第4章矿山电气设备及其选择.ppt

主讲:唐轶第四章矿山电气设备及其选择第一节电气设备中的电弧问题及对开关的要求第二节矿用电气设备的防爆原理第三节矿井高压供电设备及其选择第四节井下低压配电设备及其选择第五节矿用电缆及其选择第一节电气设备的电弧问题及对开关要求一、电弧的特点(1)能量集中,温度高。电弧中心温度高达10000℃以上,电弧表面温度也可达3000℃~4000℃以上。→电弧高温造成触头表面金属的融化或烧蚀。→烧毁电气设备和导线电缆,引起火灾和爆炸事故。→强烈的弧光可能损伤人的视力,严重的可致人失明。(2)电弧是束游离的气体,质轻易变形。在油流、气流及电磁等外力作用下迅速发生变形、移动与伸长,在强磁场作用下速度可达300m/s。(3)电弧一旦产生,只需很低电压即可维持其继续燃烧而不会熄灭。,根本的原因在于触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子。当分断的触头之间存在足够大的外施电压的条件下,这些电子就有可能强烈电离而产生电弧。(1)热电发射当开关触头分断电流时,阴极表面由于大电流逐渐收缩集中而出现炽热的光斑,温度很高,因而使触头表面分子中外层电子吸收足够的热能而发射到触头的间隙中去,形成自由电子。(2)高电场发射开关触头分断之初,电场强度很大,高电场作用下,触头表面的电子可能被强拉出来,使之进入触头间隙,也形成自由电子。(3)碰撞游离当触头间隙存在着足够大的电场强度时,其中的自由电子以相当大的动能向阳极移动。在高速移动中碰撞到中性质点,就可能使中性质点中的电子游离出来,从而使中性质点变为带电的正离子和自由电子。这些被碰撞游离出来的带电质点在电场力的作用下,继续参加碰撞游离,结果使触头间介质中的离子数越来越多,形成“雪崩”现象。当离子浓度足够大时,介质击穿而发生电弧。(4)高温游离电弧的温度很高,表面温度达3000~4000℃,弧心温度可高达10000℃。在这样的高温下,电弧中的中性质点可游离为正离子和自由电子(据研究,一般气体在9000~10000℃时发生游离,而金属蒸气在4000℃左右即发生游离),从而进一步加强了电弧中的游离。触头越分开,电弧越大,高温游离也越显著。以上几种游离方式的综合作用使触头在带电开断时产生的电弧得以维持。三、,即其中离子消失的速率大于离子产生的速率。(1)正负带电质点的“复合”复合就是正负带电质点重新结合为中性质点。这与电弧中的电场强度、电弧温度及电弧截面等因素有关。电弧中的电场强度越弱,电弧的温度越低,电弧的截面越小,则带电质点的复合越强。此外,复合与电弧所接触的介质性质也有关系。如果电弧接触的表面为固体介质,则由于较活泼的电子先使介质表面带一负电位,带负电位的介质表面就吸引电弧中的正离子而造成强烈的复合。(2)正负带电质点的“扩散”扩散就是电弧中的带电质点向周围介质中扩散开去,从而使电弧中的带电质点减少。扩散的原因,一是由于电弧与周围介质的温度差,另一是由于电弧与周围介质的离子浓度差。扩散也与电弧截面有关。电弧截面越小,离子扩散也越强。上述带电质点的复合与扩散,都会使电弧中的离子数减少,使去游离增强,从而有助于电弧的熄灭。,而电流过零时,电弧将暂时熄灭,所以交流电弧每一个周期(2π电角度)要暂时熄灭两次,如图4-1所示。电弧熄灭的瞬间,弧隙温度骤降,高温游离终止,去游离(主要是复合)大大增强。这时弧隙虽然处于游离状态,但是阴极附近空间差不多立刻获得很高的绝缘强度。随后弧隙的电场强度又可能使之击穿,使电弧复燃。但是由于触头的迅速断开,电场强度的迅速降低,一般交流电弧经过若干周期的熄灭、复燃的反复,最终完全熄灭。因此交流电弧的熄灭,可利用交流电流过零时电弧要暂时熄灭这一特性,来加速电弧的熄灭。低压开关的交流电弧显然是比较容易熄灭的。具有较完善灭弧结构的高压断路器,交流电弧的熄灭一般为几个周期;而真空断路器灭弧只需半个周期,即电流第一次过零时就能使电弧熄灭。图4-(1)速拉灭弧法(2)冷却灭弧法(3)吹弧灭弧法(4)长弧切短灭弧法(5)粗弧分细灭弧法(6)狭沟灭弧法(7)真空灭弧法(8)六***化硫(SF6),触头必须满足下列基本要求:(1)满足正常负荷的发热要求(2)具有足够的机械强度(3)具有足够的动稳定度和热稳定度(4)具有足够的断流能力