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1、7.交流电弧的特性及灭弧,7.1交流电弧的基本特点 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，呈现电流的零休时间，这对电流过零时灭弧有利,2. 交流电弧的伏安特性,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滞后Im 相角较大 (2) T= Tmax Tmin 小，降温缓慢 电流过零
2、时是灭弧的好时机，但温度较高，不利于灭弧,b. 强烈气吹： (1) 冷却越好，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,7.2 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）（省略）,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
3、：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？,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
4、，这样的电弧被称为理想电弧。 为什么电弧电流过零前后的波形比正弦波形陡峭？,7.3 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
5、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, 介质,灭弧室的性能） Utr=f(电网结构，参数） 熄弧条件：UdUtr,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 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。,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）
6、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 电容电流？ 更可能的是电弧等离子体内的波动现象引起,7.4 促使交流电弧熄灭的措施,1. 提高介质绝缘强度及上升率 加装灭弧室，提高压力； 加强吹弧冷却； 采用好的介质； 提高触头的分断速度； 采用多断口串联。,2. 降低恢复电压及其上升速度 在断口上
7、加装并联电阻； 在多断口断路器上并联均压电容。,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：直接带动触头作直线运动的机构 （3）传动机构：连接操动机构与传动机构的中间部分 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
8、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），为避免分合闸结束过程中的撞击和机械部件的损坏； 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、触头弹簧的反力、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：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？,
