開關(guān)電氣設(shè)備中電弧的形成和滅弧探討

譚慧琳

（上海西門子開關(guān)有限公司，上海 200245）

目前，電力行業(yè)發(fā)展過(guò)程中內(nèi)部電氣設(shè)備也變得越來(lái)越多，而很多電氣設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)面臨著一些問(wèn)題，其中電弧是較常見的一個(gè)問(wèn)題，我們可以將其理解為是電流通過(guò)某種絕緣介質(zhì)過(guò)程中所產(chǎn)生的瞬間火花，而這種火花也會(huì)帶來(lái)很多危害，所以作為領(lǐng)導(dǎo)人員應(yīng)制定可行的方案進(jìn)行滅弧處理，這樣可以降低電弧對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行所帶來(lái)的影響，進(jìn)而保證開關(guān)電氣設(shè)備處于安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，這對(duì)于其他經(jīng)濟(jì)活動(dòng)發(fā)展也至關(guān)重要。

1 開關(guān)電氣設(shè)備中電弧的形成

數(shù)據(jù)表明，很多開關(guān)電氣設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)存在一些問(wèn)題，而電弧也是較常見的一個(gè)問(wèn)題，電弧形成的原因，我們可以從以下方面分析：（1）在開關(guān)過(guò)程中，動(dòng)觸頭會(huì)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這會(huì)不斷增大電流密度，不斷減小動(dòng)、靜觸頭間的接觸面，而且，由于觸頭剛分離，動(dòng)、靜觸頭間隙小，電磁場(chǎng)強(qiáng)度較高，金屬表面電子會(huì)在電場(chǎng)作用下，使得表面不斷有金屬飛出，進(jìn)而場(chǎng)致發(fā)射，而負(fù)極有大量的正離子運(yùn)動(dòng)，開關(guān)觸頭間隙形成電流通道，進(jìn)而形成電弧。比如，內(nèi)部有著大量的電子與離子，一旦開關(guān)電氣出現(xiàn)電弧現(xiàn)象，就會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備受到嚴(yán)重的影響，從而引發(fā)安全事故等問(wèn)題。（2）電弧的產(chǎn)生，也會(huì)致使斷開電路時(shí)間被延長(zhǎng)，所以我們要制定可行方案去避免電弧，進(jìn)而確保開關(guān)電氣設(shè)備能夠正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 開關(guān)電氣設(shè)備中滅弧的方法

2.1 真空滅弧

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體系的發(fā)展，電力行業(yè)發(fā)展規(guī)模也在逐步擴(kuò)大，而開關(guān)電氣設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，比如出現(xiàn)電弧，這會(huì)損壞機(jī)械設(shè)備。其中真空滅弧是常使用到的一個(gè)方法，首先，此方法能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供很多便捷，它主要是利用在真空狀態(tài)下的高絕緣性能，進(jìn)一步降低滅弧對(duì)開關(guān)電氣設(shè)備所造成的影響，確保設(shè)備處于一個(gè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。其次，工作人員也要結(jié)合實(shí)際狀況采取有效措施去避免電弧的出現(xiàn)，更要掌握滅弧的原理，這樣才能夠發(fā)揮真空滅弧方式方法的價(jià)值與作用，且有效降低電弧所帶來(lái)的危害，而ZKTD型真空開關(guān)，其外殼為絕緣體，其介質(zhì)為真空滅弧，具有耐壓高、體積小觸頭免維修、使用期限長(zhǎng)、分?jǐn)嗄芰?qiáng)的特點(diǎn)，其電弧不外露，因此更加安全，可以將其用在配電控制環(huán)節(jié)，將其裝成高低壓交流真空斷路器和高低壓交流真空接觸器，并組成真空隔爆開關(guān)。所以我們要靈活利用真空滅弧方法解決問(wèn)題，進(jìn)而有效延長(zhǎng)開關(guān)設(shè)備的使用壽命。

2.2 電負(fù)性氣體滅弧

電負(fù)性氣體滅弧，也是常見的一種滅弧方法，因?yàn)榇蟛糠珠_關(guān)電氣設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中都會(huì)面臨電弧的危害，所以相關(guān)工作人員可以通過(guò)采用電負(fù)性氣體滅弧方法來(lái)規(guī)避問(wèn)題的出現(xiàn)。其中常見的SF6氣體斷路器被應(yīng)用在開關(guān)電氣設(shè)備中，此方法可以保護(hù)電氣設(shè)備處于一個(gè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，因?yàn)殡娯?fù)性氣體滅弧具有很多的優(yōu)勢(shì)，比如，此斷路器主要是以SF6氣體為主要介質(zhì)，他也是一種電子復(fù)合型能力較強(qiáng)的物質(zhì)，由于其具有較高的耐電強(qiáng)度，相比敞開式電氣裝置，SF6空間占有率較低，且SF6是一種電負(fù)性氣體，其電弧中的正離子與氣體中的負(fù)離子相結(jié)合，可以減少電弧中帶電粒子，以此能夠恢復(fù)絕緣達(dá)到迅速滅弧的效果。

2.3 吹弧滅弧

除了上述方法，可以解決開關(guān)電氣設(shè)備過(guò)程中所產(chǎn)生的電弧外，吹弧滅弧也是一種常見的方法，該方法也比較實(shí)用。它主要是利用外力的作用拉長(zhǎng)電弧，進(jìn)而降低電弧對(duì)開關(guān)電氣設(shè)備所帶來(lái)的影響。其中常用的滅弧方法有很多種，比如，橫吹法、中吹法，這些方法都發(fā)揮著不同的作用，這就需要結(jié)合開關(guān)電氣設(shè)備實(shí)際問(wèn)題去靈活選擇，這樣才能夠發(fā)揮吹弧滅弧法價(jià)值，且降低開關(guān)電氣設(shè)備產(chǎn)生電弧概率。其原理為，當(dāng)電力回路被開關(guān)的觸頭分類切斷后，電弧會(huì)在觸頭間產(chǎn)生，若電弧存在，不但不會(huì)切斷電路，更會(huì)燒毀觸頭表面，而將滅弧措施應(yīng)用在各種開關(guān)中，橫向或縱向氣體會(huì)吹動(dòng)電弧，能夠拉長(zhǎng)電弧氣流，這種方式即滅弧，它在高壓開關(guān)中被廣泛應(yīng)用。

2.4 冷卻滅弧

冷卻滅弧，目前也適用于開關(guān)電氣設(shè)備管理中，它能夠有效地降低電弧的發(fā)生概率，而冷卻滅弧法主要是指，以絕緣油為主要介質(zhì)的一種滅弧方法。首先，為了避免電弧的產(chǎn)生，工作人員更加需要結(jié)合實(shí)際狀況積極使用冷卻滅弧方法，進(jìn)一步降低電弧發(fā)生的概率，冷卻滅弧的原理在于降低溫度，增強(qiáng)離子的擴(kuò)散和復(fù)合。其次，冷卻滅弧法的應(yīng)用，還能夠?yàn)楦骷?jí)工作人員工作提供便捷，因?yàn)榇朔椒梢杂行p弱觸頭之間的電場(chǎng)，同時(shí)也可以起到降溫的作用，進(jìn)一步避免游離過(guò)程發(fā)生的概率，切合實(shí)際的保障開關(guān)電源設(shè)備處于安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，且為現(xiàn)代行業(yè)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持。最后，通過(guò)冷卻介質(zhì)也可以降低電弧溫度，它是通過(guò)低壓熔斷器的滅弧細(xì)沙，冷卻電弧溫度，直到完全將溫度降低。

2.5 利用金屬滅弧

要想有效解決開關(guān)電氣設(shè)備中電弧問(wèn)題，工作人員也可以利用金屬進(jìn)行滅弧處理。比如，可以通過(guò)利用磁性物質(zhì)制成金屬滅弧柵，當(dāng)開關(guān)電氣設(shè)備出現(xiàn)電弧過(guò)程中，工作人員就可以利用金屬滅弧柵去降低電弧的產(chǎn)生。同時(shí)，我們也可以采用其他新介質(zhì)來(lái)達(dá)到滅弧的效果。比如，常用的介質(zhì)有SF6，它是六氟化硫的簡(jiǎn)稱，能夠有效保障開關(guān)電氣設(shè)備的安全性與穩(wěn)定性，因?yàn)殡娀〉漠a(chǎn)生原因本身就有很多，而它所帶來(lái)的危害和影響也是比較大的。同時(shí)，也可以采用熱容量大、導(dǎo)熱系數(shù)高、熔點(diǎn)高的耐高溫金屬作為觸頭，進(jìn)而使得電弧中的金屬蒸汽及熱電子發(fā)射減少，進(jìn)而對(duì)游離進(jìn)行抑制。而且，采用的金屬觸頭材料也能夠提高抗熔焊能力。

2.6 加裝電阻滅弧

電弧是一團(tuán)呈現(xiàn)離子狀態(tài)的高溫氣體，由于越大的電流流過(guò)電弧，就會(huì)使電弧的溫度不斷升高，這說(shuō)明電弧具有負(fù)阻性。在交流電過(guò)零的情況下，電弧會(huì)熄滅，且不會(huì)立即燃燒，而電壓足夠高的情況下，才會(huì)導(dǎo)致電弧燃燒，所以，可以將一個(gè)電阻輔助觸頭在主弧隙并聯(lián)，而接觸頭間也會(huì)有電弧出現(xiàn)，由于主弧隙電流減小，勢(shì)必電弧電壓會(huì)上升，自然電弧的溫度就會(huì)降低，在電阻適當(dāng)?shù)那闆r下，就會(huì)破壞電弧的穩(wěn)定性，使得電弧自然熄滅，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)直流線路會(huì)在斷路器開斷的情況下熄弧。此外，在無(wú)須配套輔助觸頭的情況下，將一只電阻在主弧隙并聯(lián)，也可以確保電弧電流減小，從而實(shí)現(xiàn)滅弧。

2.7 其他方法

首先，為了將電弧有效地熄滅，我們還可以通過(guò)其他方法進(jìn)行處理。比如，工作人員可以采用如速斷滅弧的方法，該方法的應(yīng)用可以使電場(chǎng)強(qiáng)度被削減，而游離過(guò)程同樣也會(huì)被減弱，這不僅可以有效地將電弧熄滅，更能夠起到保護(hù)開關(guān)電氣設(shè)備的一個(gè)作用。其次，工作人員也可以采用夾溝滅弧的方法，這種方法也能夠獲得令人滿意的滅弧效果，它主要是指使用石英砂熔斷器等迅速冷卻法，以此達(dá)到將電弧熄滅的效果，進(jìn)一步保障開關(guān)電氣設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)也能夠保障電路供應(yīng)的安全性。再次，還可以利用電磁吹弧的方式滅弧，在電磁力的作用下，電弧會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，這是一種電磁吹弧現(xiàn)象，在周圍介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)的電弧能夠起到與氣吹相同的效果，進(jìn)而可以熄弧，而在抵押開關(guān)電器中，此種方法使用更為廣泛。最后，也可以通過(guò)多斷口進(jìn)行滅弧，由于高壓斷路器是由兩個(gè)及兩個(gè)以上斷口進(jìn)行串聯(lián)，使得每一斷口的電壓承受能力降低，也加快了觸頭分段速度，拉長(zhǎng)了電弧，因此有利于滅弧。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，很多開關(guān)電氣設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)產(chǎn)生電弧，而電弧的形成也會(huì)對(duì)電氣設(shè)備造成諸多影響，所以管理人員還應(yīng)采用多種方法來(lái)將電弧進(jìn)行熄滅，這樣一來(lái)，才能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)開關(guān)電氣設(shè)備的目的，也能夠?yàn)楝F(xiàn)代人生活提供更加安全可靠的電力資源，最重要的目的是能夠?qū)崿F(xiàn)延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的目的，從而帶動(dòng)行業(yè)朝著更好的方向可持續(xù)發(fā)展。