上海交通大学：《电气工程基础》精品课程教学资源（课件讲稿）第六章 开关电器

第六章 开关电器

教学要求 掌握电弧的形成及熄灭条件 熟悉电弧形成的物理过程、特性 。掌握直流电弧及交流电弧的特性及熄灭条件 ·掌握开关电器常用的熄弧方法 。掌握断路器及隔离开关的功能、类型及基本参数 2

2  掌握电弧的形成及熄灭条件  熟悉电弧形成的物理过程、特性  掌握直流电弧及交流电弧的特性及熄灭条件  掌握开关电器常用的熄弧方法  掌握断路器及隔离开关的功能、类型及基本参数

主要电气一次设备简介 (直接与发配电电路相连接的设备) 进行能量转换的设备： 电机G、变压器T、电动 连接电路的导体：，控制 机 电缆、小母线、连接线 接通和开断电路的开关设 ·限制电流和防止过电压 备：断路器OF、隔离开关 的设备：电抗器、避雷 QS、熔断器FU、负荷开关 。接地装置 3

3  进行能量转换的设备： 发电机G、变压器T、电动 机  接通和开断电路的开关设 备：断路器QF、隔离开关 QS、熔断器FU、负荷开关  连接电路的导体：控制 电缆、小母线、连接线  限制电流和防止过电压 的设备：电抗器、避雷 器  接地装置

主要电气二次设备简介 (对一次设备、其它设备的工作进行监测和控制保护 的设备) ·用于反映不正常工作状态：继电器、信号装置 测量电气参数的设备：仪表、示波器、录波器 。控制及自动装置：控制开关， 同期及自动装置 。交换电路电气量，隔离高压的设备：电压互感器 PT、电流互感器CT 4

4  用于反映不正常工作状态：继电器、信号装置  测量电气参数的设备：仪表、示波器、录波器  控制及自动装置：控制开关，同期及自动装置  交换电路电气量，隔离高压的设备：电压互感器 PT、电流互感器CT

主要内容 ·灭弧原理 ·高压断路器 ·隔离开关 ·高压负荷开关高压熔断器

 灭弧原理  高压断路器  隔离开关  高压负荷开关高压熔断器

灭孤原理 。1、电弧中带电质点的产生 当切断路瞬间，动静触头间出现弧光放电 是由于其间的介质迅速游离，存在着一定浓度的 带电质点，即带正电荷的离子和带负电荷的电子。 触头间电弧燃烧的区域称为弧隙。弧隙中带电 质点不断增多的游离过程可以由各种不同途径发 生：(1)强电场发射；(2)碰撞游离；(3)热 游离；(4)热电子发射

 1、电弧中带电质点的产生 当切断路瞬间，动静触头间出现弧光放电， 是由于其间的介质迅速游离，存在着一定浓度的 带电质点，即带正电荷的离子和带负电荷的电子。 触头间电弧燃烧的区域称为弧隙。弧隙中带电 质点不断增多的游离过程可以由各种不同途径发 生：（1）强电场发射；（2）碰撞游离；（3）热 游离；（4）热电子发射

灭孤原理 强电场发射 在断路器触头分开的最初瞬间，触头电极的表 面受到外加电压所形成的强电场的作用，金属电极 表面的电子就会在电场力的作用下被拉出，即发生 了所谓强电场发射。金属表面发射电子的数量决定 于极间电场强度的高低。当电场强度超过1oV/cm 时，即使金属表面温度不高，其电子发射量也会显 著增加

强电场发射 在断路器触头分开的最初瞬间，触头电极的表 面受到外加电压所形成的强电场的作用，金属电极 表面的电子就会在电场力的作用下被拉出，即发生 了所谓强电场发射。金属表面发射电子的数量决定 于极间电场强度的高低。当电场强度超过107V/cm 时，即使金属表面温度不高，其电子发射量也会显 著增加

灭孤原理 ·碰撞游离 当有一定强动能的电子撞击到某种气体的中性质点 时，可使其间电子被释放出来，游离成正离子和新的自 由电子。被撞击的电子和原来的电子又会在电场作用下 向阳极作加速运动，获得足够动能后，又将撞击其它中 性质点，产生更多的自由电子和正离子，使带电质点浓 度迅速增加。这一游离过程即称为碰撞游离

碰撞游离 当有一定强动能的电子撞击到某种气体的中性质点 时，可使其间电子被释放出来，游离成正离子和新的自 由电子。被撞击的电子和原来的电子又会在电场作用下 向阳极作加速运动，获得足够动能后，又将撞击其它中 性质点，产生更多的自由电子和正离子，使带电质点浓 度迅速增加。这一游离过程即称为碰撞游离

灭弧原理 ·热游离 在高温下，气体分子和原子热运动加快，它们互 相碰撞，在温度足够高时会撞击产生离子和自由电子， 这种现象称为热游离

热游离 在高温下，气体分子和原子热运动加快，它们互 相碰撞，在温度足够高时会撞击产生离子和自由电子， 这种现象称为热游离

灭弧原理 ·热电子发射 在弧光放电过程中，电极表面少数点上有局部较集 中的电流，同时因开关触头分离后，触头间接触压力 及接触面积逐渐减小，接触电阻也随之增加，会使电 极表面有相应高温，从而造成其中的电子获得很大的 动能后逸出到周围空间。这种现象称为热电子发射， 其强弱程度与阴极的材料及表面温度有关，是气体介 质中带电质点产生的主要原因之一

热电子发射 在弧光放电过程中，电极表面少数点上有局部较集 中的电流，同时因开关触头分离后，触头间接触压力 及接触面积逐渐减小，接触电阻也随之增加，会使电 极表面有相应高温，从而造成其中的电子获得很大的 动能后逸出到周围空间。这种现象称为热电子发射， 其强弱程度与阴极的材料及表面温度有关，是气体介 质中带电质点产生的主要原因之一