交流电弧的开断8.分合闸速度.ppt

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 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 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 Ud Utr 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N T 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 i2RaUtr 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 弧柱被吹断 电流通道被破坏 2 弧柱温度TUd 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