第四章 交流電弧的熄滅原理

1、電電 器器 理理 論論 基基 礎(chǔ)礎(chǔ)-第四章第四章 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè) 教學(xué)目的與要求： 1、掌握近陰極效應(yīng)，熟悉開關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)、掌握近陰極效應(yīng)，熟悉開關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng) 度特性；度特性； 2、掌握工頻恢復(fù)電壓，熟悉理想弧隙電壓恢復(fù)過程，、掌握工頻恢復(fù)電壓，熟悉理想弧隙電壓恢復(fù)過程， 了解電弧參數(shù)對電壓恢復(fù)過程的影響；了解電弧參數(shù)對電壓恢復(fù)過程的影響； 3、掌握交流電弧的熄滅條件，了解交流電弧熄滅過程、掌握交流電弧的熄滅條件，了解交流電弧熄滅過程 的計(jì)算方法的計(jì)算方法 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)： 1、近陰極效應(yīng)與弧隙介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性；、近陰極效應(yīng)與弧隙介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性； 2、工頻恢復(fù)電壓

2、及理想弧隙電壓恢復(fù)過程；、工頻恢復(fù)電壓及理想弧隙電壓恢復(fù)過程； 3、交流電弧的熄滅條件、交流電弧的熄滅條件 第四章第四章 交流電弧的熄滅原理交流電弧的熄滅原理 教學(xué)基本內(nèi)容： 1、介質(zhì)恢復(fù)過程的概念； 2、開關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性； 3、恢復(fù)電壓的組成部分和工頻恢復(fù)電壓； 4、理想弧隙上的電壓恢復(fù)過程； 5、電弧參數(shù)對電壓恢復(fù)過程的影響； 6、交流電弧的熄滅條件； 7、交流電弧熄滅過程的計(jì)算方法。 第四章第四章 交流電弧的熄滅原理交流電弧的熄滅原理 第四章第四章 交流電弧的熄滅原理交流電弧的熄滅原理 概 述 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程 4-3 交流電弧的熄

3、滅條件和計(jì)算方法 小 結(jié) 概概 述述 一、交流電弧過零后，存在兩個(gè)過程： 介質(zhì)恢復(fù)過程和電壓恢復(fù)過程。 1、介質(zhì)恢復(fù)過程： 弧隙中電離氣體從導(dǎo)電狀態(tài)迅速變?yōu)榻^緣狀態(tài)，使弧隙 能承受電壓作用而不發(fā)生電弧重燃的過程。 2、電壓恢復(fù)過程：熄弧后電路將被開斷，電源電壓加到 弧隙兩端觸頭上的過程。 若介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度曲線ujf 大于電壓恢復(fù)強(qiáng)度曲線uhf，則 電弧趨于熄滅；否則，若某一瞬間ujf小于uhf，則電弧將 繼續(xù)燃燒。 概 述 二、兩過程在二、兩過程在“競賽競賽” 概 述 uhf ujf1 ujf1 t u 交流電弧過零后，弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程和弧隙上的電壓恢復(fù)過程 一、介質(zhì)恢復(fù)過程的概念：一、介質(zhì)

4、恢復(fù)過程的概念： 在交流電流過零后的熄弧過程中，弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程在近陰 極區(qū)和弧柱區(qū)的情況不同。 1、近陰極區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程： 近陰極效應(yīng)（重要概念）：近陰極效應(yīng)（重要概念）：電流過零期間，弧隙兩端電壓也過零， 此時(shí)弧隙中的正負(fù)帶電粒子由于熱運(yùn)動(dòng)而處于均勻分布狀態(tài)。電流過 零后，當(dāng)弧隙兩端電壓極性改變時(shí)，電子迅速向正極方向運(yùn)動(dòng)，而離 子由于質(zhì)量很大，加速緩慢，如果新陰極較冷，要產(chǎn)生電弧電子只能 靠陰極表面處存在的高電場進(jìn)行發(fā)射，要求E0大于一定值（如 106v/cm）。電場E0隨著電極上電壓Uj 的增大而增大，所以Uj必須 大于一定值；否則，E0就不足以產(chǎn)生場致發(fā)射，電弧便不能再產(chǎn)生。 4

5、-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程 4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程 從電路的角度看，好象弧隙在電流過零后立即獲得一定的耐從電路的角度看，好象弧隙在電流過零后立即獲得一定的耐 壓強(qiáng)度。這一現(xiàn)象叫做近陰極效應(yīng)；而電流過零后弧隙立即能壓強(qiáng)度。這一現(xiàn)象叫做近陰極效應(yīng)；而電流過零后弧隙立即能 承受的電壓值就稱為介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度承受的電壓值就稱為介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度U Ujf0 jf0。 。 4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程 4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程 介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度U Ujf0 jf0 并非

6、是一個(gè)固定值，它和電流過零瞬間 并非是一個(gè)固定值，它和電流過零瞬間 原來的陽極（過零后變成陰極）溫度關(guān)系很大。當(dāng)電弧電流原來的陽極（過零后變成陰極）溫度關(guān)系很大。當(dāng)電弧電流I Ih h增增 大時(shí)電流過零瞬間電極溫度很高，因而大時(shí)電流過零瞬間電極溫度很高，因而U Ujf0 jf0 下降。見表 下降。見表4-14-1： 交流電流過零瞬間，交流電流過零瞬間，E E0 0 與 與U Uj j 的關(guān)系： 的關(guān)系： 4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程 j nqU E 2 0 n:弧隙中正離子數(shù)密度 q:一個(gè)帶電粒子的電量 Uj :相對于陰極的電位 ：氣體的介電常數(shù) P98 例題：設(shè)交

7、流電流過零時(shí)，某空氣介質(zhì)短弧弧隙中正離子數(shù)密度n=1014 cm-3 ,在 陰極表面處的最大允許電場強(qiáng)度EX=30*104 V/cm。又 計(jì)算弧隙的介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度Ujf0 。 解：由式解：由式 得：得： 4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程 cmF /1086. 8 14 0 Cq 19 106 . 1 j nqU E 2 0 VV nq E U x jfo 250 106 . 1102 )300000(1086. 8 2 1914 214 2 0 2、弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程：、弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程： 1）當(dāng)弧柱溫度在）當(dāng)弧柱溫度在30004000K以上時(shí)以上時(shí)，電弧重燃的

8、物理本質(zhì)是電弧的，電弧重燃的物理本質(zhì)是電弧的 PhPs（輸入功率大于散發(fā)功率），弧柱被加熱使電弧重燃，稱為（輸入功率大于散發(fā)功率），弧柱被加熱使電弧重燃，稱為熱擊穿熱擊穿。 在臨界狀態(tài)，且在臨界狀態(tài)，且Rz保持不變的情況下，弧柱上的電壓就代表了弧柱此時(shí)保持不變的情況下，弧柱上的電壓就代表了弧柱此時(shí) 的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度ujf。由此得熱擊穿階段弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度為：。由此得熱擊穿階段弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度為： jfzz uR P 4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程 2）當(dāng)弧柱溫度在）當(dāng)弧柱溫度在30004000K以下，以下，熱電離作用已基本上停止，熱電離作用已基本上

9、停止， Rz，無電弧。若此時(shí)外加電壓，將產(chǎn)生電場。，無電弧。若此時(shí)外加電壓，將產(chǎn)生電場。 如電場強(qiáng)度足夠高，則可能產(chǎn)生間隙擊穿而使電弧重燃，即如電場強(qiáng)度足夠高，則可能產(chǎn)生間隙擊穿而使電弧重燃，即電擊穿電擊穿。 電流過零后的這一階段稱為電擊穿階段。電流過零后的這一階段稱為電擊穿階段。 弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程對熄滅交流長弧具有重要意義，是所有高壓弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程對熄滅交流長弧具有重要意義，是所有高壓 電器和部分低壓電器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。電器和部分低壓電器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。 4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程 綜上所述，在電流過零后的熄弧過程中，電弧的熄滅基本上要經(jīng)過兩綜上所述，

10、在電流過零后的熄弧過程中，電弧的熄滅基本上要經(jīng)過兩 個(gè)階段：熱擊穿階段和電擊穿階段。個(gè)階段：熱擊穿階段和電擊穿階段。 前者弧隙具有一定的電阻，流過前者弧隙具有一定的電阻，流過 一定的電流；后者弧隙電阻趨于無窮大，但因介質(zhì)溫度高，擊穿比較一定的電流；后者弧隙電阻趨于無窮大，但因介質(zhì)溫度高，擊穿比較 容易。容易。 4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程 二、開關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性：二、開關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性： 開關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系，稱作弧隙介質(zhì)開關(guān)電器弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系，稱作弧隙介質(zhì) 恢復(fù)強(qiáng)度特性?；謴?fù)強(qiáng)度特性。 大氣自由燃弧

11、的情況下，開斷電流越大，介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度大氣自由燃弧的情況下，開斷電流越大，介質(zhì)初始恢復(fù)強(qiáng)度U Ujf0 jf0 越小。除開關(guān)電流外，越小。除開關(guān)電流外，U Ujf0 jf0 還與觸頭材料的熱導(dǎo)率、沸點(diǎn)有一定的關(guān) 還與觸頭材料的熱導(dǎo)率、沸點(diǎn)有一定的關(guān) 系。系。 高壓電器中，弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度主要依賴于滅弧介質(zhì)對弧柱的高壓電器中，弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度主要依賴于滅弧介質(zhì)對弧柱的 冷卻和消電離作用。冷卻和消電離作用。 4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程 按照弧隙上是否施加電壓來分類：按照弧隙上是否施加電壓來分類： 固有介質(zhì)恢復(fù)過程：固有介質(zhì)恢復(fù)過程：電流過零后，弧隙上不施加電壓時(shí)

12、的介質(zhì)恢復(fù)過電流過零后，弧隙上不施加電壓時(shí)的介質(zhì)恢復(fù)過 程，相應(yīng)的程，相應(yīng)的u ujf jf 隨隨t t變化的關(guān)系，也稱自由恢復(fù)強(qiáng)度特性，這種特性在變化的關(guān)系，也稱自由恢復(fù)強(qiáng)度特性，這種特性在 給定的弧隙介質(zhì)條件下僅有一條。給定的弧隙介質(zhì)條件下僅有一條。 實(shí)際介質(zhì)恢復(fù)過程：實(shí)際介質(zhì)恢復(fù)過程：電流過零后，弧隙上施加某一電壓時(shí)的介質(zhì)恢復(fù)電流過零后，弧隙上施加某一電壓時(shí)的介質(zhì)恢復(fù) 過程，相應(yīng)的過程，相應(yīng)的u ujf jf 隨隨t t變化的關(guān)系，這種特性隨所加電壓的大小和波形變化的關(guān)系，這種特性隨所加電壓的大小和波形 不同而不同，因此即使在給定的弧隙介質(zhì)條件下，它也有多條。不同而不同，因此即使在給定的

13、弧隙介質(zhì)條件下，它也有多條。 4-1 4-1 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 一、恢復(fù)電壓的組成部分和工頻恢復(fù)過程：一、恢復(fù)電壓的組成部分和工頻恢復(fù)過程： 1 1、電壓恢復(fù)過程：弧隙兩端電壓由零或反向電弧電壓上升到此時(shí)的、電壓恢復(fù)過程：弧隙兩端電壓由零或反向電弧電壓上升到此時(shí)的 電弧電壓的過程。相應(yīng)于此時(shí)弧隙上的電壓，稱為恢復(fù)電壓，用電弧電壓的過程。相應(yīng)于此時(shí)弧隙上的電壓，稱為恢復(fù)電壓，用u uhf hf 表示。表示。 2 2、恢復(fù)電壓由穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量組成恢復(fù)電壓由穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量組成。穩(wěn)態(tài)分量又由直流電壓和。穩(wěn)態(tài)分量又由直流電

14、壓和 工頻電壓組成。若穩(wěn)態(tài)分量僅有工頻電壓，稱之為工頻恢復(fù)電壓。工頻電壓組成。若穩(wěn)態(tài)分量僅有工頻電壓，稱之為工頻恢復(fù)電壓。 暫態(tài)分量通常是復(fù)雜的波形，只出現(xiàn)在電弧電流過零后的幾百微妙暫態(tài)分量通常是復(fù)雜的波形，只出現(xiàn)在電弧電流過零后的幾百微妙 內(nèi)。包含有暫態(tài)分量的恢復(fù)電壓，又稱瞬態(tài)恢復(fù)電壓。內(nèi)。包含有暫態(tài)分量的恢復(fù)電壓，又稱瞬態(tài)恢復(fù)電壓。 3 3、開斷不同性質(zhì)負(fù)載電路時(shí)，恢復(fù)電壓的波形：見教材圖、開斷不同性質(zhì)負(fù)載電路時(shí)，恢復(fù)電壓的波形：見教材圖4-104-10。 a a）電阻性負(fù)載：）電阻性負(fù)載：電弧電流與電源電壓同相，電流過零電壓也過零。所電弧電流與電源電壓同相，電流過零電壓也過零。所 以過零

15、熄弧后，以過零熄弧后， u uhf hf由零按正弦形上升， 由零按正弦形上升， 沒有暫態(tài)分量，只有沒有暫態(tài)分量，只有 穩(wěn)態(tài)分量中的穩(wěn)態(tài)分量中的 工頻恢復(fù)電壓。工頻恢復(fù)電壓。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 t 0 u，i u i uh uhf t0 tf 此刻電弧熄滅此刻電弧熄滅 此刻觸頭分離此刻觸頭分離 b b）電感性負(fù)載：）電感性負(fù)載：ih落后于u，ih過零時(shí)u約為幅值。若ih過零后電弧熄滅， 電路開斷，uhf將由零躍升到u的幅值（理想情況下），然后再按工頻電 壓變化， 故uhf常含有暫態(tài)分量， 其上升速度比 （a） 的快得多。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢

16、復(fù)過程 t 0 u，i u i uh uhf t0 tf 此刻電弧熄滅此刻電弧熄滅 此刻觸頭分離此刻觸頭分離 c c）電容性負(fù)載：）電容性負(fù)載：ih超前于u。當(dāng)ih過零時(shí)u是幅值，電容C被充電到u的幅值。 電弧熄滅后，C將保持該電壓。 uhf在電流過零后其值為零， 然后隨著u變化逐漸增大。 當(dāng)u達(dá)反向幅值時(shí)， uhf達(dá)u幅值的兩倍， 不含暫態(tài)分量，其 穩(wěn)態(tài)分量為直流電 壓與工頻電壓之和。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 t 0 u，i u i uh uhf t0 tf 此刻觸頭分離此刻觸頭分離 4、舉例說明：以開斷電感性負(fù)載時(shí)弧隙的Uhf為例進(jìn)行分析。 Uhf的穩(wěn)態(tài)分量即工頻

17、恢復(fù)電壓。Ih過零瞬間，工頻恢復(fù)電壓的瞬時(shí)值 Ugo： 式中 ：工頻恢復(fù)電壓的幅值； ：電源電壓相電壓的有效值； ：被開斷電路的電流和電源電壓的相位差； 0 sin2sin ggmx UUK U gm U U 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 ：線路因數(shù)， （Ugp是電路開斷后加在弧隙上的工頻電壓 有效值）。 Kx 的數(shù)值與被開斷的電路的相數(shù)以及弧隙在電路中的工作情況有關(guān)。開 斷一相單弧隙電路時(shí)， Kx取1；對三相電器，Kx取1.5；只有在超高壓電網(wǎng) 中由于電源中性點(diǎn)接地，線路發(fā)生三相短路時(shí)必伴有接地短路時(shí)，Kx取 1.3。 x K gp x U K U 4-2 弧隙中的電壓恢

18、復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 二、弧隙為理想弧隙時(shí)，弧隙上的電壓恢復(fù)過程： 交流電路電流過零后極短時(shí)間內(nèi)，弧隙上電壓的幅值和波形與兩方面 的參數(shù)有關(guān)：一是電路的參數(shù)（包括電路連接方式、電路中集中的 或分布的電感、電容和電阻的數(shù)值等）；一是電弧的參數(shù)（包括電 弧電壓、剩余電阻等） 1、理想弧隙的條件：電流過零前，電弧電阻等于零；電流過零后，電 弧電阻立即變?yōu)闊o窮大。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 1、理想弧隙的條件：電流過零前，電弧電阻等于零；電流過零后，電 弧電阻立即變?yōu)闊o窮大。 先作二點(diǎn)簡化： （1） 實(shí)際電網(wǎng)中發(fā)生短路時(shí)，電流落后于電源電壓接近90o, 所以可以 認(rèn)為電路

19、總的電阻為零，而電弧電阻設(shè)為零，則電流過零時(shí)，工頻 恢復(fù)電壓的瞬時(shí)值為 （2）在電壓恢復(fù)過程中，因時(shí)間短，此期間電源電壓變化甚微，所以 可以認(rèn)為電源電壓 0 2 ggmx UUK U gm uU 常數(shù) 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 2、開斷單頻電路（只有一個(gè)L-R-C電路）時(shí)，弧隙上的電壓 恢復(fù)過程： 1）見圖4-12。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 2）設(shè)電源容量無限大，在其不遠(yuǎn)處發(fā)生短路。 弧隙上的恢復(fù)電壓uhf經(jīng)推導(dǎo)計(jì)算，得： （4-17） 式中 ：弧隙K中電流過零后的恢復(fù)電壓； （4-16） 其中

20、 ：電路固有衰竭系數(shù)； ：電路固有振蕩角頻率。 12 21 21 gmtt hfgm U uUee （） hf u 0 0 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 LCRCRC 1 ) 2 1 ( 2 1 2 2, 1 3）當(dāng)R取不同值時(shí)，uhf的變化情況如下： （1）設(shè) ，式4-16可以寫成： （4-18） ：電路固有衰減系數(shù)， ：電路的固有振蕩角頻率， 4-18式代入4-17式，結(jié)合歐拉公式，得： 波形圖見教材圖4-13，uhf由恒定分量（工頻分量）和暫態(tài)分量組成。 2 L C R 1 200 j ， 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 0 0 )sin(2 0 0

21、 hf 00 1)(u tt gmgm eUU 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 （2）設(shè) ，4-16式可以寫成： 式中 ，則整理得恢復(fù)電壓為： 此式表明： Uhf 由兩部分組成，一是恒定分量，一是暫態(tài)分量。 Uhf的波形圖見教材圖4-14。 2 L C R 1 200 ， 2 0 1 LC 1 （） 2RC 0 0 00 0 t hfgmgm uUUeshtch （t） 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 4）二參數(shù)法： 實(shí)際開斷單頻電路電流的情況，圖4-13占多數(shù)。對于這種開斷單頻電路電 壓恢復(fù)過程，通常用兩個(gè)

22、參數(shù)表示其特征。這一表示方法叫做二參數(shù)法。 在低壓開關(guān)電器：國標(biāo)規(guī)定用采用振幅因數(shù)和振蕩頻率兩個(gè)參數(shù)。 其定義為： Uhfm-Uhf的最大值。 tm-從電流過零起到Uhfm出現(xiàn)止所經(jīng)歷的時(shí)間 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 gm hfm U U m t f 2 1 在高壓開關(guān)電器：國標(biāo)規(guī)定用恢復(fù)電壓峰值Uc和峰值時(shí)間t3表示其特征，圖見 教材圖4-15，任一給定的單頻振蕩恢復(fù)電壓Uhf 波形。 求法：過原點(diǎn)O作一直線OB和uhf曲線相切，過uhf曲線的峰值作一水平線AC與 OB相交于A點(diǎn)，A點(diǎn)坐標(biāo)即為（t3，Uc）。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)

23、定用時(shí)延td參數(shù)描述uhf曲線起始上升部分的凹度。 求法：在OA右方作一與之平行的直線和曲線的凹部相切，此切線與橫坐標(biāo)交 點(diǎn)的時(shí)間值即為td。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程弧隙中的電壓恢復(fù)過程 3、開斷多頻電路時(shí)，弧隙上的電壓恢復(fù)過程： 實(shí)際電路大都不是單頻的，而是雙頻或多頻的。電路圖見教 材圖4-16的a圖。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程 1 1）變壓器）變壓器T T的一次側(cè)短路，短路電流由的一次側(cè)短路，短路電流由S S1 1斷開，等效電路見圖斷開，等效電路見圖4-164-16的的b b圖。圖。 當(dāng)當(dāng)S S1 1斷開后，電路分裂為二個(gè)振蕩回路斷開后，電路分裂為二個(gè)振蕩回路L L1 1-C-C

24、1 1-R-R1 1和和L L2 2-C-C2 2-R-R2 2，故，故u uhf hf包含二 包含二 個(gè)頻率的暫態(tài)分量。個(gè)頻率的暫態(tài)分量。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程 設(shè)R1=R2=，則： 式中 ， 。 hfgm uU 12 12 1212 LL （1-cost-cost） L +LL +L 1 1 C 1 1 L 2 2 C 2 1 L 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程 2 2）變壓器）變壓器T T的二次側(cè)短路，短路電流由的二次側(cè)短路，短路電流由S S2 2斷開，等效電路見圖斷開，等效電路見圖4-174-17的的b b圖。圖。 L L1 1-C-C1 1-R-R1 1為變壓器電源及其有關(guān)線路

25、的等效電感、電容、電阻。和為變壓器電源及其有關(guān)線路的等效電感、電容、電阻。和L L2 2-C-C2 2-R-R2 2 為變壓器及其二次側(cè)線路的等效電感、電容、電阻為變壓器及其二次側(cè)線路的等效電感、電容、電阻，故，故u uhf hf包含二個(gè)頻率的 包含二個(gè)頻率的 暫態(tài)分量。暫態(tài)分量。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程 設(shè)R1=R2=，則： 式中： K0、K1、K2 由4-18查表確定。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程 )cos1 ()cos1 ( 2211 ttUu gmhf 21 20 1 KK KK 21 01 2 KK KK 22 1 1 CL K 22 2 2 CL K 3）四參數(shù)法 對多頻電

26、路的恢復(fù)電壓，常用第一波幅值U1、第一波幅時(shí)間t1、峰值Uc和峰值時(shí) 間t2四個(gè)參數(shù)表示，此方法稱為四參數(shù)法。見圖4-20。 求法：從原點(diǎn)O作一直線OB與uhf曲線相切，又作一水平線AC與uhf曲線的峰值相切， 再作一斜線AB與uhf曲線在D點(diǎn)相切并交直線OB于B點(diǎn)，交直線AC于A點(diǎn)。直線AB的 斜率應(yīng)使得在D點(diǎn)的兩邊、 uhf曲線與直線AB、OB、AC所構(gòu)成 的帶陰影的面積相等，則B點(diǎn)的 坐標(biāo)為（t1，U1），A點(diǎn)的坐標(biāo) 為（t2，Uc）。 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程 另外，用時(shí)延另外，用時(shí)延td描述描述uhf曲線起始上升部分的凹度的求法曲線起始上升部分的凹度的求法 同單頻。同單頻。 4-

27、2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程 4）電路的固有恢復(fù)電壓 在開斷理想電路時(shí)，弧隙恢復(fù)電壓的幅值和波形只與電路參數(shù)有關(guān)，稱為電路的 固有恢復(fù)電壓。 我國低壓電器基本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，試驗(yàn)中固有振蕩頻率f0（KHz）和固有振蕩因數(shù) 0為： 式中，I0：控制電器的開斷電流（有效值），單位A； UN：被開斷電路的額定電壓，單位為V； 0 1.1 0.05 0.20.8 00 2000 N fI U 4-2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程 對于高壓斷路器，我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在不同的開斷電流，被開斷電路恢復(fù)電壓的固 有參數(shù)應(yīng)符合表4-4和表4-5所列數(shù)值。 對于高壓斷路器，我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在不同的開斷電流，被開斷電路恢復(fù)電壓的固 有參數(shù)應(yīng)

28、符合表4-4和表4-5所列數(shù)值。 4-3 交流電弧的熄滅條件和計(jì)算方法 一、交流電弧的熄滅條件：一、交流電弧的熄滅條件： 圖4-24 a和b中的實(shí)線分別為ujf和uhf的固有特性，即是在弧隙上未加uhf的 ujf(圖a)和弧隙中Rs為無窮大時(shí)的uhf (圖b) 。從圖4-24 a和b中的實(shí)線即ujf 和uhf的固有特性看上去，a圖的弧隙會(huì)熄弧，b圖的交流電弧將重燃。 實(shí)際上在弧隙滅弧過程中，介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度和電壓恢復(fù)強(qiáng)度同時(shí)進(jìn)行，相互 聯(lián)系、相互影響。 4-3 交流電弧的熄滅條件和計(jì)算方法 如在弧隙介質(zhì)恢復(fù)過程中，如弧隙上加有uhf ，由于弧隙的電阻不是無窮大， 弧隙中將流過某一數(shù)值的剩余電流，即

29、有一定的功率輸入弧隙，使弧隙的ujf 上升緩慢甚至下降。再如，在電壓恢復(fù)過程中，若弧隙在uhf 最大峰值到來 之前弧隙的電阻相當(dāng)小，則弧隙電阻將對電壓恢復(fù)過程起到阻尼作用，使 uhf 上升緩慢。實(shí)際上，由于介質(zhì)恢復(fù)過程和電壓恢復(fù)過程相互聯(lián)系、相互 影響，實(shí)際的ujf和uhf特性高度 趨于降低，波形也發(fā)生變化，如圖 虛線所示的曲線。則實(shí)際上弧隙1 中電弧將發(fā)生重燃，而弧隙2中電 弧將熄滅。 4-3 交流電弧的熄滅條件和計(jì)算方法 因此要判斷電流過零后電弧是否熄滅，不應(yīng)簡單地依靠將弧因此要判斷電流過零后電弧是否熄滅，不應(yīng)簡單地依靠將弧 隙的固有隙的固有ujf和固有和固有uhf 特性進(jìn)行比較，而應(yīng)該將他們互相作用特性進(jìn)行比較，而應(yīng)該將他們互相作用 的實(shí)際特性進(jìn)行比較。的實(shí)際特性進(jìn)行比較。 . 4-3 交流電弧的熄滅條件和計(jì)算方法 所以交流電弧熄滅條件：所以交流電弧熄滅條件：在交流電流過零后，弧在交流電流過零后，弧 隙中的實(shí)際介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性總是高于加在弧隙上的實(shí)際恢復(fù)隙中的實(shí)際介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性總是高于加在弧隙上的實(shí)際恢復(fù) 電壓特性，即實(shí)際的電壓特性，即實(shí)際的ujf(t)實(shí)際的實(shí)際的uhf(t)。 小小 結(jié)結(jié) 弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程，在近陰極區(qū)和弧柱區(qū)有著本質(zhì)的不同。