甚至损毁电器。在正常情况下，电器一方面由于有电流通过而发热产生热量积累，另一方面电器又通过传导、对流和辐射向周围散热，当二者达到平衡时，电器的温度达到稳定值。但是在短路时，由于电流剧增而电器又来不及与周围介质发生热交换，电器在这种状态时，温度快速上升。在故障未排除前，电器必须能承受短路电流所产生的热效应。电器在规定使用条件下，短时间内通过最大电流而不损坏的性能，称为电器的热稳定性。,上一页,下一页,返回,1.1 电器的基本概念,热稳定电流 是指电器在规定的使用条件和时限范围t 内，在闭合位置上保证不超过极限允许温度的最大电
8、流。t 分别取2 s、4 s、10 s，称为2 s、4 s、10 s 热稳定电流。电器的热稳定电流是否满足实际需要，必须进行热稳定性校验。其条件为式中 短路电流的最大值，一般按三相短路电流计算；短路开始至自动切除为止的时间；t s热稳定电流。,上一页,下一页,返回,1.1 电器的基本概念,电器在通过电流时，在其周围空间会产生磁场，磁场反过来又对电流产生作用力，人们把这种安培力称为电动力。电动力对电器有很强的破坏力。如载流线圈受到向外的张力，会使线圈散包，如图1-1所示；也会使载流平行导体变形或使电气连接处松脱，如图1-2所示。当平行导体通以同方向电流时相互吸引，通以反方向电流时相互排斥。电器的
9、动稳定性是指导体和电器承受短路电流电动力作用的能力，一般称为动稳定。电器的动稳定是否满足实际要求，也要进行校验，其条件是,上一页,下一页,返回,1.1 电器的基本概念,式中 三相短路冲击电流的幅值及有效值；电器允许通过动稳定电流的峰值和有效值。（2）可靠性。所有的电器不但在正常状态下能可靠地工作，还在线路和设备发生故障时，能够利用电器具备的功能迅速地对故障线路或设备有效地切除、隔离，迅速恢复非故障区的供电，而且要求误动作少。（3）适应性。电器的结构要适应工作环境和控制的要求特殊环境要使用特种电器，普通环境也要考虑其结构与工作条件的关系，如，是室内还是室外、是自动还是手动等,上一页,下一页,返回
10、,1.1 电器的基本概念,电器的学习方法学习本篇，要求掌握工厂常用电器的工作原理，主要产品的结构、用途、电路符号和运行特点。可以采用类比的方法学习，高压电器和低压电器在功能上有许多相似之处，也有相对应功能的产品，本教材采用按适用电压等级分类方法安排章节，这样把复杂问题简单化，有利于类比学习。,上一页,返回,1.2 电磁式电器的电磁机构,电磁式电器在电气控制系统中使用量是最大的，类型也最多.各类电磁式电器的工作原理基本相同，其结构也大同小异，就结构而言，主要由检测部分（电磁机构）和执行部分（触点系统）及灭弧系统和缓冲机构等几部分组成。,下一页,返回,1.2 电磁式电器的电磁机构,电磁机构的组成和
11、分类电磁机构是电磁式电器的主要部件之一，它的作用是将电磁能转化为机械能，带动执行机构动作。1.电磁机构的组成电磁机构由铁芯（包括衔铁）、线圈、返回系统三部分组成（1）铁芯的作用是构成磁路，并通过衔铁的运动带动触点动作。铁芯有U形、E形、筒形等基本形式，衔铁有条形、U形、E形、圆柱形等基本形式。衔铁的运动有转动式和直动式。,上一页,下一页,返回,1.2 电磁式电器的电磁机构,（2）线圈是电磁式电器的励磁系统，其作用是将电能转化为磁能，产生磁场，衔铁在电磁力的作用下发生机械位移与之吸合。通以直流电的线圈称为直流线圈，通以交流电的线圈称为交流线圈。对于直流线圈，其铁芯通常由软钢或工程纯铁制成，铁芯不
12、发热，只有线圈发热，因此直流线圈做成高而薄的瘦高型，而且不设骨架，线圈直接与铁芯接触，有利于散热。对于交流线圈，由于其铁芯中有磁滞和涡流损耗，所以铁芯和线圈都发热，交流线圈一般都设有骨架，使铁芯与线圈隔离，并将线圈设计成短而厚的矮胖型，而且铁芯通常由电工钢片叠压而成，在端口处还加有分磁环，也叫短路环，以减小涡流损耗和电磁振动。,上一页,下一页,返回,1.2 电磁式电器的电磁机构,电磁机构的组成和分类（3）返回系统的作用是使被吸合的衔铁在线圈断电后能够复原的重要装置。电磁式电器的返回系统通常利用弹簧的弹力或衔铁自身的重力作用，既简单又灵敏。2.电磁机构的分类（1）按衔铁的运动方式可分为拍合式和直
13、动式，常用的结构形式有以下几种，如图1-3所示。衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯，如图1-3（a）所示，这种结构的磁路气隙可以有13个，返回系统多用弹簧返回，该结构广泛应用于直流电器中。衔铁沿轴转动的拍合式铁芯，如图1-3（b）所示，其铁芯的形状有E形和U形两种，磁路气隙13个，返回系统可以用弹簧也可以用自身重力返回，该结构多用于触点容量较大的交流电器中。,上一页,下一页,返回,1.2 电磁式电器的电磁机构,（2）按线圈与电路的连接方式可分为电流型电磁机构和电压型电磁机构。电流型电磁机构的线圈串联接入电路中，如图1-4（a）所示，流过线圈的电流较大，为了减小其对电路的分压作用，线圈所用的导线粗，匝数
14、少，线圈的阻抗小，该线圈被称为 电流线圈。电压型电磁机构的线圈并联接入电路中，如图1-4（b）所示，为了减小线圈对电路的分流作用，降低对电路的影响，线圈的阻抗要求较大，所以线圈的线径细，匝数多，该线 圈被称为电压线圈。,上一页,下一页,返回,1.2 电磁式电器的电磁机构,1.2.2电磁机构的吸力特性与反力特性电磁式电器的基本工作原理如图1-5所示，当线圈中通以电流时，线圈中产生的磁场作用于衔铁，衔铁受到力的作用而产生机械位移，带动触点动作。当线圈断电后，衔铁失去电磁吸引力，由复位弹簧将其拉回原位，从而带动触点复位。因此作用于衔铁的力有两个，即电磁吸力与反力，电磁吸力由电磁机构产生，而反力由复位
15、弹簧和触点弹簧产生。电磁吸力可以由式（1-3）表示，即,上一页,下一页,返回,1.2 电磁式电器的电磁机构,式中F电磁吸力，N；B气隙的磁感应强度，T；S磁极横截面积，m2。当线圈中通以直流电时，F为一恒定值。当线圈中通以正弦交流电时，其气隙的磁感应强度也按正弦规律变化，即代入式（1-3）得电磁吸力的瞬时值,上一页,下一页,返回,1.2 电磁式电器的电磁机构,由式（1-5）知，电磁吸力的最大值为电磁吸力的最小值为,上一页,下一页,返回,1.2 电磁式电器的电磁机构,吸力特性是指电磁吸力F随衔铁与铁芯间气隙变化的关系曲线。气隙越大，吸力越小，F与成反比例关系。不同的电磁机构，有不同的吸力特性，实
16、验表明，螺管式的吸力F随变化较小，拍合式的吸力F随变化最大。图1-6所示为电磁机构的吸力与反力最典型的特性曲线。对于直流线圈，其励磁电流的大小与气隙无关，衔铁运动过程中是恒磁势工作，所以吸力特性曲线比较陡峭（如图1-6中的1所示）。而交流线圈的励磁电流与气隙成正比，衔铁在运动过程中为恒磁通工作，但考虑到漏磁和线圈电阻的影响，其吸力平均值随气隙的增大而略有减小，所以吸力特性曲线比较平坦，如图1-6中的2所示。,上一页,下一页,返回,1.2 电磁式电器的电磁机构,其反力特性是指反力Fr随气隙变化的关系曲线，如图1-6中的3所示，由电磁机构的吸力与反力特性曲线可知，电磁机构要正常工作，其吸力特性与反
17、力特性必须配合得当；否则，电磁机构就会动作混乱。在衔铁吸合的全过程中，其吸力特性曲线必须在反力特性曲线上方，即吸力大于反力，如图1-7（a）所示。而在衔铁释放的全过程中，其反力特性曲线必须在吸力特性曲线的上方，亦反力大于吸力，如图1-7（b）所示。在吸合的过程中同时还必须注意吸力特性曲线位于反力特性曲线上方不能太高，一方面会无谓浪费能量，另一方面会由于衔铁对铁芯的碰撞而产生振动甚至影响到电器的机械寿命，合理配合的基本原则是：在满足吸力特性曲线在反力特性曲线上方的原则下，应使二者尽量靠近，甚至允许有少量交叉。,上一页,下一页,返回,1.2 电磁式电器的电磁机构,交流电磁机构上短路环的作用由式（1
18、-5）可知，交流电磁机构的电磁吸力是一个周期性变力，其频率是电源频率的2倍，其变化关系如图1-8所示。当电磁吸力的瞬时值大于反力时，衔铁吸合，反之衔铁释放。电源电压变化一个周期，衔铁吸合两次，释放两次，若励磁电源为工频，则衔铁每秒将有100次振动，同时也会产生噪声，为此必须采取有效的措施，消除振动与噪声。,上一页,下一页,返回,1.2 电磁式电器的电磁机构,具体的办法就是在铁芯端面的2/3处开个小槽，在槽内安装一个铜质的短路环，又称分磁环，如图1-9（a）所示，加了分磁环后，铁芯的磁场被分成两部分，即环外部分B1和环内部分B2，由于磁场的变化，在铜环内就产生感应电流，该变化的电流产生的磁场阻碍
19、了B2的变化，如果设计合理，可以使B2的相位滞后B1约90，而电磁吸力与B的平方成正比，所以使得电磁吸力的合力始终大于反力，使衔铁牢牢被铁芯吸合，这样就消除了振动与噪声。其形成的合力如图1-9（b）所示。,上一页,返回,1.3 电器的触点系统,触点的概念和触点材料触点是电器的执行机构，它在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用，触点总是成对出现，其中固定不动的称为静触点，随衔铁运动的称为动触点。根据它在电路中所起的作用，要求触点具有良好的导电和导热性能，同时还要有良好的接触性能。触点通常用铜、银、镍及其合金材料制成，有时也在铜触点的表面电镀银、锡或者镍。铜容易氧化在触点的表面生成氧化铜，它将增大触
20、点的接触电阻，使触点的损耗加大，电器的温度上升。,下一页,返回,1.3电器的触点系统,上一页,下一页,返回,所以有些特殊用途的电器或者电流容量较小的电器的触点常采用银质材料，这不仅因为银质触点的导电、导热性能优于铜质触点，而且银质触点的氧化物的电阻率很低，与纯银的电阻率几乎相同，银的氧化要在较高的温度下才可进行，而且形成的氧化膜极易粉末化，随触点的运动很容易 自洁，这样可以有效地避免因触点表面氧化而引起的接触不良。对于大容量和中等容量的电器，在结构设计上，触点常采用滚动设计，可将氧化膜去掉，一般常采用铜质材料，这样既 经济又能满足电器的导电和容量要求。,1.3电器的触点系统,上一页,下一页,返
21、回,触点的接触电阻触点的电阻不仅取决于构成触点的导体电阻，更重要的是取决于触点之间的接触电阻。触点间的接触电阻包括“表面膜电阻”和“收缩电阻”。“表面膜电阻”是触点接触表面在介质中形成的氧化物、硫化物、有机聚合物、纤尘及油水等所形成的电阻，“表面膜电阻”可能比导体本身的电阻大几十甚至几千倍，导电性能极差，且受环境的影响大。“收缩电阻”是由于触点的接触面并不绝对光滑，在接触时，其实际接触面积总是小于触点的可接触面积，这样有效导电截面积减小，当电流流过触点时，会形成电流收缩现象，从而使电阻增大，导电性能变差，由于这种原因增加的电阻称为“收缩电阻”。,1.3电器的触点系统,上一页,下一页,返回,如果
22、触点的接触电阻变大，当电流流过触点时，压降增大，电阻损耗加大，温度升高，这样会导致“表面膜电阻”进一步增大，形成恶性循环，使相邻的绝缘材料老化，严重时会使触点熔焊，造成电力设备和电力系统发生事故。所以减小接触电阻并使之保持稳定是电器对触点的必然要求，接触电阻的大小与接触面的大小、压力、温度、材料、化学性质、接触面的粗糙程度等都有密切关系，通常可以采用以下措施减小接触电阻：（1）触点闭合时保持一定的压力。（2）设计触点时应使其具有自清洁功能。（3）合理选择触点材料的硬度及电化学性能。（4）触点表面镀覆盖层。,1.3电器的触点系统,上一页,下一页,返回,触点的分类按开闭电流的大小，可分为弱电流触点
23、、中电流触点、强电流触点。开闭电流在10 A以下的触点称为弱电流触点，10 A以上100 A以下的触点称为中电流触点，100 A及以上的触点称为强电流触点。中、强电流触点又被称为触头。弱电流触点也被称为接点。按工作状态，触点可分为动合（常开）触点和动断（常闭）触点，任何触点都有两个状态，即开和闭，而触点的开和闭是由操动机构来实现的，相应的操动机构也有两个状态，即分闸和合闸，人们把操动机构的分闸状态称为自然状态，合闸状态称为操作状态。一般情况下，操动机构的分、合状态与触点的开、闭状态是对应的，但是有时也有相悖的情况出现。,1.3电器的触点系统,上一页,下一页,返回,在自然状态时开断，在操作状态时
24、闭合的触点称为动合触点；而在自然状态时闭合，在操作状态时断开的触点称为动断触点。在电路图中都应按照其自然状态下的实际情形画出，其图形符号如图1-10所示。按照触点所处在电路中的位置，可分为主触点和辅助触点，处在主电路中的触点称为主触点，一般容量较大，有灭弧装置，在一具电器中，其数目一般较少；处在辅助电路中的触点称为辅助触点，一般容量较小，没有灭弧装置，在电路中起控制、保护、测量主电路的作用，在一具电器中，其数目较多，要求灵敏度高。,1.3电器的触点系统,上一页,下一页,返回,触点的接触形式和典型结构形式触点的接触形式有很多，常见的有三种，即点接触、线接触和面接触。图1-11（a）所示为点接触，
25、它是由两个半球形的触点或一个半球与一个平面触点构成，可以提高接触压力，减小接触电阻，多用于小电流电路中；图1-11（b）所示为线接触，触点的通断一般是通过滚动或者滑动来实现的，以利于清除触点表面的氧化膜，这种触点多用于通断次数多、电流较大的场合，多用于中等容量的电器中；图1-11（c）所示为面接触，这种触点一般在接触表面镶有合金，以减小其接触电阻，增强抗熔焊性能和抗磨损的性能，允许通过较大电流。,1.3电器的触点系统,上一页,下一页,返回,触点的结构形式常见的有桥式触点、指形触点、瓣形触点和盘形触点等形式，如图1-12所示。图1-12（a）所示为桥式触点，动触点为直动式，两个触点串联在电路中，
26、构成一个桥路，电路的接通与断开由两个触点共同完成，该结构灵敏度高，适于快速操作；图1-12（b）所示为指形触点，动触点为转动式，最大的优点是具有自清洁功能，接触点的压力大，电动稳定性好；图1-12（c）所示为盘形触点，动触点是直动式，电动稳定性好，该类触点在高压断路器中有广泛的应用。,1.3电器的触点系统,上一页,返回,1.3.5触点的磨损触点的磨损包括机械磨损和电气磨损两方面，其中电气磨损是引起触点损坏的主要原因，电气磨损是由于在通断过程中触点间放电作用，使触点材料及相邻的绝缘材料的力学性质和化学性质发生变化而引起的，电气磨损的程度取决于放电时间内流过触点间隙的电荷量的多少及触点材料的性质；
27、机械磨损是由于机械作用使触点材料发生磨损和消耗，机械磨损的程度取决于材料的性质、接触的压力和触点的接触方式等因素。合理选材是减小触点磨损的关键所在。电弧是一种气体放电现象，也就是气体导电，此时物质呈现出等离子态。,1.4电器的灭弧系统,上一页,下一页,返回,电弧的产生在开关断开的过程中，由于动触点的运动，使触点间的接触面积减小，电流密度增大，接触电阻增大，发热量增大，触点的温度急剧升高，为电子的发射创造了条件；同时由于触点刚分离时触点间间隙极小，触点间电压很低，但电场强度却很大，那么在触点的阴极表面就会向外发射电子，这种现象称为强电场发射或者称为热电子发射。,1.4电器的灭弧系统,上一页,下一
28、页,返回,在强电场和热发射共同作用下，触点间隙出现了自由电子，自由电子在电场力的作用下，加速向阳极运动。如果电场足够强，发射的电子具有足够的初动能，那么自由电子在运动过程中，撞击介质中的中性原子或小分子团，将其中的电子撞击出中性原子或小分子团，使之电离成正离子，这种现象称为碰撞游离。有的要经过二次撞击才能游离。由于碰撞游离的连锁反应，触点间充满了正离子和电子，触点间的电阻明显减小，间隙成了电流的通道，绝缘的触点间隙被击穿，形成了电弧。当然在触点间隙也同时存在正离子和自由电子的中和现象，即带电粒子的消失，这种现象叫去游离。去游离作用越大，则触点间的电阻就越大，形成的电弧就越弱，甚至于熄灭。,1.
29、4电器的灭弧系统,上一页,下一页,返回,电弧形成后，弧隙温度极高，处在高温下的中性介质会产生强烈的热运动，由于运动加剧，碰撞也不断增强，又有可能发生游离现象，这种因热运动引起的游离称为热游离。热游离也产生大量的自由电子和正离子，在电弧形成后，热游离是维持电弧稳定燃烧和电弧发展方向的关键，因为此时电压不需要很高，弧柱的电场强度也很低。同时还有其他的游离存在，如正离子在电场力的作用下，向阴极高速运动，撞击阴极使其表面产生二次电子发射；由于这种撞击作用，阴极温度升高，形成1 500的阴极斑，产生更多的热电子发射；形成电弧后，电弧辐射出频率很高的不可见光，当这些光照射到触点金属表面时，会产生光电效应，
30、电子从电极表面逸出；这些光线照射到介质上时，也可以使介质分子释放出电子而电离，这种游离称为光游离。,1.4电器的灭弧系统,上一页,下一页,返回,上述游离过程是使空间电荷增加的过程，去游离是使空间电荷减少的过程，如果游离大于去游离，则带电粒子不断增加，电弧就会产生和发展；若去游离大于游离，则带电粒子不断减少，最后触点间隙恢复成绝缘介质，电弧熄灭。,1.4电器的灭弧系统,上一页,下一页,返回,1.4.2电弧的分类和危害电弧按照电弧电流的性质，可分为直流电弧和交流电弧，直流电弧的电流大小和方向是不变的，相对比较稳定；交流电弧的电流是交变的，由于有电流过零状态，所以选择恰当时机比较容易熄灭。按照电弧的
31、长度，可分为长弧和短弧，长度为厘米级以上的电弧称为长弧，长弧需要较高的电压才能维持。长度为毫米级以下的电弧称为短弧，短弧只需要较低的电压就能维持。电弧在焊接、加热、航空、航天等诸多方面都有广泛的应用，但在电器中出现就是个有害现象。,1.4电器的灭弧系统,上一页,下一页,返回,电弧是一种明亮的气体放电，弧柱温度可达4 500以上，这样的高温足以使任何金属触点在瞬间熔化蒸发，烧毁触点及附近的其他部件；如果电弧长久不能熄灭，电流通过电弧继续流通，必然破坏开关设备，引起电气设备的损坏，如果长时间不能切除故障部分，还将危及整个系统的安全供电，造成生命财产的重大损失。,1.4电器的灭弧系统,上一页,下一页
32、,返回,1.4.3灭弧方法虽然电器灭弧方法多种多样，但基本原则相同，就是采取恰当措施减小游离作用，增大去游离作用。其主要方法有以下几种：（1）利用短弧原理，将长弧分割为若干短弧，降低电弧极间电压。将长弧分割成若干串联的短弧，由于所有短弧电阻之和比同长度的长弧电阻大得多，以达到熄灭电弧的目的。尤其是交流电弧在过零换向时，由于电子的质量远小于正离子的质量，电子能瞬间换向，而正离子却不能瞬间换向，在极短的时间内，气隙间将出现150250 V的介质绝缘强度，各短弧弧隙同时出现的这一介质绝缘强度更有利于电弧的熄灭。常采用的方法是栅片灭弧，如图1-13所示。,1.4电器的灭弧系统,上一页,下一页,返回,（
33、2）拉长电弧，增大极间距离。因为弧柱电压降与电弧长度成正比，电弧长度越大，电弧压降也越大，当电弧长度增加到一定程度时，电弧压降大于极间电压，电弧熄灭。常采用的方法有速断灭弧、多断口串联灭弧，如图1-14所示，图1-14（a）所示为速断灭弧，采用弹簧分闸装置，使触点迅速达到最大开距，以达到灭弧的目的；图1-14（b）所示为双断口串联灭弧，采用双断口串联后，把电弧分割成两个弧段，在相等的触点行程下，双断口比单断口的电弧拉长了，从而增大了弧隙电阻，加快了电弧熄灭，这种方法应用比较广泛，不仅适用于低压电器，同样也适用于高压电器，图中就是高压断路器的灭弧措施之一；图1-14（c）所示为多断口串联灭弧示意
34、图，可以把同步运动的多断口桥式触点串联起来使用，这种灭弧方法多用于低压电器中。,1.4电器的灭弧系统,上一页,下一页,返回,（3）吹弧，降低弧隙温度。温度对电弧的影响很大，降低弧隙温度就能加速去游离作用，而且介质的绝缘强度随温度的降低而增加。在灭弧装置中广泛采用吹动电弧的方法，降低弧隙温度，冷却电弧，熄灭电弧。常用的方法有磁吹灭弧和产气灭弧两种。磁吹灭弧的工作原理是：在触点电路中串入吹弧线圈，该线圈产生的磁场由导磁夹板引向触点周围，其方向由右手定则确定（图1-15中所示），触点间的电弧所产生的磁场，其方向为、所示。这两个磁场在弧柱下方方向相同（磁场加强），在弧柱上方方向相反（磁场减弱），所以弧
35、柱下方的磁场强于上方的磁场。在下方磁场作用下，电弧受力的方向为F所指的方向，在F的作用下，电弧被吹离触点，一方面把电弧拉长。,1.4电器的灭弧系统,上一页,返回,另一方面经引弧角将电弧引进灭弧罩，增大电弧与介质接触的表面积，快速冷却电弧，使电弧熄灭，如图1-15所示。灭弧罩是用陶土和石棉水泥制成的耐高温的灭弧装置，用以降温和隔弧，一般用在低压电器中。产气灭弧是利用气体吹动电弧，取代原弧隙间的游离气体或高温气体的作用，使离子扩散，去游离加强，同时高速的气体吹动电弧，可以使电弧冷却，以达到快速灭弧的目的。这种方法常用在高压断路器中，如油断路器、六氟化硫断路器等，在断路器中，常制成各种形式的灭弧室，
36、使气体产生较高的压力，高速地吹向电弧。吹弧的方式有横吹和纵吹，横吹不仅能降低弧温还能拉长电弧，灭弧效果较好，如图1-16（a）所示。纵吹主要是使电弧冷却，加大介质绝缘强度，如图1-16（b）所示。两种方式各有特点，还有不少断路器采用的是横纵混合吹弧的方式，灭弧效果更好。,图1-1 载流线圈受到的电动力,返回,（a）圆形线圈（b）矩形线圈,图1-2 载流平行导体受到的电动力,返回,（a）同方向电流（b）反方向电流,图1-3 电磁机构的典型机构形式,返回,（a）,（b）,（c）,（d）,图1-4 电磁机构,返回,（a）电流型,（b）电压型,图1-5 电磁式电器工作原理,返回,1-铁芯；2-线圈；3
37、-衔铁；4-动触点；5-触点弹簧；6-静触点；7-释放弹簧,图1-6 吸力特性与反力特性曲性,返回,1-直流电机构的吸力特性曲线；2-交流电磁机构的吸力性曲线；3-反力特性曲线,图1-7 电磁机构的吸合与复位,返回,（a）吸合,（b）复位,图1-8 交流电磁机构的吸力,返回,图1-9 短路环的作用,返回,（a）,（b）,图1-10 动合触点和动断触点的图形符号,返回,（a）动合触点（b）动断触点,图1-11 触点的接触形式,返回,（a）点接触；（b）线接触；（C）面接触；,图1-12 触点的结构形式,返回,（a）桥式触点；（b）指形触点；（c）盘形触点,图1-13 栅片灭弧,返回,图1-14 拉成电弧增大极间距离,返回,（a）速断灭弧；（b）双断口灭弧；（c）多断口串联灭弧,图1-15 磁吹灭弧示意图,返回,1-磁吹线圈；2-绝缘套；3-铁芯；4-引弧角；5-导磁夹板；6-灭弧眼；7-动触点；8-静触点,图1-16 吹弧方式示意图,返回,（a）横吹；（b）纵吹；,
