滅弧裝置

當電源電壓超過數十伏、開斷電流在數十安以上時，為減少電弧對觸頭的燒損和限制電弧擴展的空間，通常需要採取加強滅弧能力的措施，為此而採用的裝置稱為滅弧裝置。

基本介紹

• 中文名：滅弧裝置
• 外文名：arc-control device
• 類型：熄滅的裝置
• 產生電弧原因：大量可被游離的電子

電弧的危害

1.電弧的存在延長了開關電器開斷故障電路的時間，加重了電力系統短路故障的危害。

2.電弧產生的高溫，將使觸頭表面融化和蒸化，燒壞絕緣材料。對充油電氣設備還可能引起著火、爆炸等危險。

3.由於電弧在電動力、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。

滅弧方法

一個滅弧裝置可以採用某一種方法進行熄弧。但在大多數情況下，則是綜合採用幾種方法，以增加滅弧效果。例如拉長和冷卻電弧往往是一起運用的。

1.拉長電弧

電弧拉長以後，電弧電壓就增大，改變了電弧的伏安特性。在直流電弧中，其靜伏安特性上移，電弧可以熄滅。在交流電弧中，由於燃弧電壓的提高，電弧重燃困難。電弧的拉長可以沿電弧的軸向(縱向)拉長，也可以沿垂直於電弧軸向(橫向)拉長。

（1）機械力拉長：電弧沿軸向拉長的情況是很多的，電器觸頭分斷過程實際上就是將電弧不斷地拉長。刀開關中閘刀的拉開也拉長電弧，電焊過程中將焊鉗提高可使電弧拉長並熄滅。

（2）迴路電動力拉長：載流導體之間會產生電動力，如果把電弧看作為一根軟導體，那么受到電動力它就會發生變形，即拉長。

因利用迴路本身滅弧的電動力不夠大，電弧拉長和運動的速度都較小，所以這種方法一般僅用於小容量的電器中。開斷大電流時，為了有較大的電動力而專門設定了一個產生磁場的吹弧線圈，這種利用磁場力使電弧運動而熄滅的方法稱為磁吹滅弧。

2. 滅弧罩

滅弧罩是讓電弧與固體介質相接觸，降低電弧溫度，從而加速電弧熄滅的比較常用的裝置。其結構型式是多種多樣的，但其基本構成單元為“縫”。我們將滅弧罩壁與壁之間構成的間隙稱作“縫”。根據縫的數量可分為單縫和多縫。根據縫的寬度與電弧直徑之比可分為窄縫與寬縫。縫的寬度小於電弧直徑的稱窄縫，反之，大於電弧直徑的稱寬縫。根據縫的軸線與電弧軸線間的相對位置關係可分為縱縫與橫縫。縫的軸線和電弧軸線相平行的稱為縱縫，兩者相垂直的則稱為橫縫。

圖1縱向窄縫式滅弧罩

（1）縱縫滅弧罩

圖1所示為一縱向窄縫的滅弧情況，當電弧受力被拉入窄縫後，電弧與縫壁能緊密接觸。在繼續受力情況下，電弧在移動過程中能不斷改變與縫壁接觸的部位，因而冷卻效果好，對熄弧有利。但是在頻繁開斷電流時，縫內殘餘的游離氣體不易排出，這對熄弧不利。所以此種形式適用於操作頻率不高的場合。

圖2所示為一縱向寬縫的滅弧情況，寬縫滅弧罩的特點與窄縫的正好相反，冷卻效果差，但排出殘餘游離氣體的性能好。圖2中所示情況是將一寬縫中又設定了若干絕緣隔板，這樣就形成了縱向多縫。電弧進入滅弧罩後，被隔板分成兩個直徑較原來小的電弧，並和縫壁接觸而冷卻，冷卻效果加強，熄弧性能提高。此外，由於縫較寬，熄弧後殘存的游離氣體容易排出，所以這種結構型式適用於較頻繁開斷的場合。

圖2縱向寬縫式滅弧罩

縱向曲縫式滅弧罩。縱向曲縫式又稱迷宮式，它的縫壁製成凹凸相間的齒狀，上下齒相互錯開。同時，在電弧進入處齒長較短，愈往深處，齒長愈長。當電弧受到外力作用從下向上進入滅弧罩的過程中，它不僅與縫壁接觸面積越來越大，而且長度也愈來愈長。這就加強了冷卻作用，具有很強的滅弧能力。但是，也正因為縫隙愈往深處愈小，電弧在縫內運動時受到的阻力愈來愈大。所以，這種結構的滅弧罩，一定要配合以較大的讓電弧運動的力。否則，其滅弧效果反而不好。

（2）橫縫滅弧罩

圖3橫向絕緣柵片式滅弧罩

為了加強冷卻效果，橫縫滅弧罩往往以多縫的結構型式使用，也就是稱為橫向絕緣柵片，如圖3所示。當電弧進入滅弧罩後，受到絕緣柵片的阻擋，電弧在外力作用下便發生彎曲，從而拉長了電弧，並加強了冷卻。為了分析電弧與絕緣柵片接觸時的情況，以圖4來放大說明：設磁通方向為垂直向里，電弧AB、BC和CD段所受的電動力都使電弧壓向絕緣棚片頂部，而DE段所受的電動力使電弧拉長，CD段和EF段相互作用產生斥力。這樣一些力的作用，使電弧拉長並與縫壁接觸面增大而且緊密，所以能收到比較好的滅弧效果。

由於滅弧罩要受電弧高溫的作用，所以對滅弧罩的材料也有一定的要求，如：受電弧高溫作用不會因熱變形、絕緣性能不能下降，機械強度好且易加工製造等。滅弧罩材料過去廣泛採用石棉水泥和陶土材料，逐漸改為採用耐弧陶瓷和耐弧塑膠，它們在耐弧性能與機械強度方面都有所提高。

圖4電弧在橫向絕緣柵片滅弧罩中的放大圖

3. 油冷滅弧裝置

油冷滅弧是將電弧置於液體介質(一般為變壓器油)中，電弧將油汽化、分解而形成油氣。油氣中主要成分是氫，在油中以氣泡的形式包圍電弧。氫氣具有很高的導熱係數，這就使電弧的熱量容易散發。另外，由於存在著溫度差，所以氣泡產生運動，又進一步加強了電弧的冷卻。若再要提高其滅弧效果，可在油箱中加設一定機構，使電弧定向發生運動，這就是油吹滅弧。由於電弧在油中滅弧能力比大氣中拉長電弧大得多，所以這種方法一般用於高壓電器中，如油開關。

4. 氣吹滅弧裝置

氣吹滅弧是利用壓縮空氣來熄滅電弧的。壓縮空氣作用於電弧，可以很好地冷卻電弧、提高電弧區的壓力、很快帶走殘餘的游離氣體，所以有較高的滅弧性能。按照氣流吹弧的方向，它可以分為橫吹和縱吹兩類。橫吹滅弧裝置的絕緣件結構複雜，電流小時橫吹過強會引起很高的過電壓，故已被淘汰。圖5表示了縱吹(徑向吹)的一種形式。壓縮空氣沿電弧徑向吹入，然後通過動觸頭的噴口、內孔向大氣排出，電弧的弧根能很快被吹離觸頭表面，因而觸頭接觸表面不易燒損。因為壓縮空氣的壓力與電弧本身無關，所以使用氣吹滅弧時要注意熄滅小電流電弧時容易引起過電壓。由於氣吹滅弧的滅弧能力較強，故一般運用在高壓電器中，例如韶山系列機車的空氣斷路器（主斷路器）。

圖5氣吹滅弧裝置

5. 橫向金屬柵片滅弧

橫向金屬柵片又稱去離子柵，它利用的是短弧滅弧原理。用磁性材料的金屬片置於電弧中，將電弧分成若干短弧，利用交流電弧的近陰極效應和直流電弧的近極壓降來達到熄滅電弧的目的。

橫向金屬柵片滅弧裝置主要用於交流電器，因為它可將起始介質強度成倍的增長。對於直流電弧而言，因無近陰極效應，只能靠成倍提高極旁壓降來進行滅弧。由於極旁壓降值較小，要想達到較好的滅弧效果，金屬柵片的數量太大，會造成滅弧裝置體積龐大。所以直流電器中很少採用。

6. 真空滅弧裝置

真空滅弧是使觸頭電弧的產生和熄滅在真空中進行，它是依據零點熄弧原理，以真空為熄弧介質工作的。

在真空中氣體很稀薄，電子的自由行程遠大於觸頭間的距離。當真空度為10汞柱時，電子的自由行程達43m。自由電子在弧隙中作定向運動時幾乎不會和氣體分子或原子相碰撞，不會產生碰撞游離。所以將觸頭置於真空中斷開時產生的電弧則是由於陰極發射電子和產生的金屬蒸氣被電離而形成的。當電弧電流接近零時，陰極發射的電子和金屬蒸氣減少，弧隙中殘留的金屬蒸氣和電漿向周圍真空迅速擴散。這樣，弧隙可以在數微秒之內由導電狀態恢復到真空間隙的絕緣水平。因此，在真空中觸頭有很高的介質恢復速度、絕緣能力和分斷電流的能力。

真空電弧按其電流的大小可分為擴散弧和收縮弧兩種。擴散弧的電流較小(幾百至幾千安培)，此時電弧分裂為許多並聯的支弧。每一支弧有自己的陰極斑點和弧柱，陰極斑點互相排斥且均勻分布在陰極上。在電磁場的作用下陰極斑點不斷地沿左旋方向運動，觸頭表面的平均溫度較低且分布均勻。陽極此時不存在陽極斑點。陰極斑點既發射電子又產生金屬蒸氣。當電流接近於零值時，最終只剩下一個斑點。電流過零時，電弧自行熄滅。當擴散弧的電流增加到足夠大時，陰極斑點相互聚成一團，運動速度很小甚至不再運動。陰極表面不但產生大量的金屬蒸氣，而且有一部分金屬直接以顆粒或液滴的形式向弧隙噴射。陽極此時也出現熾熱的陽極斑點且蒸發和噴射一定數量的金屬，觸頭的電磨損迅速增加。當真空滅弧裝置中出現收縮弧後，就不能再開斷電路。電弧由擴散弧轉變為收縮弧的電流，也就是該真空滅弧裝置的極限開斷電流，它隨觸頭材料和直徑大小而不同。

在開斷交流電路時，當被開斷的電流減小到某一數值時，擴散弧會發生電流突然被截斷的現象，稱之為截流。這樣，在開斷感性負載電流時，弧隙上將產生很高的過電壓，這是使用真空滅弧裝置應注意的問題。

輔助方法

為了增加滅弧裝置的開斷能力，通常可以採用下列輔助方法：

1.在弧隙兩端並聯電阻；

2.附加同步開斷裝置；

3.附加晶閘管裝置；