试论开关电器的灭弧条件和措施

图1　　　　　　　　图3

图2

　　稳定燃弧可借电弧的伏安特性与电路的电阻特性的交点，即对应于电流I₁和I₂的交点1、2表示。电弧的运动极其剧烈，故其电流和电阻均非恒值，其值总是与平均值有偏差，而且一直在改变着。设电路工作于交点1，当i＞I₁时，由方程(2)得U-iR-U_h=L＜0，即电感电压降为负值，i将降到I₁；当i＜I₁时，又得U-iR-U_h=L＞0，电感电压降为正值，尽管电感电动势对电流变化(增大)起阻滞作用，电流仍将回升到I₁。因为在i增大的同时U_h在降低，且其降低之值大于自感电动势增大之值。因此，交点1是稳定燃弧点，不论电流是朝增大或减小的方向偏离I₁，它终将回到I₁。如果电路工作于交点2，则当i＞I₂时，L＞0，电流将继续增大，燃弧状态过渡到点1；当i＜I₂时，L＜0，电流继续减小到零，电弧熄灭。因此，点2是非稳定燃弧点。
　　由此可见，不论电流值如何，为了熄灭电弧，必须满足不等式
　　U_h＞U-iR或U_h+iR＞U

(3)

　　这只有当电弧伏安特性(图2)与电路的电阻特性无公共点时方属可能。若此二特性相切(图3)，不等式(3)在切点不能得到满足(电流i＜I时，电弧熄灭；i＞I时，电流将返回到I，即在切点虽不能稳定燃弧，但电弧能燃烧)。
2.2　电器的灭弧措施
　　在触头分断过程中，电弧伏安特性总是与电路的电阻特性相交，故不等式(3)和熄弧要借下列措施来保证。
　　第一条措施是增大电路电阻特性的斜率(在开关电器中尚未得到应用)，实现这一措施有下列途径。
　　(1)有触点控制。采用有触点控制元件在数十毫秒的灭弧时间内在电路中串入足够大的电阻。显然，这是极其困难的。
　　(2)无触点控制。可考虑用晶闸管串联在电路中，在触头分断的同时，使晶闸管关断。这样可实现无弧分断或在极短的时间内熄灭电弧。这一途径有待研究，若在技术上可靠经济上合理，开关电器制造业将会出现一次飞跃和革命。
　　第二条措施是使电弧伏安特性恒在电路电阻特性之上(在开关电器灭弧系统中得到广泛应用)。这意味着电弧电阻或电弧电压降的增大，也即游离过程的增强。实现这一措施有下列途径。
　　(1)增大近极电压降。主要方法是把电弧分隔为许多串联短弧。若利用金属片将长弧切成若干短弧，则电弧上的电压降将近似增大若干倍，当U_h＞U-iR时，电弧就不能维持燃烧而迅速熄灭。
　　(2)增大弧柱电压的顺轴梯度。主要方法是加强对电弧的冷却。具体方法有：迅速拉长电弧；让电弧在固体介质所形成的狭沟中燃烧；利用外力吹动电弧；将粗大的电弧分成若干平行的细小电弧。上述具体方法除能达到增大电弧冷却面积，加强热交换，加速电弧的冷却，实现增大弧柱电压的顺轴梯度的目的外，还因电弧冷却了能使触头温度下降，从而又可达到增大近极电压降的目的。
　　(3)增大电弧长度。主要方法是增大触头的开距；利用外力吹动(拉长)电弧。
　　(4)改善灭弧介质，增大弧隙间的电绝缘强度。

3　结语
　　在现代的开关电器中，常常根据具体情况综合利用第二条措施的四条途径来达到迅速灭弧的目的。

作者简介：李云新(1958-)，男，湖南攸县人，讲师，现从事教学工作。

作者单位:湖南工业学校，湖南 湘潭 411100