交流电弧的开断8分合闸速解析.pptx

交流电弧的特点及利用对于含有直流电弧的电路，若能使电路方程与电弧的伏安特性没有交点，则电弧肯定要熄灭。但若根据事物的特殊性，采取有针对性的措施，往往能得到事半功倍的效果交流电弧的电流有一个过零点，电流过零时就有一个短暂的电弧熄灭时间，如能利用这一个短暂的电弧熄灭时间，迅速降低弧柱内的电导率，就可有效地灭弧.交流电弧的特性及灭弧.1交流电弧的基本特点1.ua、ia的波形特征（1）ua与ia同相位，电弧的电特性可视为电阻（2）小电流时，ua 为马鞍形，大电流时，ua 的中后部平直（3）对应于起弧和熄弧的电压分别称为起（燃）弧电压和熄弧电压，或起弧尖峰和熄弧尖峰，其电压最小值应大于阴极压降；这导致ia的上升与下降比正弦曲线陡峭，而在电流过零前后变化缓慢，呈现约1ms的电流零休时间，这对电流过零时的灭弧有利左边为小电流时的波形右边为大电流时的波形2.交流电弧的伏安特性 a、交流电弧的伏安特性 b、交流电弧的简化伏安特 忽略起弧前与熄弧后的电流，就得到简化的伏安特性曲线与直流电弧的动态伏安特性类似 3.冷却对电弧温度的影响 a.自由电弧：(1)Tmin较高，且滞后Im 相角较大(2)T=Tmax Tmin 小，降温缓慢电流过零时是灭弧的好时机，但温度较高，不利于灭弧b.对电弧进行强烈气吹：(1)冷却越好，Tmin越小，且滞后角越小(2)T=Tmax Tmin 大，降温迅速电流过零时 温度较低，利于灭弧关心电流过零点时的电弧温度.2 非线性的电弧电阻对电路中电流的影响含有电弧的交流电路：电弧用非线性的电弧电阻代替 （1）（2）触头两端的电容很小，这一电容电流很小，可忽略。进一步假定：1.通常线路中的电阻R很小，可忽略；2.电弧电压为常数Ua，并随电流的反向而改变正负号；3.以电流过零时为计时起点，此时电源电压为最大值；4.当 t=/时起弧，为起弧相位角。（1）式可改写为：（3）对上式在正半周内积分：（4)可见：1.电弧电流由两个分量组成：第一项是滞后于电压90的正弦电流分量i；第二项是I，由电弧电压的影响所致，这一项随时间而线性增大，Ua 越大，则这一电流分量也越大，对回路中电流波形的畸变也越大（波形陡峭）。2.电弧电流的过零点比正弦电流的自然过零点早角度，电弧电压越大，该提前角也就越大。3.提前角 还与起弧相位角有关（略）电弧电流负半周的情况可类似分析讨论：起弧相位角（0 ）的大小对电流波形过零前后的影响如何？为什么电弧电流过零前后的波形比正弦波形陡峭？这是因为：1.由电弧电压不为零引起，电弧电压越高，影响越大；2.由阴极压降引起，低于这个值不导通。实际上电弧电流过零前后不按工频规律过零，其电流过零的时间小于0.1ms，且有约1ms的电流零休时间，这为灭弧提供了有利的时机。由于电弧电压不为常数，所以实际上的情况更为复杂。理想电弧：当电弧电流足够大时，此时电弧电阻很小，可略去电弧电阻，认为是金属性短接；当电弧熄灭后，认为间隙的电阻立即变为无穷大，这样的电弧被称为理想电弧。.3 交流电弧的开断过程1.交流电弧的三种熄灭过程：（1）强迫熄弧：电弧电压Ua很高，电源电压不能维持，电流很快减小到零而熄弧。（2）截流熄弧：因电弧不稳定或断路器灭弧能力太强，使电流在过零前被突然截断而熄弧，主要发生在真空断路器开断小电流时发生。（3）电流过零熄弧：交流电流过零时电弧会自然熄灭。经过大约1ms的电流零休时间，若电弧未重燃，则电路被成功开断；反之，电弧重燃，则电路未能开断。所以，交流电路能否成功开断，取决于电流过零后电弧会否重燃,这又取决于弧后介质的绝缘强度Ud（单位为kV)与触头间恢复电压两者的竞争。前两种的结果类似，但物理过程不一样。Ud=f(t,i,T,介质,灭弧室的性能）Utr=f(电网结构，参数）熄弧条件：UdUtrt(s)U(kv)Ud1Ud2UtrUd3热态：Ud1、Ud2分别对应电流i1、i2，i1 i2热击穿发生的历史条件是：介质绝缘强度与恢复电压同时由零上升，但此时原弧柱中的T仍较高，仍有一定的电离度，弧隙中会形成弧后电流，其过程如下：若：i1Ra散热功率NT x i1 Utr Ud 电 弧重燃。这种情况下的电弧重燃是由热击穿引起的。若：i2Ra Utr 开断。介质绝缘强度和恢复电压随时间的变化关系冷态：Ud3 电击穿发生的历史条件是：恢复电压由零上升时，介质已有一定的绝缘强度。介质有一定绝缘强度的可能原因：（1）弧柱被吹断，电流通道被破坏；（2）弧柱温度T Ud，则这种情况下的电弧重燃是由电击穿引起的。实际上，这两种机理都与电离度有关，也就是与温度有关，不能截然分开。恢复电压的两个参数 恢复电压最大值Utrm=Um(电源电压最大值）恢复电压平均上升率电流过零时的现象同时过零：电弧电流与电压同时过零超前过零：电弧电流的零点超前于电流零点 原因1、电容电流？数量级2、更可能的是电弧等离子体内的波动现象引起.4 促使交流电弧熄灭的措施1.提高介质绝缘强度及其上升率a.加装灭弧室，提高压力；b.加强吹弧冷却；c.采用好的介质；d.提高触头的分断速度；e.采用多断口串联。2.降低恢复电压及其上升速度a.在断口上加装并联电阻；b.在多断口断路器上并联均压电容，同时保证多断口开关动作的同期性。讨论：如果某一个断路器能开断某一电流的直流电弧，那么这一断路器肯定能开断同样电流的交流电弧，但反过来不一定成立，为什么？8.断路器分合闸速度对灭弧性能的影响1.分合闸速度特性2.刚分速度对断路器性能的影响Vgf 燃弧时间电弧能量Ud 触头烧损 开断电流 3.刚合速度对断路器性能的影响要受到分闸弹簧力、重力、预击穿后的电动力和摩擦力Vgh 燃弧时间电弧能量利于再 次分断时Ud 克服电动力，使触头关合到底再次 分断时提供足够的Vgf 触头烧损4.机械操动系统（1）操动机构：与操动能源直接相连的机械传动装置（2）提升机构：带动触头作直线运动的机构（3）传动机构：连接操动机构与提升机构的中间部分这三种机构基本上是以四连杆机构为基础构成的分合闸缓冲器：分闸缓冲器一般为油缓冲器，合闸缓冲器一般为弹簧缓冲器（分闸弹簧），其作用是：（1）避免合闸结束过程中的撞击和机械部件的损坏；（2）为分闸提供能量合闸能源的种类：电磁能（电磁操动机构）、弹簧能（弹簧操动机构）、气体或液体的压缩能（气动或液压操动机构）分闸能源的种类：合闸过程中对分闸弹簧储能、气体或液体的压缩能5.对操动机构的要求1.合闸时：有足够的合闸力，有足够的刚合速度，顺利关合到底（要能克服关合短路电流时很大的收缩电动力、分闸弹簧力、触头弹簧的磨擦力）2.合闸后：能自锁维持3.分闸时：有足够的刚分速度4.能自由脱扣：自由脱扣无论是已经合闸或正在合闸，接到分闸命令就能马上分闸，优先级最高。自由脱扣装置一般由五连杆机构组成作业题1.为什么说交流电弧的熄灭实质上是阻止电弧的重燃？它的熄灭条件是什么？与直流电弧的熄灭有什么区别？2.提高交流电弧的电弧电压对灭弧过程有什么影响？3.为什么要有足够的刚分速度和刚合速度？