交流电弧电流过零现象的特点和应用

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：在电流趋于零时，因电弧电压的变化，弧隙两端的电容将使电弧电流波形再次发生畸变，使电弧电流与电弧电压不一定同时经过零点。若以电弧电流零点相对应于电弧电压零点所处时刻来分析，电弧电流趋于零的现象存在两种本质上不同的情况：1.超前过零电弧电流的零点出现在电压零点之前。弧柱中绝缘介质的形成时刻，将会影响电弧电流零点附近的现象。

电压恢复过程和介质强度恢复过程与线路参数和灭弧装置有关，并与弧隙在电流过零时的物理过程有关。要了解电弧的熄灭过程，尚须研究弧隙在电流过零前后较为复杂的物理过程。这里只做简要叙述。

图6-14 具有电弧的电路

前面分析时因假定电弧电压为常数且电容很小，因而忽略了电容电流i_c的影响。但电弧电压并不为常数，尤其在小电流阶段内，由电弧电压的变化而引起的流过电容的电流i_c将不能忽略。由图6-14所示电路，可写出如下关系：

i_h=i_L-i_c （6-39）

且

当交流电流趋于零时，i_L的数值很小，当足够大以致i_c的数值能与i_L相比拟时，i_c对电弧电流i_h的影响就不能不考虑。因为在某一瞬间，当i_c达到i_L的数值，即i_c=i_L时，则i_h=0，此时电弧电流即被突然转移到电容中去，使电弧熄灭。这通常在弧隙消游离作用较强时发生。

由于弧隙两端存在有电容，电容既可以吸收电流又可以放出电流，因此i_h过零的时刻可发生在i_L过零时刻之前或之后，这主要取决于弧隙消游离的变化速率，而i_h过零的先后又可反过来影响弧隙过零时的物理过程。

在电流趋于零时，因电弧电压的变化，弧隙两端的电容将使电弧电流波形再次发生畸变，使电弧电流与电弧电压不一定同时经过零点。若以电弧电流零点相对应于电弧电压零点所处时刻来分析，电弧电流趋于零的现象（或简称电流过零现象）存在两种本质上不同的情况：

1.超前过零

电弧电流的零点出现在电压零点之前。在电流零点瞬间，弧隙上仍具有一定的电压值。而在电流过零后，出现电压零点。如图6-15a所示。图中a点为i_h的零点；b点为电流过零瞬间的电弧电压值；c点为电弧电压的过零点。

图6-15 两种电流过零现象的原理图

a）超前过零 b）同时过零

2.同时过零

电弧电流与电压同时过零点。如图6-15b所示。图中0点为电流与电压共有的零点，随后，在弧隙恢复电压u_hf的作用下，立即出现弧后电流i_p。弧后电流是指电流和电弧电压过零、瞬态恢复电压开始上升之后流过弧隙的电流。

从电弧内部物理过程来看，电弧是一个等离子体的导电通道，其电导只在燃弧时存在；而熄弧后，间隙变为绝缘介质。在电弧电流趋于零时，由于强烈冷却等原因，电弧将因热游离停止而熄灭。通常，特别是在开断过程中，整个弧柱的冷却情况不会绝对均匀，只要在弧柱的某一部分变成绝缘介质层，通道的电导消失时，间隙就呈现绝缘介质的状态。随着绝缘层的扩展和游离质点的消散，间隙的介质强度再逐渐恢复。

弧柱中绝缘介质的形成时刻，将会影响电弧电流零点附近的现象。若在电流零点前，因灭弧装置的作用，使间隙的电导预先消失，电弧电流为零，电流转移到电容中，此时间隙上就会有一定的电压值，从而出现超前过零现象。若在电流零点前，散失功率小，弧隙热游离没有停止，仍有一定的电导，那么电弧电流将按交流电路所决定的特性过零，此时弧隙两端的电压将和电流同时过零。在过零瞬间，尽管弧隙上没有电场的作用，但由于热惯性，残余弧柱中的游离气体在短时间内仍然会维持一定的游离程度，弧隙电导并不消失。因此过零后，在恢复电压作用下，弧隙中就会立即出现弧后电流。

交流电弧电流过零现象的特点和应用

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