[物理]开关电器开断时弧隙上的电压变化过程.ppt

开关电器开断时弧隙上的电压变化过程 1.开断三相电路时首开极弧隙上的恢复电压 恢复电压(recovery voltage) 开断电流熄弧后，出现于开关一个极的两端子间的电压。 该电压可以认为是连续的两段，起初是瞬态恢复电压，接着是工频恢复电压。 瞬态恢复电压（transient recovery voltage, 简称TRV）：具有显著瞬态特性时间内的恢复电压。 工频恢复电压（power-frequency recovery voltage，简称PFRV）：瞬态电压现象消失后的恢复电压。 以上的基本概念是根据IEC标准和国家标准给出的。 另外还有一种分析方法，也符合电工术语标准，即把恢复电压看成是它的工频分量和非工频衰减分量两部分叠加。这在数学分析上较为有用，从时间上自始至终将恢复电压看成是两个分量的叠加。 这两种分法从原则上讲并不矛盾，但不能混淆。这是两种不同场合的规定，是不同的名词术语，且本身含义也不同。既不能简单地把恢复电压与瞬态恢复电压等同，又不能把恢复电压的工频分量就叫做工频恢复电压。 （2）开断单相电路时的恢复电压 在断路器出口处发生短路，则断路器DL打开，产生电弧。在电弧电流过零时电弧熄灭，于是在间隙两端将发生一个电压恢复过程，最后间隙上的电压即为电源电压。显然，间隙上的电压恢复过程同时受到电网参数和弧隙参数两方面的作用。 当开断时触头上的电压恢复过程发生高频振荡，则恢复电压的幅值和恢复速度都随之增加，这对灭弧造成不利的影响。 理想弧隙上的电压恢复过程只取决于电网的参数。而弧隙上的并联电阻可以改变恢复电压的特性，即改变恢复电压的幅值和恢复速度。当并联电阻的数值低于临界电阻时，还可把周期性振荡的恢复过程转变成非周期恢复过程。从而大大降低了恢复电压的幅值和恢复速度。即并联电阻可起增加断路器开断能力的作用。 在实际电路中，所遇到的情况并非象上述那么简单，而要复杂得多。不仅电压恢复过程可能是多频率的振荡过程，而且线路本身的参数也是分布的，因此计算只能等效近似地进行。 弧隙参数对电压恢复过程的影响 实际弧隙与理想弧隙不同，电流过零后弧隙电阻并不一定立即变成无限大，有的情况还存在着残余电阻。正是由于有残余电阻，才使电弧过零后，间隙上所发生的电压恢复过程与间隙的介质强度恢复过程互相联系和互相影响。因此，弧隙参数对恢复电压的影响主要就是残余电阻所起的影响。 如果把一个具有残余电阻的实际弧隙看成是一个理想弧隙与一个电阻的并联，而这个并联电阻就是残余电阻。残余电阻的存在降低了恢复电压的幅值和恢复速度，即对电压恢复过程起阻尼作用。残余电阻大小的不同，使恢复电压可以是周期性的振荡，也可以是非周期性过程。 实际上，残余电阻是随时间变化的，因此阻尼作用的强弱也随时在变化着。 实际弧隙的电压恢复过程不仅取决于电网的参数，在很大程度上还取决于断路器的性能。而残余电阻的大小正是在一定条件下表征了电弧电流过零后弧隙的去游离强弱和介质强度恢复的快慢。 存在着两种不同情况的实际弧隙： 当弧隙的去游离作用很强时，介质强度的恢复就快，残余电阻就大（甚至接近或等于无限大）。此时弧隙上的电压恢复过程主要由电网参数来决定。 相反的，当弧隙去游离作用较弱时，残余电阻就小，电压恢复过程在很大程度上受到残余电阻的影响 。 （3）三相电路开断时的恢复电压 中性点不直接接地系统的三相短路故障 中性点直接接地系统的三相接地短路故障 首开极系数 从上面分析可看出，三极断路器分断时，三极断口所开断的电流大小和其上的恢复电压的大小均不相同。但均可得到以首开极为最高，即首开极的开断条件最为严酷。因此，根据约定，在不加明确说明时，三相系统中的恢复电压就是指首开极上的恢复电压。 首开极系数即为首开极的恢复电压工频分量有效值与电源相电压有效值之比。 （4）瞬态恢复电压 瞬态恢复电压的表示法 断路器必须在电网中可能出现的最严重的恢复电压下可靠分断。当断路器在进行开断能力试验时，所施加的恢复电压应该有一个统一的要求。这就对瞬态恢复电压应有一个共同的描述方法，并按此确定额定参数。现行标准中规定的额定瞬态恢复电压的表示法有两种： 在某些情况下，特别是电压高于100kV的系统中，短路电流相对于所考虑点的最大短路电流而言是比较大的，瞬态恢复电压包括一个高上升率的起始阶段，继之而来的后一阶段上升率比较低。这种波形一般适宜于用四参数法确定的三条线段所组成的包络线来表示。 在另外一些情况下，特别是在电压低于100kV的系统中，或系统电压虽高于100kV而短路电流相对较小且经变压器供电的条件下，瞬态恢复电压接近于一种阻尼的单频振荡波，这种波形适宜用于两参数确定的两条线段所组成的包络线来表示。 2.近区故障 近区故障是指在大容量的系统中，距断路器出线端几百米至几