05交流电弧的灭弧原理2讲解

0
C t 0
du dt
hf t 0
du dt
c t 0
1 i C
0
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
得系数：
2 K1 U gm 1 2 1 K2 U gm 2 1
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
（1）当 R
1 2 RC 1 1 2 线路固有震荡角频率： 0 ( ) LC 2 RC
0t 0 hf gm gm 0 0 0
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程 uhf
恢复电压产生初始时刻，其上升速度较慢。
Ugm
0
HOME
t
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
低压开关电器中，国标规定采用振幅因数 γ 和振荡频率 f 两 参数，其定义为
U U
hfm
gm
1 f 2t
m
对于高压开关电器，国标规定采用恢复电压峰值 Uc 和峰值 时间 t3 两个参数，为了描述 uhf曲线起始上升部分的凹度，标准还 规定了另一参数 —时延 td。
2）物理模型：
（1）实际电网中发生短路故障时，线路呈感性负载特性，即电流 滞后电压90°，电流过零瞬间弧隙间的工频电压
U g 0 U gm 2 K xU
（2）电压恢复时间作常短，此期间内电源电压变化很小，故可以
认为电源电压 u ＝Ugm＝常数。
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
3）开断单频电路时弧隙上的电压恢复过程 设有一容量无穷大电源系统。 当在距断路器K不远处后方发生短路时，线路中流过短路电流i 。 L R i K LZ RZ
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§5.3 交流电弧的熄灭条件
② 第二个电流半波，ih和uh较前增大，故ih幅值减小，过零附
近波形有些畸变，u与ih的相位差角为Φ2，ujf也较前增大。在t2时 刻ih第二次过零，因ujf仍不够高，故uhf上升到Urh”时，电弧又发生 重燃，ih又继续流通； ③ 第三个电流半波，lh和uh继续增大，故ih幅值又减小，过零 附近波形畸变更剧烈，ujf继续增高。t3时刻ih第三次过零。因uhf在 较低的工频恢复电压瞬时值作用下上升，呈振荡性且有剩余电流is 通过，但因实际 ujf 总是大于实际的 uhf 数值，电弧不再重燃，电路
u， i
u uhf uc uhf u uc
0
u
uhf
此刻电弧熄灭
开断容性负载电路时， uhf不含有 暂态分量，其稳态分量为电容电压与工 频电压之和。其最大值可达工频电压的 两倍。 此刻触头分离
t0
tf ωt
uh
i
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
3. 三相交流系统工频恢复电压
设电流 i 过零瞬间，工频恢复电压的瞬时值 Ug0 ，则
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
10开断单相电弧： K x 1.0
A uA uC 0
KA uAhf uB
Z
uA
~ ~
B
C
~
0
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
2)开断两相两弧隙电路（中性点不接地）：
Kx
3 2
A uA uC 0
KA uAhf uB
Z uA
~ ~
B
C
~
KB uBhf
U g 0 U gm sin 2 K xU sin
式中： Ugm —工频恢复电压的幅值； Uφ — 电源相电压的有效值； φ — 被开断线路的电流和电源电压的相角差； Kx — 线路因数，用以考虑不同的开断情况，其定义为
Kx
U gp U
式中 Ugp —电源开断后加在弧隙上的工频电压有效值。
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程 uhf uhfm Ugm
恢复电压产生初始时刻，其上升速度最快。
0
tm
HOME
t
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
（2）当 R
1 L 时， 2 C
1, 2 0 0
0 (
1 2 1 ) 2 RC LC
可得：
u U U e ( sh ch )
4. 理想弧隙上的电压恢复过程
1）理想弧隙：电流过零之前，
Rh 0;
电流过零后，
Rh
交流电弧电流过零后很短时间内，弧隙上恢复电压的数值和 波形与两方面的参数有关： （1）电路参数：电路接线方式，集中或分布的电感、电容和 电阻参数。 （2）电弧参数：电弧电压，剩余电弧电阻等 。
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
1. 恢复电压的组成 1）电压恢复过程： 交流电路中，若电流过零后电弧熄灭，则电源电压将加到弧隙 上，即弧隙两端的电压将由此刻的电弧电压最终上升到电源电压。 这一过程被称为电压恢复过程。 2）恢复电压：电流过零电弧熄灭后施加于弧隙上的电压。 3）恢复电压的组成：
稳态分量
~
C
继电保护装置动作，断路器触头分断，触头间产生电弧。 电流过零后，电弧熄灭，故障线路被切除 。 HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
等效电路： L R i
uL
uR uC
C
u
~
uhf
根据基尔霍夫定律，可得电弧过零后电路电压平衡方程式：
u u u u
L R
C
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
t
§5.3 交流电弧的熄灭条件
1. 交流电弧的熄灭条件
电流过零后弧隙中的实际介质恢复强度总是高于加到弧隙上的实 际恢复电压特性。
ujf , uhf
ujf1 uhf
ujf2
0
t
HOME
§5.3 交流电弧的熄灭条件
(1) 固有介质恢复强度 ujf0: 忽略恢复电压作用的介质恢复强度 。 (2) 实际介质恢复强度 ujf: 考虑恢复电压作用的介质恢复强度 。
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§5.3 交流电弧的熄灭条件
电弧燃烧共约3个半波，i1、i2、i3分别表示这三个半波的电弧电流ih，
而t1、t2、t3分别表示三个电流半波的过零时刻，Φ1、Φ2、Φ3分别表
示i1、i2和i3过零之后落后于电源电压u过零之后的相角。 ① 触头分开前，uh 为零。触头分开后，在第一个电流半波，lh 很短， 弧隙上的电压uh≈0，故电流波形基本不变，ujf也较小。在t1时刻，ih 第一次过零，因ujf不大，当弧隙上uhf上升到Urh’时，弧隙发生重燃， 电流继续流通。
uhf
is uhf
uhf
is
uhf uh is
is 0 t 0
t
发生电击穿 HOME
有剩余电流，电弧成功熄灭
§5.3 交流电弧的熄灭条件
uhf
is uhf is 0 uh
uhf
is
uhf
uh is t 0
发生热击穿
t
有剩余电流，发生电击穿
HOME
§5.3 交流电弧的熄灭条件
3、开断交流电路时，弧隙ih、uh、ujf和uhf等参数的 综合波形图：
终被开断。
30
2 hf hf 2 hf
gm
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
微分方程式的通解：
uhf (t ) K1e1t K2e 2t Ugm
式中：
1, 2
1 1 2 1 ( ) 2RC 2RC LC
初始条件： t = 0（i 过零时瞬间）：
u
hf t 0
u
C t 0
(3) 理想间隙恢复电压:
理想弧隙间的恢复电压 ，即忽略电弧及弧后参数对恢复电压的影响。
(4) 实际恢复电压: 考虑电弧及弧后参数对恢复电压的影响。
HOME
§5.3 交流电弧的熄灭条件
2. 电弧电流过零后几种典型恢复电压 uhf 波形及弧后电流 is波形 据此可以判断电弧是否被成功熄灭，或发生哪种击穿现象（电弧重燃）。
线路固有振幅衰减系数： 0 由欧拉公式 可得：
1 L 时， 2 C
1,2 0 j0
e jt cost j sin t
0 2 0t uhf U gm U gm ( ) 1 e sin(0t ) 0 1 0 式中： tan 0
ωt
t0 uhf
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
2）电感性负载：
电流 i 滞后于电压 u 90°，
当i 过零时， u 处于最大值。
u， i
u
i uh
此刻电弧熄灭
若i 过零后电弧熄灭，电路断 开，则理论上 u 将从零跃升到其幅 值。
实际应用中，由于弧隙间总存 在一定的并联电容，故弧隙两端 电压将按一快速的过零过程上升， 然后再按工频电压变化。
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程 uhf
C
A D B
源自文库
Uc
uhfm
0 td
t3
tm
HOME
t
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
4）开断多频电路时弧隙上的电压恢复过程 四参数法：第一波幅时间 t1 、峰值 Uc 、峰值时间 t2 和 延时 td。
uhf Uc
A
C D
E
B
uhfm
0 td
t1
t2
HOME
已知： i i
C
u u
C
hf
duC di iC C u L dt dt
L
得：
du du LC RC u u U sin(t ) dt dt
2 hf hf 2 hf m
在瞬态恢复电压开始一段时间内，电源电压基本保持不 变，假定等于Ugm。得：
du du LC RC u U dt dt
Z
0
uAB uB
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
3)开断三相三弧隙电路（中性点不接地）： A相电弧首先熄灭 A uA uC 0 KA uAhf uB Z uA
K x 1.5
uAhf
~ ~
B
0 KB uBh KC Z Z m uC uBC m uB
C
~
uCh
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
4）开断三相三弧隙电路（中性点接地）： A相电弧首先熄灭 A uA uC 0 KA uAhf uB Z uA
1 K x 1.5
与电源中性点至负 载中性点之间的接地电 阻大小有关。
uAhf
~ ~
B
0 KB uBh KC Z Z m’ uC uBC m’ uB
C
~
uCh
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
0 t0
tf
ωt
在开断电感性负载时， 通常 含有暂态分量，其上升速度要比开 断电阻性负载时要快得多。 此刻触头分离
uhf
HOME
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
3）电容性负载： 电流 i 超前于电压 u 90°。 当t＝T/2时， i 过零，此刻电容C被 充电到 u 的幅值。若电弧熄灭，则电容 将无放电回路，故保持该电压值。 i 过零后，
+ 暂态分量 + 工频电压
工频恢复电压
直流电压
§5.2 弧隙中的电压恢复过程
2. 开断不同负载电路时的恢复电 压 u， i 1）电阻性负载： 电弧电流 与电源电压同 相。熄弧后， 由零按正弦规 律上升。此时，恢复电压不 存在暂态分量，其稳定分量 为工频电压。
此刻触头分离
u i uh
此刻电弧熄灭
0
tf