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1、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,直流电压,+ 暂态分量,+ 工频电压,工频恢复电压,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,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。,HOME,t,0,u，i,u,i,uh,uhf,t0,
2、tf,此刻电弧熄灭,此刻触头分离,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。,HOME,t,0,u，i,u,i,uh,uhf,t0,tf,此刻电弧熄灭,此刻触头分离,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。,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。,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tT/2时， i 过零
3、，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，,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。,HOME,t,0,u，i,u,i,uh,uhf,t0,tf,此刻电弧熄灭,此刻触头分离,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,式中： Ugm 工频恢复电压的幅值； U 电源相电压的有效值； 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,式中 Ugp 电源开断后加在弧隙
4、上的工频电压有效值。,HOME,5.2 弧隙中的电压恢复过程,10开断单相电弧：,HOME,A,B,C,uA,uB,uC,KA,Z,0,uA,0,uAhf,5.2 弧隙中的电压恢复过程,HOME,A,B,C,uA,uB,uC,KA,Z,0,uA,0,uAhf,2)开断两相两弧隙电路（中性点不接地）：,KB,Z,uBhf,uB,uAB,5.2 弧隙中的电压恢复过程,HOME,A,B,C,uA,uB,uC,KA,Z,0,uA,0,uAhf,KB,Z,uBh,uB,uBC,3)开断三相三弧隙电路（中性点不接地）：,KC,Z,uCh,A相电弧首先熄灭,uC,m,m,uAhf,5.2 弧隙中的电压恢复过
5、程,HOME,A,B,C,uA,uB,uC,KA,Z,0,uA,0,uAhf,KB,Z,uBh,uB,uBC,KC,Z,uCh,A相电弧首先熄灭,uC,m ,m,uAhf,4）开断三相三弧隙电路（中性点接地）：,与电源中性点至负载中性点之间的接地电阻大小有关。,5.2 弧隙中的电压恢复过程,4. 理想弧隙上的电压恢复过程,1）理想弧隙：电流过零之前，,电流过零后，,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,2
6、）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 （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。,HOME,R,L,RZ,LZ,C,K,i,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 。,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 。,5.2 弧隙中的电压恢复过程,等效电路：,HOME,R,L,C,K,i,根据基尔霍夫定律
7、，可得电弧过零后电路电压平衡方程式：,u,uL,uR,uC,uhf,5.2 弧隙中的电压恢复过程,已知：,HOME,得：,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：,5.2 弧隙中的电压恢复过程,微分方程式的通解：,式中：,HOME,初始条件： t = 0（i 过零时瞬间）：,5.2 弧隙中的电压恢复过程,得系数：,HOME,5.2 弧隙中的电压恢复过程,（1）当 时，,线路固有振幅衰减系数：,线路固有震荡角频率：,由欧拉公式,可得：,式中：,HOME,5.2 弧隙中的电压恢复过程,HOME,uhf,Ugm,tm,t,0,uhfm,恢复电压产生初始时刻，其上升速度
8、最快。,5.2 弧隙中的电压恢复过程,（2）当 时，,可得：,HOME,5.2 弧隙中的电压恢复过程,HOME,uhf,Ugm,t,0,恢复电压产生初始时刻，其上升速度较慢。,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 和振荡频率 f 两参数，其定义为,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。,HOME,5.2 弧隙中的电压恢复过程,HOME,uhf,tm,t,0,uhfm,t3,Uc,A,B,C,td,D,5.2 弧隙中的电压恢复过程,4）开断多频电路时弧隙
9、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。,HOME,uhf,uhfm,Uc,A,B,C,D,t2,t,0,t1,td,E,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。,HOME,ujf , uhf,t,0,ujf1,ujf2,uhf,5.3 交流电弧的熄灭条件,忽略恢复电压作用的介质恢复强度 。,HOME,(1) 固有介质恢复强度 ujf0:,考虑恢复电压作用的介质恢复强度 。,(2) 实际介质恢复强度 ujf:,理想弧隙间的恢复电压 ，即忽略电弧及弧后参数
10、对恢复电压的影响。,(3) 理想间隙恢复电压:,考虑电弧及弧后参数对恢复电压的影响。,(4) 实际恢复电压:,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,HOME,uhf,t,0,is,uhf,is,有剩余电流，电弧成功熄灭,发生电击穿,uhf,t,0,is,uhf,is,uh,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）。,5.3 交流电弧的熄灭条件,HOME,uhf,t,0,is,uhf,is,uh,有剩余电流，发生电击穿,uhf,t,0,is,uhf,is,uh,发生热击穿,28,5.3 交流电弧的熄灭条件,3、开
11、断交流电路时，弧隙ih、uh、ujf和uhf等参数的综合波形图：,29,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，1、2、3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。 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uh0，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。,5.3 交流电弧的熄灭条件,30, 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2，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； 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，电路终被开断。,5.3 交流电弧的熄灭条件,
