礦井生產(chǎn)中,安全永遠(yuǎn)是第一位的,作為大功率用電設(shè)備,礦用風(fēng)機(jī)或防爆電機(jī)都很有可能產(chǎn)生電弧,引發(fā)生產(chǎn)危險(xiǎn),所以我們很有必要對(duì)電弧的產(chǎn)生和防范有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)。
在大氣中開(kāi)端電路時(shí),如果電源電壓超過(guò)12-20V,被開(kāi)斷的電流超過(guò)0.25-1A,在觸頭間隙(弧隙)中會(huì)產(chǎn)生一團(tuán)溫度極高、發(fā)出強(qiáng)光和能導(dǎo)電的近似于圓柱形的氣體,稱為電弧。在開(kāi)關(guān)電器的觸頭間發(fā)生電弧時(shí),他能燒損觸頭并危及絕緣,在最嚴(yán)重情況下甚至可能引起相間短路,或使開(kāi)關(guān)電器爆炸,形成火災(zāi)。
熄滅電弧的基本原理總起來(lái)說(shuō)不外乎增強(qiáng)弧隙的去游離作用及減小過(guò)電壓(如在交流電流過(guò)零時(shí)減小弧隙瞬態(tài)恢復(fù)電壓的恢復(fù)速率及幅值,在直流電弧熄滅時(shí)不采用過(guò)于強(qiáng)烈的去游離方式等)。根據(jù)上述原理,一般采取的熄弧方法如下:
1.拉長(zhǎng)電弧 如在大氣中分開(kāi)觸頭將電弧拉長(zhǎng),使電弧冷卻而熄滅?;蛘呃脤?dǎo)電回路的磁場(chǎng)產(chǎn)生的電動(dòng)力拉長(zhǎng)電弧,或者利用磁吹線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng),使電弧受電動(dòng)力而被拉長(zhǎng)。
2.縱縫滅弧 利用磁吹線圈將電弧吹入用耐弧絕緣材料(耐弧塑料或陶瓷)制成的具有縱向縫隙的滅弧室中。縱縫與電弧接觸具有冷卻作用并可以產(chǎn)生表面復(fù)合作用。
3.金屬柵片(去離子?xùn)牛缁?/strong> 利用柵片(鐵板鍍鋅)對(duì)電弧的吸引作用及磁吹線圈的作用將電弧引入柵片中,柵片將電弧分割成許多串聯(lián)的短弧。
柵片滅弧方法既適用于熄滅直流電弧,也適用于熄滅交流電弧。 因?yàn)槊?mdash;個(gè)短電弧都有陽(yáng)極壓降與陰極壓降,其和為20-24V左右,當(dāng)熄滅直流電弧時(shí),只要被開(kāi)斷的電壓小于各柵片引起的總的近極壓降,電弧就熄滅了。柵片滅弧目前廣泛用于低壓開(kāi)關(guān)電器中,其主要缺點(diǎn)為柵片中電阻、磁滯和渦流引起損耗,滅弧室溫度容易升高,從而引起滅弧條件惡化,因此不適用于過(guò)分頻繁操作的場(chǎng)所。
4.固體產(chǎn)氣滅弧及利用石英砂滅弧 我們知道,某些固體絕緣材料如鋼紙板(反白板)、有機(jī)玻璃等,在電弧作用下會(huì)氣化。如低壓密封式熔斷器具有鋼紙管內(nèi)壁,當(dāng)熔體在短路電流作用下熔化、蒸發(fā)并產(chǎn)生電弧后,電弧使鋼紙管內(nèi)壁分解,產(chǎn)生大量氣體(主要成分為氫及其化合物),使管內(nèi)壓力迅速升高,即利用提高介質(zhì)氣壓以加強(qiáng)去游離作用來(lái)滅弧。
在高壓限流式熔斷器中,充滿顆粒狀的石英砂,當(dāng)短路電流通過(guò)時(shí),熔體熔斷、氣化并形成電弧。熔體金屬?gòu)墓虘B(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)后,體積受周圍石英砂的限制,不能自由膨脹,于是在燃弧區(qū)形成很高的壓力,此壓力推動(dòng)游離氣體深入到石英砂縫隙中去,使它受到冷卻和表面復(fù)合作用,強(qiáng)烈地去游離,導(dǎo)致熄弧。顯然,將多根細(xì)熔體并聯(lián)起來(lái)代替一個(gè)大截面的熔體,則總的散熱面積增多,電弧更易冷卻而被熄滅。
5.高壓開(kāi)關(guān)電器利用流體介質(zhì)滅弧
(1)油斷路器利用變壓器油滅?。? 變壓器油被電弧的高溫(5000 -13000K)分解成氣體或蒸發(fā),形成氣泡包圍電弧,氣泡內(nèi)具有一定的壓力。分解的氣體中氫氣占70% -80%,其余為乙炔、甲烷、乙烯等氣體。在各種氣體中,氫氣具有最佳的導(dǎo)熱性能,最小的粘度,擴(kuò)散作用也較強(qiáng),所以氫氣對(duì)滅弧起主要作用。
(2)利用SF6氣體作為滅弧介質(zhì): 如作成SF6斷路器SF6氣體具有特異的熱化學(xué)性和強(qiáng)負(fù)電性,供給大量的新鮮的SF6中性分子,使它與電弧密切接觸,可取得優(yōu)良的滅弧效果。
(3)利用壓縮空氣吹滅電?。? 如制成壓縮空氣斷路器。
6.利用真空滅弧室滅弧 在高度真空的滅弧室內(nèi),氣體分子很少,不易產(chǎn)生游離,絕緣性能很好。真空滅弧室中的電弧,是由觸頭所蒸發(fā)出來(lái)的金屬蒸氣被游離后而形成的,由于弧柱周圍是真空,在電弧電流過(guò)零時(shí),弧柱中的電子和離子得以高速度擴(kuò)散,約在幾個(gè)微秒內(nèi),電弧即被熄滅。(在相同的開(kāi)斷條件下,高度真空中電弧的時(shí)間常數(shù)最小,即電流過(guò)零后弧隙介電強(qiáng)度恢復(fù)最快。SF6氣體中電弧時(shí)間常數(shù)約為幾個(gè)微秒,空氣斷路器中約為幾十微秒,油斷路器中為幾百到上千微秒)。。真空開(kāi)關(guān)電器對(duì)不同的氣候條件(海拔高度、溫度、濕度等)適應(yīng)性較強(qiáng)。
此外,作為提高滅弧能力的輔助手段,還可在弧隙并聯(lián)電阻,以減小過(guò)電壓。