05交流电弧的灭弧原理1.ppt

交流电弧熄灭原理 思考题 1. 开关电器弧隙的介质恢复强度与哪些因素有关？? 2. 何谓介质初始恢复强度？为什么介质初始恢复强度与交流电弧电流过零前的阳极温度有关？ 3. 为什么交流开关电器弧隙的介质恢复强度关于触头分开起到电弧电流过零时间 tf 及此刻的触头开距存在一个最高值？ 4. 在不考虑人工过零方法外，熄灭直流电弧时，有无介质恢复强度和恢复电压竞赛的问题? 思考题 第5章 交流电弧的灭弧原理 当交流电弧过零后，弧隙中同时存在两个相互联系的物理过程: (1)介质恢复过程： 弧隙中电离气体由导电状态迅速转变为绝缘状态的过程。 (2) 电压恢复过程： 电流过零后，电源及线路电压加到弧隙两端上的过程。 HOME 若介质恢复强度曲线 ujf 大于电压恢复强度曲线 uhf ，则电弧趋于熄灭；否则，若某一瞬间小于 uhf ，则电弧将继续燃烧。 * 二、两过程在“竞赛” 概 述 §5.1 弧隙间的介质恢复过程 交流电弧电流过零后，弧隙中的介质恢复过程在近极区和弧柱区不同。 1. 近极区的介质恢复过程 1）近极区：靠近电极的电弧区域。 2）空间电荷区： 当弧隙两端电压极性改变时，电子（质量小）将迅速向正极方向移动，而正离子由于质量较大，加速缓慢，故在极短时间内可以认为还停留在原来位置上。 如果在电流过零期间新的阴极（原来的阳极）已冷却到基本上不产生热发射的温度，则在阴极附近就形成了正的空间电荷区。 HOME 等离子体区 空间电荷区 §5.1 弧隙间的介质恢复过程 由于空间电荷区的存在，在新阳极表面附近形成了电场。 HOME 0 x E l 0 x U §5.1 弧隙间的介质恢复过程 根据泊松方程 x — 距阴极表面的距离； U — 距阴极表面x处相对阴极的电位； n — 正电荷密度； q — 一个带电粒子的电量； ε — 气体的介电常数。 设正空间电荷区长度为l，解方程，得 以电极表面处为参考电位，即 x = 0 时，U = 0 。则 0 ≦ x≦l HOME §5.1 弧隙间的介质恢复过程 根据空间电荷区的定义，在 x = l 处，E = 0，得 在弧隙中的其它区域，正负带电粒子数仍然相等，其导电率很大。因此，可以认为，当 x = l 时，空间电荷层上作用的电压 U 等于此时加在电极上的电压 Uj，即 由此可得电流过零瞬间近极区电场强度 HOME §5.1 弧隙间的介质恢复过程 3）近极效应 电流过零时， 阴极较冷，故电子只能靠阴极表面处的高电场发射电子。如果阴极表面处的电场强度不足够高，则将不足以产生场发射，电弧便不会重燃。宏观角度看，好像弧隙在电流过零后立即获得一定的耐压强度，这一现象，被称为近极效应。 4）介质初始恢复强度Ujf0 ： 电流过零后，弧隙立即能够承受的电压。 Ujf0与电流过零瞬间原来的阳极的温度有关。原来的阳极的温度越高， Ujf0 越低。 Why ？ 这是因为此时电极表面的热发射发生作用。当热发射很强时，电流过零后弧隙将类似一个阻值较高的导体，上述所谓的近极效应将不复存在。 HOME §5.1 弧隙间的介质恢复过程 2. 弧柱区的介质恢复过程 当电弧电流过零时，尽管 输入弧隙功率Ph＝0，但由于弧柱具有热惯性，在 过零瞬间和过零以后一定时间内， 电弧电阻Rh并不为无穷大，而是随灭弧介质对电弧作用强烈程度的不同，而具有一定的数值。 1） 此时，若在弧隙上施加足够高的电压，使得 Ph Ps ，则Rh 将迅速下降，直至电弧又剧烈燃烧。 2）若施加在弧隙上的电压很小，使得 PhPs ，则Rh将继续增大，直至无穷大。此时，弧柱的温度不高于3000 ～ 4000K，即热电离已基本停止，即使在弧隙上再施加电压，弧隙中也不能再流过较大电流。 电弧重燃 电弧熄灭 HOME §5.1 弧隙间的介质恢复过程 弧隙击穿 ： 弧隙的热击穿， 弧隙的电击穿。 （1）弧隙的热击穿： 电弧重燃的本质是由于电弧的热惯性，使得电流过零后Rh并不为无穷大，而是具有一定的数值。而当弧隙被施加一定电压，使得Ph Ps ， 弧柱被加热而造成的，所以这种重燃被称为热击穿。 （2）弧隙的电击穿： 当电弧过零后弧柱温度低于3000～ 4000K时，热电离作用已基本停止， Rh将趋于无穷大，此时弧