电流开断后绝缘恢复特性分析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：此时，断路器触头间绝缘强度的恢复及其变化，是该断路器的固有特性，称为冷态绝缘恢复特性或空载绝缘恢复特性。断路器冷态恢复特性，由触头形状、分闸距离和灭弧介质的压力变化情况等决定。在各种断路器中提高弧隙介质强度的主要措施有：①采用介质强度高的灭弧介质；②采用各种结构的灭弧装置来加强电弧的冷却；③加速拉长电弧，提高介质强度恢复速度。

交流电弧电流过零时，电弧功率也为零，此时弧隙得不到能量，却仍以对流、传导等方式继续散出能量，这样弧隙内的消游离将大大增强，使弧隙温度迅速下降，电弧会暂时熄灭。在电流过零以后，电弧可能再次重新燃烧，也可能就此熄灭。

当断路器在不开断电流的情况下，或只开断极小电流时，分闸是在触头间几乎不出现电弧等离子体的情况下完成的。此时，断路器触头间绝缘强度的恢复及其变化，是该断路器的固有特性，称为冷态绝缘恢复特性或空载绝缘恢复特性。

断路器冷态恢复特性，由触头形状、分闸距离和灭弧介质的压力变化情况等决定。在一般情况下，绝缘强度与触头分闸运动速度相对应成线性增加或近似于线性增加，在最大开距时，饱和于某一值，如图6-17所示。

因为冷态恢复特性只是由断路器的几何条件和机械条件所决定的，所以，与开断电流时的绝缘恢复特性（热态恢复特性）有根本不同，它与大电流开断能力虽无直接关联，但属于断路器设计上的基础性能方面的重要特性。此外，开断小充电电流时的绝缘恢复特性，与此种冷态绝缘恢复特性很近似，可由此大致上推断有无产生再起弧的可能性。

图6-17 弧隙介质强度恢复特性(https://www.chuimin.cn)

实际上断路器开断电流后的绝缘强度与上述冷态绝缘恢复特性很不一样。电弧在电流过零时被开断，空间电子几乎全部进行再结合。等离子体熄灭后，在此柱形离子空间的绝缘气体的温度仍然很高，它与冷态气体的绝缘特性有显著不同。根据气体放电理论可以认为，空间的绝缘强度大体上与该空间的中性原子和中性分子的粒子密度成正比。如温度不变，则绝缘强度随压力而增加。但多数断路器的灭弧空间的压力，是由周围条件所确定的，在此情况下，其空间的粒子密度随温度的增加而减少并变得稀薄，因而绝缘强度随温度上升而降低。

电流过零电弧熄灭后，弧隙从原来的电弧通道逐渐变成绝缘介质的过程就是介质强度恢复过程。弧隙介质强度用弧隙所能承受的电压来表征。由于在熄弧后的短时间内，弧隙仍有残余弧柱存在，它将严重地影响到介质强度及其恢复，从而使熄弧后的介质强度恢复特性与空载介质强度恢复特性有显著的不同，如图6-17所示。

显然，电压恢复过程使弧隙上的电压升高，将可能引起弧隙的再次击穿而使电弧重燃；而介质强度恢复过程使弧隙的介质强度不断增加，它将阻碍弧隙的再次击穿而使电弧最终熄灭。因此，电弧的熄灭与否，取决于这两个同时发生而又作用相反的过程的“竞赛”。

要促使电弧不重燃，主要从两个方面着手：一方面是减慢弧隙上的电压恢复过程和降低其数值，这已在第三章中进行过讨论；另一方面则是加速弧隙的介质强度恢复和提高其数值。介质强度恢复的快慢，主要与介质的性质、弧隙的冷却情况和弧隙的长度、所开断电流的大小等因素有关，而其中尤以冷却条件最为重要。在各种断路器中提高弧隙介质强度的主要措施有：①采用介质强度高的灭弧介质；②采用各种结构的灭弧装置来加强电弧的冷却；③加速拉长电弧，提高介质强度恢复速度。

电流开断后绝缘恢复特性分析

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