第四章 交流电弧的熄灭原理()

1、Liaoning Technical University 辽宁工程技术大学 电器理论基础电器理论基础 Fundamentals of Electrical Apparatus 电气与控制工程学院 王智勇 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理2 第四章第四章 交流电弧的熄灭原理交流电弧的熄灭原理 本章教学目的与要求：本章教学目的与要求： 掌握近阴极效应，熟悉开关电器弧隙的介质恢复强度 特性； 掌握工频恢复电压，熟悉理想弧隙电压恢复过程； 了解电弧参数对电压恢复过程的影响； 掌握交流电弧的熄灭条件，了解交流电弧熄灭过程的 计算方法。 2021-7-24第四章交流电弧

2、的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理3 第四章第四章 交流电弧的熄灭原理交流电弧的熄灭原理 本章教学重点与难点：本章教学重点与难点： 近阴极效应与弧隙介质恢复强度特性；工频恢复电压及 理想弧隙电压恢复过程；交流电弧的熄灭条件 。 本章教学基本内容：本章教学基本内容： 序 弧隙中的介质恢复过程 弧隙中的电压恢复过程 交流电弧的熄灭条件 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理4 第四章第四章 交流电弧的熄灭原理交流电弧的熄灭原理 -0 -0 序序 -1 -1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 -2 -2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 -3 -3 交流电

3、弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理5 4-0 4-0 序序 n交流电流过零时，电弧的输入功率为零，有利于 熄弧 大部分交流开关设备都利用该原理熄灭电弧 l直流开断时采用的人工过零技术 交流电流过零后，弧隙中和弧隙上同时进行着两 个相关的过程 l介质恢复过程 l电压恢复过程 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理6 4-0 4-0 序序 n介质恢复过程 l介质恢复强度（dielectric recovery strength） 电压恢复过程 l电源电压加到弧隙两端的过程 l恢复电压：uhf l弧隙中的电离

4、气体由导电状态转变为绝缘状态，使 弧隙能承受电压而电弧不重燃的过程 某一时刻弧隙介质所能承受的最高电压：ujf 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理7 4-0 4-0 序序 n电弧熄灭与否，取决于两个过程的“竞争” l若 ujf uhf ， 总是 某一时刻 则：电弧趋于熄灭 则：电弧可能重燃 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理8 第四章第四章 交流电弧的熄灭原理交流电弧的熄灭原理 -0 -0 序序 -1 -1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 -2 -2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 -3 -3 交流电弧的熄灭条

5、件交流电弧的熄灭条件 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理9 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n介质恢复过程的概念 l近阴极区的介质恢复过程 l介质恢复过程在近阴极区和弧柱区的情况不同 交流电流过零后，电极换向 电流过零 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理10 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n介质恢复过程的概念 l近阴极区的介质恢复过程 交流电流过零后，带电粒子的运动 电流过零 过零瞬间 电弧电压也过零 正负粒子均匀分布（热运动） 过零后 E 电极极性改变 电子迅速向新阳极运动

6、正离子加速缓慢，在极短时间内可认为 停留在原位置 在阴极附近形成正电荷层，在阴极表面 作用一个电场 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理11 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n介质恢复过程的概念 l近阴极区的介质恢复过程 阴极附近电场强度的计算 x: 距离阴极的距离 U：x处相对于阴极的电位 n: 正电荷的数密度 q: 一个正电荷的电量 :气体的介质常数 泊松方程 一维情况 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理12 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n介质恢复过程的概念 l近阴极区的介

7、质恢复过程 阴极附近电场强度的计算 设正电荷层厚度为l 假定：|x=l 指向阴极 阴极表面（x=0）, E的绝对值最大 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理13 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n介质恢复过程的概念 l近阴极区的介质恢复过程 阴极附近电场强度的计算 边界条件 U|x=l 电位分布 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理14 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n介质恢复过程的概念 l近阴极区的介质恢复过程 电位分布 E|x=l假定： 注意：仅适用于正空间电荷层（ ）lx 弧

8、隙中其他部分为等离子体，电导 率很大，认为空间电荷层即加在电 极两端的电压 x=l: Uj 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理15 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n介质恢复过程的概念 l近阴极区的介质恢复过程 阴极表面（x=0）的电场强度 电极间的电压 电流过零瞬间阴极表面电场强 度与电极间施加电压的关系 Uj 随着电极间施加电压的增大， 阴极表面电场强度提高 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理16 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n介质恢复过程的概念 l近阴极区的介质恢复过程

9、 产生电弧，需要阴极发射电子 电流过零瞬间阴极表面电场强度与电 极间施加电压的关系 Uj 若电流过零时阴极较冷，只能依靠场致发 射，即0要大于一定值，否则电弧不会重 燃 这种弧隙在电流过零后立即获得一定 耐压强度的现象，称为近阴极效应 电流过零后弧隙立即能承受的电压数 值称为介质初始恢复强度Ujf0 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理17 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n介质恢复过程的概念 l近阴极区的介质恢复过程 介质初始恢复强度与电弧电流，电流过零瞬 间阴极（原阳极）的温度有很大关系 Uj 阴极温度升高 原因: 热发射作用很强时，

10、阴极 前不再缺电子 近阴极效应将不存在 阴极温度升高场致发射增强 若需要一定的电流密度才可导致击穿，则阴 极温度上升时需要的击穿电压减小 IhUjf0 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理18 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n介质恢复过程的概念 l近阴极区的介质恢复过程 研究近阴极区的介质恢复过程，对熄灭交流 短弧有很大意义（参.71） Uj 阳极只是一个被动、“消极”的电子收集器， 近阳极区对介质恢复过程一般不起作用 l近阳极区 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理19 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过

11、程弧隙中的介质恢复过程 n介质恢复过程的概念 l弧柱区的介质恢复过程 间隙电压高 Ph Ps 复合 扩散Rh 重燃 过零时 Ph 0 （热惯性） 间隙电压低 Ph Ps 复合 扩散Rh 重燃 热击穿 热击穿：电弧电流过零后，由于Ph Ps，弧柱被加热，电弧 电阻减小，而引起的击穿 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理21 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n介质恢复过程的概念 l弧柱区的介质恢复过程 热击穿：电弧电流过零后，由于Ph Ps，弧柱被加热，电弧 电阻减小，而引起的击穿 热击穿阶段弧柱介质恢复强度（Ujf）的计算 能量平衡原理 R

12、zPz PsRz Ps Pz Pz 不重燃重燃 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理22 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n介质恢复过程的概念 l弧柱区的介质恢复过程 热击穿阶段弧柱介质恢复强度（Ujf）的计算 能量平衡原理 RzPz PsRz Ps Pz Pz 不重燃重燃 临界情况： 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理23 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n介质恢复过程的概念 l弧柱区的介质恢复过程 复合 扩散 过零时 Ph 0 （热惯性） 间隙电压低 Ph Ps 熄灭 Rh 弧

13、柱温度 30004000 热电离 基本停止 不再流过 大电流 温度仍然较高 耐压强度低 电击穿：电弧电流过零后，h ，但由于介质温度较高， 弧隙耐压强度低，而引起的击穿 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理24 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n介质恢复过程的概念 l弧柱区的介质恢复过程 一般而言，电弧的熄灭都要经过两个过程 热击穿（Thermal breakdown）阶段：电弧电流过零后，弧隙具有 一定的电阻，加大电压后，弧隙可流过电流（弧后电流） 电击穿（Dielectric breakdown）阶段：电弧电流过零后，Rh ， 但由于

14、介质温度较高，弧隙耐压强度低 热击穿和电击穿有过渡过程，很难明确地区分 特殊情况：灭弧介质对电弧的冷却作用过强， ih 0时，弧隙中 的热电离作用已经停止。电流过零后，不存在热击穿阶段，而直 接进入电击穿阶段 弧柱的介质恢复过程对长弧的熄灭有很重要的意义（参.71） 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理25 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n开关电器弧隙的介质恢复强度特性 l定义：弧隙的介质恢复强度随时间变化的关系Ujf（t） 电流过零到阴极斑点冷却至不足以热发射电子 l低压开关电器中，弧隙的介质恢复过程分为三个阶段 近阴极区逐渐冷却 全

15、部弧柱区冷却到30004000以下，热电离停止 对于低压开关电器：对熄弧最重要的是第一步末尾和第二步 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理26 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n开关电器弧隙的介质恢复强度特性 l低压开关电器，电流过零后0300 us内 ujf Ujf0 + Kjf t 介质恢复强度的 上升速度（V/s） 介质恢复强度 （V） 介质初始恢复强度 （V） 介质恢复强度的 上升速度（V/s） 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理27 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n开关

16、电器弧隙的介质恢复强度特性 l电弧电流第一次过零后Ujf 和t 的关系 ujf Ujf0 + Kjf t 小电流 大电流 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理28 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n开关电器弧隙的介质恢复强度特性 lUjf 0和Kjf 随开断电流 I0变化的关系 电流过零后新阴极温度 随着I0增大，Ujf0减小（参考p.99公式） 原因： I0 Th dh 热发射 近阴极效应 Ujf0 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理29 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n开关电

17、器弧隙的介质恢复强度特性 lUjf 0和Kjf 随开断电流 I0变化的关系 Kjf与电弧电流有关 但主要取决于弧柱的冷却情况 电流 弧柱温度 电流相对较小 磁吹冷却作用小 Kjf 电流 弧柱温度 电流较大 磁吹冷却作用 显著 Kjf上升 或基本不变 l第二次（或多次）过零时，Kjf减小 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理30 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n开关电器弧隙的介质恢复强度特性 l触头材料对Ujf 0的影响（参p.100 图4-5） 电极材料的沸点越低，热导率高，则Uj越高 沸点 银的沸点：2123C 石墨的沸点：5100C

18、 热导率 新阴极温度 电极冷却 热发射 Ujf0 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理31 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n开关电器弧隙的介质恢复强度特性 l触头材料对Ujf 的影响 受燃弧能量和电弧开距的综合作用 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理32 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n开关电器弧隙的介质恢复强度特性 l触头材料对Ujf 的影响 受燃弧能量和电弧开距的综合作用 tf ih 燃弧时间 弧柱和触头 温度 弧隙能量 jf tf 过零时开距太小 弧隙金属蒸汽 弧隙气体

19、电离电位 jf 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理33 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n开关电器弧隙的介质恢复强度特性 l高压开关电器中，弧隙的介质恢复强度主要依赖于灭 弧介质对弧柱的冷却和消电离作用 电极开距大，为长弧 气体介质中，电流过零后一定时间Ujf 才开始上升 真空中立即恢复，灭弧性能好 SF6（负电极气体）差一些 变压器油（燃弧时提供气体介质，主要 为2）、压缩空气（主要为N2）更差 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理34 4-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 n开关电器

20、弧隙的介质恢复强度特性 l弧隙中的介质恢复过程与电流过零后弧隙上是否施加 电压有关，可分为两类 固有介质恢复过程：不加电压 实际介质恢复过程：施加某一电压 在给定弧隙介质条件下，Ujf t 特性仅有一条 电压（大小、波形）不同，Ujf t 特性不同 在给定弧隙介质条件下，Ujf t 特性有很多条 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理35 第四章第四章 交流电弧的熄灭原理交流电弧的熄灭原理 -0 -0 序序 -1 -1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程 -2 -2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 -3 -3 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件 2

21、021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理36 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n电压恢复过程 l电流过零后，弧隙两端的电压由零或反向电弧电压上 升到电源电压的过程称为电压恢复过程 过零熄灭 l恢复电压（recovery voltage）：电压恢复过程中弧隙 上的电压 电弧 恢复电压 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理37 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n电压恢复过程 l电流过零后，弧隙两端的电压由零或反向电弧电压上 升到电源电压的过程称为电压恢复过程 l恢复电压（recovery vo

22、ltage）：电压恢复过程中弧隙 上的电压 阻性负载感性负载 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理38 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n恢复电压的组成 l若稳态分量只有工频电压，称为工频恢复电压 l包含暂态分量的恢复电压，称为瞬态恢复电压（TRV） （Transient Recovery Voltage） 稳态分量 工频电压 恢复电压 暂态分量 直流电压 时间短、频率高，对熄弧极为关键 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理39 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n开断不同性质负载的恢

23、复电压 l恢复电压与负载性质有关 阻性负载感性负载 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理40 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n开断不同性质负载的恢复电压 l阻性负载 ih与u同相 ih 过零时，u 也过零 uhf 由零按正弦波形上升 uhf 无暂态分量，只有工频恢复电压 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理41 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n开断不同性质负载的恢复电压 l感性负载 ih滞后于u约90 ih 过零时u 约处于反向幅值 理论上：ih过零后，uhf应从跳变 至u的反向

24、幅值 感性负载中：电流过零后电压上升速度快，urh出现早 实际上：由于弧隙两端等效电容的 存在，uhf将按一快速的过渡过程上 升，此后再按工频变化 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理42 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n开断不同性质负载的恢复电压 l感性负载 ih滞后于u约90 ih 过零时u 约处于反向幅值 理论上：ih过零后，uhf应从跳变 至u的反向幅值 实际上：由于弧隙两端等效电容的 存在，uhf将按一快速的过渡过程上 升，此后再按工频变化 uhf含有稳态分量（工频电压）和暂态分量，为瞬态恢复电压 2021-7-24第四章交流

25、电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理43 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n开断不同性质负载的恢复电压 l容性负载 ih超前于u约90 ih 过零时u 约处于幅值 ih过零时电容被充电且保持，约 为u的幅值 uhf随u变化，最大值可达到u幅值的倍 uhf无暂态分量，稳态分量为直流电压与 工频电压之和 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理44 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n开断不同性质负载的恢复电压 l小结 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理45 4-2 4-2 弧隙中的电压恢

26、复过程弧隙中的电压恢复过程 n开断不同性质负载的恢复电压 l实际情况下，开关电器大多工作于非容性电路 l开断感性电路比阻性电路对电器弧隙的要求更严 l一般电网中短路电流为感性 l一般而言，开关电器灭弧装置的设计和试验都以开断 感性电路为准 阻性负载感性负载容性负载 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理46 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n开断感性负载时的工频恢复电压 l开断感性电路时，uhf 的稳态分量即工频恢复电压 lih 过零瞬间工频恢复电压的瞬时值为 Ug0 ：ih过零瞬间工频恢复电压的瞬时值 gm: 工频恢复电压的幅值 :电流与

27、电源电压的相位差 Ugp：工频恢复电压的有效值 Kx ：线路因数 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理47 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n开断感性负载时的工频恢复电压 l开断感性电路时，uhf 的稳态分量即工频恢复电压 lih 过零瞬间工频恢复电压的瞬时值为 被开断电路的相数 每相电路的弧隙数 弧隙在电路中的工作情况 l影响线路因数Kx的因素 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理48 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n开断感性负载时的工频恢复电压 开断一相单弧隙电路 lKx与线路

28、的关系 弧隙上施加相电压 Kx = 1 开断两相两弧隙电路 弧隙上施加线电压 理论上： 实际上： （2弧隙工作情况不同） 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理49 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n开断感性负载时的工频恢复电压 开断电源和负载中性点不接地的三相三弧隙电路 lKx与线路的关系 三相电流相差120 首开相（电流先过零） Kx = 1.5 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理50 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n开断感性负载时的工频恢复电压 开断电源和负载中性点都接地的三

29、相三弧隙电路 lKx与线路的关系 三相电流相差120 首开相（电流先过零） 1 Kx 1.5 电源和负载的接地阻抗不为无穷大 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理51 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n开断感性负载时的工频恢复电压 小结 lKx与线路的关系 一相单弧隙： 两相两弧隙： 电源和负载中性点不接地的三相三弧隙： 电源和负载中性点都接地的三相三弧隙： 三相开关电器中，每相弧隙都应按 Kx=1.5考虑 在超高压电网中，取 Kx=1.3 Kx = Kx =1.5 1Kx 1.5 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧

30、的熄灭原理52 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 电路参数 l电流过零后极短的时间内，弧隙上恢复电压的幅值 和波形与两方面参数有关 接线方式 集中或分布的电感、电容、电阻的数值 电弧参数 电弧电压 剩余电阻 过零前：Rh = 0 l理想弧隙 过零后：Rh 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理53 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 电路为纯感性：电流滞后于电源电压90 l两点简化 电压恢复过程极短（几百微秒），电源电压变化很小，忽略 不计 2021-7-24第四章交流

31、电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理54 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 L: 整个回路的等效电感（电源自身和线路电感） C:折算到弧隙两端的等效电容（电源绕组和线路对地、线间） R:折算到弧隙两端的等效电阻（电源、线路等各种电、磁损 耗折算） 等效电路 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理55 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 电流过零前 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 电流过零后 Rh = 0 Uhf = Uc =

32、 Rhih = 0 Rh = ih = 0 il = ic+ih Uc = uhf 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理56 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 电流过零后恢复电压的微分方程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理57 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 初始条件 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理58 4-2 4-2

33、弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理59 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 定义： 电路固有振幅衰减系数 电路固有振荡角频率 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理60 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 欧拉公式 电路固有振幅衰减系数 电路固有振荡角频率 20

34、21-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理61 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 固有振幅衰减系数 和固有振荡角频率 只与电路参数有关 电路固有振幅衰减系数 电路固有振荡角频率 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理62 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 欠阻尼：减幅振荡 实际情况 作用时间极短 高频振荡（感性负载：零后电压上升速度快） 2021-7-24第四章交流电弧的熄

35、灭原理第四章交流电弧的熄灭原理63 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 定义： 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理64 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理65 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 过阻尼：无振荡、单调变化 2021-7-24第

36、四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理66 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 过阻尼：无振荡、单调变化 欠阻尼：减幅振荡 实际开断单频电路短路电流时，uhf多为振荡衰减的波形 这种恢复电压常用两参数来表征 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理67 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 描述恢复电压幅值的大小 描述恢复电压上升速度的快慢 实际开断单频电路短路电流时，uhf多为振荡衰减的波形

37、 这种恢复电压常用两参数来表征 在低压电器中 振幅因数 振荡频率 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理68 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 在低压电器中 固有振幅因数 固有振荡频率 时，uhf达到峰值ufhm 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理69 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 实际开断单频电路短路电流时，uhf多为振荡衰减的波形 这种恢复电压常用两参数

38、来表征 在高压电器中 恢复电压峰值：c 固有瞬态恢复电压参数（p.111，表4-4） 峰值时间：t3 延迟时间：td（表征起始上升部分 的凹度） 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理70 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n理想弧隙的电压恢复过程 l开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 恢复电压中有多个频率暂态分量（双频、三频 ） 采用四参数来表征 第一波幅值：1 固有瞬态恢复电压参数（p.112，表4-5） 延迟时间：td（表征起始上升 部分的凹度） 第一波幅时间：t1 峰值：Uc 峰值时间：t2 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理

39、第四章交流电弧的熄灭原理71 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n电弧参数对电压恢复过程的影响 l影响因素 电流正弦形，电弧电压呈马鞍形，存在燃弧、熄弧尖峰 当开断电流增大，电弧电流过零时，电弧电阻并不立即 为无穷大，而是一有限值Rs 恢复电压加到弧隙上时，还可流过剩余电流（弧后电流） （post arc current） 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理72 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n电弧参数对电压恢复过程的影响 l等效电路 理想弧隙实际弧隙 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的

40、熄灭原理73 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n电弧参数对电压恢复过程的影响 理想弧隙实际弧隙 弧隙剩余电阻的存在，相当于并联了电阻 假定剩余电阻为常数 可用处理固有瞬态恢复电压的方法求解 以uxh出现时刻为0时刻，即t=0时，uhf = -uxh 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理74 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n电弧参数对电压恢复过程的影响 理想弧隙实际弧隙 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理75 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n电弧参数对电

41、压恢复过程的影响 理想弧隙实际弧隙 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理76 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n电弧参数对电压恢复过程的影响 理想弧隙实际弧隙 欠阻尼：减幅振荡 过阻尼：无振荡、单调变化 欠阻尼：减幅振荡 过阻尼：无振荡、单调变化 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理77 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n电弧参数对电压恢复过程的影响 理想弧隙实际弧隙 欠阻尼：减幅振荡欠阻尼：减幅振荡 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理78 4-2 4

42、-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n电弧参数对电压恢复过程的影响 理想弧隙实际弧隙 过阻尼：无振荡、单调变化 过阻尼：无振荡、单调变化 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理79 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n电弧参数对电压恢复过程的影响 理想弧隙实际弧隙 电路固有振荡角频率 l对于减幅振荡的情况 电路固有振幅衰减系数电路实际振幅衰减系数 电路实际振荡角频率 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理80 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n电弧参数对电压恢复过程的影响 理想弧隙实际弧隙 l对于减幅振荡的情况 固有振幅因数 固有振荡频率 实际振幅因数 实际振荡频率 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理81 4-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的电压恢复过程 n电弧参数对电压恢复过程的影响 理想弧隙实际弧隙 l对于减幅振荡的情况 熄弧电压的作用 无影响 无影响 无影响 2021-7-24第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理82 4-2 4