交流電弧的滅弧原理.ppt

1、5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,1. 恢復(fù)電壓的組成 1）電壓恢復(fù)過程： 交流電路中，若電流過零后電弧熄滅，則電源電壓將加到弧隙上，即弧隙兩端的電壓將由此刻的電弧電壓最終上升到電源電壓。這一過程被稱為電壓恢復(fù)過程。 2）恢復(fù)電壓：電流過零電弧熄滅后施加于弧隙上的電壓。 3）恢復(fù)電壓的組成：,穩(wěn)態(tài)分量,直流電壓,+ 暫態(tài)分量,+ 工頻電壓,工頻恢復(fù)電壓,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,2. 開斷不同負載電路時的恢復(fù)電壓,1）電阻性負載： 電弧電流 與電源電壓同相。熄弧后， 由零按正弦規(guī)律上升。此時，恢復(fù)電壓不存在暫態(tài)分量，其穩(wěn)定分量為工頻電壓。,HOME,t,0,u，i,u,i,uh,uhf,t0,

2、tf,此刻電弧熄滅,此刻觸頭分離,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,2）電感性負載： 電流 i 滯后于電壓 u 90，當(dāng)i 過零時， u 處于最大值。,HOME,t,0,u，i,u,i,uh,uhf,t0,tf,此刻電弧熄滅,此刻觸頭分離,若i 過零后電弧熄滅，電路斷開，則理論上 u 將從零躍升到其幅值。,實際應(yīng)用中，由于弧隙間總存在一定的并聯(lián)電容，故弧隙兩端電壓將按一快速的過零過程上升，然后再按工頻電壓變化。,在開斷電感性負載時， 通常含有暫態(tài)分量，其上升速度要比開斷電阻性負載時要快得多。,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,3）電容性負載： 電流 i 超前于電壓 u 90。 當(dāng)tT/2時， i 過零

3、，此刻電容C被充電到 u 的幅值。若電弧熄滅，則電容將無放電回路，故保持該電壓值。 i 過零后，,開斷容性負載電路時， uhf不含有暫態(tài)分量，其穩(wěn)態(tài)分量為電容電壓與工頻電壓之和。其最大值可達工頻電壓的兩倍。,HOME,t,0,u，i,u,i,uh,uhf,t0,tf,此刻電弧熄滅,此刻觸頭分離,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,3. 三相交流系統(tǒng)工頻恢復(fù)電壓,設(shè)電流 i 過零瞬間，工頻恢復(fù)電壓的瞬時值 Ug0 ，則,式中： Ugm 工頻恢復(fù)電壓的幅值； U 電源相電壓的有效值； 被開斷線路的電流和電源電壓的相角差； Kx 線路因數(shù)，用以考慮不同的開斷情況，其定義為,式中 Ugp 電源開斷后加在弧隙

4、上的工頻電壓有效值。,HOME,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,10開斷單相電?。?HOME,A,B,C,uA,uB,uC,KA,Z,0,uA,0,uAhf,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,HOME,A,B,C,uA,uB,uC,KA,Z,0,uA,0,uAhf,2)開斷兩相兩弧隙電路（中性點不接地）：,KB,Z,uBhf,uB,uAB,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,HOME,A,B,C,uA,uB,uC,KA,Z,0,uA,0,uAhf,KB,Z,uBh,uB,uBC,3)開斷三相三弧隙電路（中性點不接地）：,KC,Z,uCh,A相電弧首先熄滅,uC,m,m,uAhf,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過

5、程,HOME,A,B,C,uA,uB,uC,KA,Z,0,uA,0,uAhf,KB,Z,uBh,uB,uBC,KC,Z,uCh,A相電弧首先熄滅,uC,m ,m,uAhf,4）開斷三相三弧隙電路（中性點接地）：,與電源中性點至負載中性點之間的接地電阻大小有關(guān)。,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,4. 理想弧隙上的電壓恢復(fù)過程,1）理想弧隙：電流過零之前，,電流過零后，,交流電弧電流過零后很短時間內(nèi)，弧隙上恢復(fù)電壓的數(shù)值和波形與兩方面的參數(shù)有關(guān)： （1）電路參數(shù)：電路接線方式，集中或分布的電感、電容和電阻參數(shù)。 （2）電弧參數(shù)：電弧電壓，剩余電弧電阻等 。,HOME,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,2

6、）物理模型： （1）實際電網(wǎng)中發(fā)生短路故障時，線路呈感性負載特性，即電流滯后電壓90，電流過零瞬間弧隙間的工頻電壓 （2）電壓恢復(fù)時間作常短，此期間內(nèi)電源電壓變化很小，故可以認(rèn)為電源電壓 u Ugm常數(shù)。,HOME,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,3）開斷單頻電路時弧隙上的電壓恢復(fù)過程 設(shè)有一容量無窮大電源系統(tǒng)。,HOME,R,L,RZ,LZ,C,K,i,當(dāng)在距斷路器K不遠處后方發(fā)生短路時，線路中流過短路電流i 。,繼電保護裝置動作，斷路器觸頭分?jǐn)?，觸頭間產(chǎn)生電弧。,電流過零后，電弧熄滅，故障線路被切除 。,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,等效電路：,HOME,R,L,C,K,i,根據(jù)基爾霍夫定律

7、，可得電弧過零后電路電壓平衡方程式：,u,uL,uR,uC,uhf,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,已知：,HOME,得：,在瞬態(tài)恢復(fù)電壓開始一段時間內(nèi)，電源電壓基本保持不變，假定等于Ugm。得：,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,微分方程式的通解：,式中：,HOME,初始條件： t = 0（i 過零時瞬間）：,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,得系數(shù)：,HOME,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,（1）當(dāng) 時，,線路固有振幅衰減系數(shù)：,線路固有震蕩角頻率：,由歐拉公式,可得：,式中：,HOME,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,HOME,uhf,Ugm,tm,t,0,uhfm,恢復(fù)電壓產(chǎn)生初始時刻，其上升速度

8、最快。,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,（2）當(dāng) 時，,可得：,HOME,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,HOME,uhf,Ugm,t,0,恢復(fù)電壓產(chǎn)生初始時刻，其上升速度較慢。,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,低壓開關(guān)電器中，國標(biāo)規(guī)定采用振幅因數(shù) 和振蕩頻率 f 兩參數(shù)，其定義為,對于高壓開關(guān)電器，國標(biāo)規(guī)定采用恢復(fù)電壓峰值 Uc 和峰值時間 t3 兩個參數(shù)，為了描述 uhf曲線起始上升部分的凹度，標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了另一參數(shù) 時延 td。,HOME,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,HOME,uhf,tm,t,0,uhfm,t3,Uc,A,B,C,td,D,5.2 弧隙中的電壓恢復(fù)過程,4）開斷多頻電路時弧隙

9、上的電壓恢復(fù)過程 四參數(shù)法：第一波幅時間 t1 、峰值 Uc 、峰值時間 t2 和 延時 td。,HOME,uhf,uhfm,Uc,A,B,C,D,t2,t,0,t1,td,E,5.3 交流電弧的熄滅條件,1. 交流電弧的熄滅條件 電流過零后弧隙中的實際介質(zhì)恢復(fù)強度總是高于加到弧隙上的實際恢復(fù)電壓特性。,HOME,ujf , uhf,t,0,ujf1,ujf2,uhf,5.3 交流電弧的熄滅條件,忽略恢復(fù)電壓作用的介質(zhì)恢復(fù)強度 。,HOME,(1) 固有介質(zhì)恢復(fù)強度 ujf0:,考慮恢復(fù)電壓作用的介質(zhì)恢復(fù)強度 。,(2) 實際介質(zhì)恢復(fù)強度 ujf:,理想弧隙間的恢復(fù)電壓 ，即忽略電弧及弧后參數(shù)

10、對恢復(fù)電壓的影響。,(3) 理想間隙恢復(fù)電壓:,考慮電弧及弧后參數(shù)對恢復(fù)電壓的影響。,(4) 實際恢復(fù)電壓:,5.3 交流電弧的熄滅條件,2. 電弧電流過零后幾種典型恢復(fù)電壓 uhf 波形及弧后電流 is波形,HOME,uhf,t,0,is,uhf,is,有剩余電流，電弧成功熄滅,發(fā)生電擊穿,uhf,t,0,is,uhf,is,uh,據(jù)此可以判斷電弧是否被成功熄滅，或發(fā)生哪種擊穿現(xiàn)象（電弧重燃）。,5.3 交流電弧的熄滅條件,HOME,uhf,t,0,is,uhf,is,uh,有剩余電流，發(fā)生電擊穿,uhf,t,0,is,uhf,is,uh,發(fā)生熱擊穿,28,5.3 交流電弧的熄滅條件,3、開

11、斷交流電路時，弧隙ih、uh、ujf和uhf等參數(shù)的綜合波形圖：,29,電弧燃燒共約3個半波，i1、i2、i3分別表示這三個半波的電弧電流ih，而t1、t2、t3分別表示三個電流半波的過零時刻，1、2、3分別表示i1、i2和i3過零之后落后于電源電壓u過零之后的相角。 觸頭分開前，uh為零。觸頭分開后，在第一個電流半波，lh很短，弧隙上的電壓uh0，故電流波形基本不變，ujf也較小。在t1時刻，ih第一次過零，因ujf不大，當(dāng)弧隙上uhf上升到Urh時，弧隙發(fā)生重燃，電流繼續(xù)流通。,5.3 交流電弧的熄滅條件,30, 第二個電流半波，ih和uh較前增大，故ih幅值減小，過零附近波形有些畸變，u與ih的相位差角為2，ujf也較前增大。在t2時刻ih第二次過零，因ujf仍不夠高，故