3-第三讲-交流电弧的过零熄灭和重燃理论和自能式灭弧室的开断原理.docx

,交流电流总是在电流过零时熄灭的,这与直流电弧不同,熄灭交流电弧比熄灭直流电弧要容易得多。交流电弧过零的详细过程分下列两种情况来说明:(a)所示的电阻电路来分析。 由于电弧电压远低于电源电压,也就是说电源电压足以维持电弧燃烧而不致发生强制熄弧,因此电弧电流i与电源电压u同时过零,见图1(b),to是产弧时刻,此时断口间产生电弧电压ua。由于电源电压u远远地大于电弧电压ua,电弧电流i仍近似于为正弦波,因此它与电弧电压Ua同时过零。电流过零详细情况见图2K(a)电踣帕<b)。 图中,u是电源电压,令uEmCOSWt,(Em是电源电压的幅值),L是分析电路中的电感,QF表示断口,Rn表示电弧电阻,电弧电压UhihRh(Uh随ih改变正负号)。ih是电路电流(即电弧电流)图4表示此时电弧电流的变化曲线。图4中e表示电源电压随时间变化的曲线(瞬时值),ih是电弧电流的瞬时值。ih可分解为两个分量组成:一个分量是滞后于电源电压e90。的的正弦电源分量i旦sinwt;另一个分量wL是随时间线性(假设电弧电阻是恒定值)变化的分量 i巴(wt),表wL示起始燃烧时刻的相位角,n和2n表示一个半波和一个周波的相位角。由电路数学分析得出ihii。实际电弧电流ih比其正弦电流分量i过零提前过零wt!相位角,这是由于在电感电路中,由于有电弧压降存在而导致了实际电弧电流ih比电弧电压Uh提前过零,其提前过零的相位角是的数值为若干卩s至数十ys数量级。电流过零详细情况见图5。图4电感分析电路中电弧电流的变化曲线图5电感分析电路中实际电弧电流ih比电弧电压Uh提前过零断路器短路开断时,既有负荷电阻,又有负荷电感,,因此电弧电流过零的情况介于上述两种情况之间。对频率为50Hz的交流电路,电流每秒有100次零值,因此不管开关的熄弧能力如何差,电流都要过零,至少是暂时地熄灭。如电流过零后,弧隙未复燃,电弧就熄灭;反之,如发生复燃,则电弧此次过零时不能熄灭,至少需燃烧至电弧电流下次过零时再熄灭。,弧隙从导体逐渐变成介质,交流电弧的熄灭主要决定于这一过程。对于交流电弧的熄灭和重燃过程存在着两种理论:弧隙介质恢复理论(电击穿理论)和能量平衡理论(热击穿理论)。弧隙介质强度恢复理论是斯列宾提出的,认为电弧的重燃是由于外加电场将间隙击穿的结果。这个理论认为:电弧电流过零后,弧隙已是介质,不存在电导。因此在弧隙上发生的电压恢复过程和介质强度恢复过程是互不影响和制约的。而电弧过零后的熄灭和重燃取决于这两个过程哪一个恢复得快。如果介质强度始终大于弧隙上的恢复电压,就不再发生击穿,电弧最终熄灭因此,交流电弧的熄灭条件是:电流过零后,弧隙介质恢复强度在任何时刻始终高于弧隙上的恢复电压。而实际上,从电流过零时刻开始,在弧隙上发生两个作用相反而又有联系的过程:即电压恢复过程和介质强度恢复过程。当交流电弧最后熄灭时,在弧隙上的电压应当等于电源电势。因此,当电流过零电弧熄灭时,弧隙上电压从熄弧电压上升变化到相应于电源电动势的瞬时值,这一变化过程就称为弧隙上电压恢复过程。在电压恢复过程中,恢复电压由两个分量组成:即工频恢复电压和暂态恢复电压。在电弧熄灭时刻,在首先灭弧的一相触头上出现的工频电压有效值称为弧隙上(或为断路器触头上)的工频恢复电压。暂态恢复电压是指电弧熄灭后,断路器一相触头上的暂态电压,它可以是周期性的(单频或几个频率)或非周期性的,这决定于电路的特性、断路器的特性(它的电导和电容)及电弧熄灭时立即出现在断路器触头上的工频恢复电压瞬态值。周期性暂态恢复电压的振荡是以工频恢复电压作为轴心而进行的。在电流过零电弧熄灭时。弧隙有或大或小的介质强度,并随着去游离程度而继续上升。这就是间隙介质强度恢复过程。介质强度恢复过程能说明电弧熄灭过程和开断电器熄灭能力的特性。介质强度恢复过程决定于电弧间隙的内部过程,如间隙中能量的变化、灭弧介质的种类和状态、触头的状态和运动等:并且也与线路参数有关,电弧电流过零前的状态对它也有影响。电弧的开断过程主要是将弧隙中的能量移去,使去游离加强。开关电器灭弧装置的主要作用就在于将电弧开断,移去电弧的产物,将热的导电气体变成能承受线路电压的绝缘介质。按照斯列宾的理论。电弧的熄灭或重燃决定于这两个过程中哪一个过程恢复得快。如图6中曲线Uji与曲线Uhf所示,介质强度始终大于弧隙上的恢复电压,就不再发生击穿,电弧最终熄灭。反之,若在某一时刻恢复电压大于介质强度,如图6中U2与曲线Uhf,