第四章交流电弧的熄灭原理

1、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2022-3-12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。2022-3-12第四章交流电弧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

2、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2022-3-12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 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理54-0 4-0 序序n交流电

3、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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理64-0 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：uhfl弧隙中的电离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：ujf2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧

4、的熄灭原理74-0 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2022-3-12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 交流电弧的熄灭条件交流电弧的熄灭条件2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理94-1 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

5、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，电极换向电流过零2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理104-1 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 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理114-1 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

6、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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理124-1 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理134-1 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

7、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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理144-1 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:Uj2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理154-1 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

8、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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理164-1 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Ujf02022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧

9、的熄灭原理174-1 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，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IhUjf02022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理184-1 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

10、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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理194-1 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理214-1 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

11、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RzPz PsRzPsPzPz不重燃重燃2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理224-1 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 PsRzPsPzPz不重燃重燃临界情况：2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理234-1 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

12、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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理244-1 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 breakdow

13、n）阶段：电弧电流过零后，Rh ，但由于介质温度较高，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）2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理254-1 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

14、极区逐渐冷却全部弧柱区冷却到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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理264-1 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）2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理274-1 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

15、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 2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理284-1 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：I0Thdh热发射 近阴极效应 Ujf0 2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理294-1 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

16、 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理304-1 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热导率新阴极温度 电极冷却 热发射 Ujf02022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章

17、交流电弧的熄灭原理314-1 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理324-1 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tfih燃弧时间弧柱和触头温度弧隙能量jftf过零时开距太小弧隙金属蒸汽弧隙气体电离电位jf2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理334-1 4-1 弧隙中的介质恢复过程弧隙中的介质恢复过程n

18、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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理344-1 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，Uj

19、f 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 2022-3-12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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理364-2 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

20、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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理374-2 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 voltage）：电压恢复过程中弧隙上的电压阻性负载感性负载2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理384-2 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，

21、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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理394-2 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恢复电压与负载性质有关阻性负载感性负载2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理404-2 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

22、按正弦波形上升uhf 无暂态分量，只有工频恢复电压2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理414-2 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90ih 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理424-2 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

23、感性负载ih滞后于u约90ih 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理434-2 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90ih 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2022-3-12第

24、四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理444-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理454-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理464-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙

25、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 :电流与电源电压的相位差 Ugp：工频恢复电压的有效值 Kx ：线路因数2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理474-2 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

26、2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理484-2 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）2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理494-2 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 = 1.52022-3-12第四章交流电弧的熄灭

27、原理第四章交流电弧的熄灭原理504-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理514-2 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，

28、取 Kx=1.3Kx =Kx =1.51Kx 1.52022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理524-2 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 = 0l理想弧隙过零后：Rh2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理534-2 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90l两点简化电压恢复过程极短（

29、几百微秒），电源电压变化很小，忽略不计2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理544-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理554-2 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

30、后Rh = 0Uhf = Uc = Rhih = 0Rh =ih = 0il = ic+ihUc = uhf2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理564-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理574-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理584-2 4-2

31、 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理594-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理604-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄

32、灭原理第四章交流电弧的熄灭原理614-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理624-2 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）2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理634-2 4-2 弧隙中的电压恢复

33、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：2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理644-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理654-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理664-2 4-2 弧隙中的电压恢复过程弧隙中的

34、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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理674-2 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2022-3-12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、684-2 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ufhm2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理694-2 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）2022-3-12第四章

36、交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理704-2 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：t22022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理714-2 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

37、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）2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理724-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理734-2 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

38、刻，即t=0时，uhf = -uxh2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理744-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理754-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理764-2 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：

39、减幅振荡过阻尼：无振荡、单调变化2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理774-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理784-2 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过阻尼：无振荡、单调变化过阻尼：无振荡、单调变化2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理794-2 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

40、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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理804-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理814-2 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2022-3-12第四章交流电弧的熄灭原理第四章交流电弧的熄灭原理824-2