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文档格式.docx

1、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 2。R（a）图2实际电弧电流ih与电弧电压uh同时过零1.2 用图3所示的电感电路来分析。 图中，u是电源电压，令u EmCOSWt , （ 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Uh ihRh （ 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

2、荷电阻，又有负荷电感，负荷的功率因数是 0.2左右，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。2.交流电弧的熄灭与重燃理论交流电弧电流过零这一段时间中，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

3、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

4、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

5、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，

6、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Uj2与曲线Uhf，它们相交于A点，则弧隙将击穿而重 燃，加在弧隙上的电压又转变为电弧电压 Uh。这种理论只能用来解释电弧电 流超前过零，弧隙电导预先消失的重燃现象，并不能普遍适用。图6弧隙介质强度山与恢复电压uhf曲线必须指出，在斯列宾提出介质强度恢复理论时，认为电压恢复过程与介 质恢复过程是彼此无关的。但事实上由于弧隙剩余电流的作用，这两个过程 是相互联系的。弧隙能量平衡理论是克西提出的，认为电弧重燃不是电流过零后简单的 电压击穿，而是电路和弧隙之间的能量平衡的性质。当弧隙中所产生的热能 大于散出的热能时，弧隙就会因热击穿而使

7、电弧重燃。这个理论认为在交流 电流过零电弧暂时熄灭时，弧隙温度较高，热游离还未停止，弧隙仍是一个 具有一定电导的通道，尚未恢复为真正的介质。因此在恢复电压作用下，就 出现弧后电流，电源继续向弧隙输送能量，因而可能引起电弧的重燃。他们 认为所有紧接于电流过零点后的重燃现象均是由于有显著的弧后电流而发生 的，只有经过一定延时后的重燃才是没有先期的弧后电流，而由电击穿引起 的重燃。热击穿的观点考虑了电弧的热过程，并且指出弧隙上的电压恢复过程和 介质强度恢复过程并不是相互独立的，而是通过弧隙的残余电阻而相互联系 和影响的。这种观点使对交流电弧的熄灭和重燃有了进一步的了解。然而这 个理论也有局限性，它对

8、于那些弧隙电导预先消失和因电击穿而发生重燃并 不能做出确切的解释。两种理论的根本不同点在于：电弧电流过零前后是否有剩余电流。在斯 列宾提出理论时，尚不知有剩余电流，而克西则是剩余电流的基础上提出其 理论。在理想的开关电器中，在电弧燃炽时，弧隙电阻等于零，而在电弧熄灭 后，弧隙电阻就立刻等于无限大。 事实上，在交流电流自然过零前的几百 s ， 电流已接近于零，弧隙上已有相当的电阻，而在电流过零电弧熄灭时，弧隙 还是有个相当大电阻的导体。正因为熄弧后间隙有剩余电导的存在，在恢复 电压的影响下， 弧隙中有电流通过， 这一电流叫做剩余电流， 或称弧后电流。 剩余电流就等于恢复电压与剩余电导的乘积关系。

9、通常用两个参数来表示剩 余电流的特性，及剩余“热”的作用；而且还存在着可以由弧隙电击穿后转 变成热击穿而引起重燃，或在弧后电流消失后再发生电击穿而重燃，它们的 转化条件就是弧隙中能量的大小。能量平衡理论不仅是对电弧的熄灭过程，还是对电弧的燃炽过程，都能 够比较全面地解释电弧的现象。它对电弧理论的发展和应用有重大的意义。但并不是所有开断过程都出现剩余电流，所以电流过零后能量平衡理论不是 各种情况都适用的。高压高温的六氟化硫气体引入热膨胀室， 在大喷口打开后利用它来吹弧，从而熄 灭电弧，此时辅助压气室中的六氟化硫被排放，从而减小了操作功。而在开断小电 流时，由于电弧本身产生的能量不足不能熄弧，此时利用辅助压气室中产生的较 高压力的六氟化硫气体来吹弧并熄灭电弧。 自能式灭弧室的优点是可以使断路器配用弹簧操动机.构。一一 - _ 5 .自能式灭弧室的工作原理见附图 7至图11。c=厶密 盂昱嘗2吕詈一專T養瓮to即辔黑產NS壽）S10熄弧位置I尢喷口和小喷口都打开的位置眉上和向下双向纵吹电5111开断小电流册熄孤位置I尢喷口和小喷口都打开的位置,向上湘向下双向纵吹