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文章詳情
高壓真空開關(guān)電弧熄滅與重燃的原理與特點(diǎn)
日期:2025-05-01 19:00
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摘要: 游離是在外加電壓和電弧電流作用下,電子和離子不斷產(chǎn)生的過程,也就是電弧的產(chǎn)生和維持的過程。與此同時,在弧柱中還存在著電子和離子消失(減少)的過程,使電弧電流減少,以致使電弧熄滅,稱為去游離。在穩(wěn)定燃燒的電弧中,這兩個過程處于動態(tài)平衡。如果游離現(xiàn)象大于去游離現(xiàn)象,電弧將繼續(xù)熾熱燃燒;如果去游離大于游離,電弧越來越弱,后熄滅。因此使去游離大于游離就是電弧熄滅的基本原理。
游離是在外加電壓和電弧電流作用下,電子和離子不斷產(chǎn)生的過程,也就是電弧的產(chǎn)生和維持的過程。與此同時,在弧柱中還存在著電子和離子消失(減少)的過程,使電弧電流減少,以致使電弧熄滅,稱為去游離。在穩(wěn)定燃燒的電弧中,這兩個過程處于動態(tài)平衡。如果游離現(xiàn)象大于去游離現(xiàn)象,電弧將繼續(xù)熾熱燃燒;如果去游離大于游離,電弧越來越弱,后熄滅。因此使去游離大于游離就是電弧熄滅的基本原理。
一、去游離的方式主要是復(fù)合與擴(kuò)散
(1)復(fù)合
弧隙中帶正電或帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn),在運(yùn)動中彼此結(jié)合形成中性質(zhì)點(diǎn)的過程,稱為復(fù)合。電子的運(yùn)動速度約為離子運(yùn)行速度的1000倍,因此,電子和離子的直接復(fù)合可能性很小。但是,電子在碰撞時先附著在中性質(zhì)點(diǎn)上形成負(fù)離子,然后與運(yùn)動速度大致相等的正離子相互吸引、接觸而形成中性質(zhì)點(diǎn)(中性分子)。
復(fù)合過程的快慢,主要決定于離子運(yùn)動的速度。使弧柱場強(qiáng)減小,降低電弧溫度,增大氣體壓力,升高氣體密度等,均可減小離子運(yùn)動速度,增加離子間接觸機(jī)會,加強(qiáng)復(fù)合。
(2)擴(kuò)散
擴(kuò)散是弧柱中的自由電子及正離子由于熱運(yùn)動從弧柱內(nèi)逸出進(jìn)入周圍介質(zhì)的一種現(xiàn)象。電弧中的高溫自由電子和正離子由密集的空間向周圍密度小、溫度低的介質(zhì)擴(kuò)散,并與介質(zhì)中帶異性電的質(zhì)點(diǎn)結(jié)合,形成中性分子。電弧與周圍介質(zhì)溫度差以及離子濃度差愈大,擴(kuò)散作用愈強(qiáng)。
采用冷的、新鮮的、未游離的氣體吹動電弧,可使電弧在周圍介質(zhì)中移動,加強(qiáng)與新鮮介質(zhì)接觸,一方面帶走電弧的熱量,另一方面增大電弧與周圍介質(zhì)的溫差,加強(qiáng)擴(kuò)散,有利于滅弧。
電弧熄滅與否,取決于游離與去游離兩個因素作用的結(jié)果。當(dāng)弧柱中去游離大于游離時,電弧中離子減小,電弧電阻增加,電流減小,后電弧趨于熄滅。
二、交流電弧的熄滅
交流電流每半個周期經(jīng)過一次零值。此時,電源停止向弧隙輸入能量,而弧隙由于不斷散出熱量,溫度下降,熱游離作用迅速減弱,電弧暫時熄滅。但是由于弧隙的溫度很高,熱游離尚在繼續(xù),在弧隙電壓的作用下,弧隙仍有電流通過,電源仍向弧隙輸入能量,使弧隙溫度升高,熱游離加強(qiáng)。
若輸入能量大于散出能量,即弧隙中游離過程大于去游離過程,電弧將重燃。這種由于熱游離而引起電弧的重燃稱熱擊穿。反之,如果電流過零后,輸入能量小于散出能量,弧隙溫度將繼續(xù)下降,熱游離基本停止,弧隙由導(dǎo)電狀態(tài)向介質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)變,電弧即熄滅。
電流過零時,電弧暫時熄滅,但弧隙介質(zhì)絕緣能力要恢復(fù)到正常情況需要一定時間,稱為介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程。在此過程中,弧隙所承受而不致使弧隙擊穿重燃的臨界電壓稱為介質(zhì)的擊穿電壓uj(t)。與此同時,弧隙電壓由熄弧電壓,經(jīng)一定時間,逐漸恢復(fù)到電源電壓,這是弧隙電壓的恢復(fù)過程。
隨著電壓的升高,游離因素加強(qiáng),可能引起間隙再擊穿,稱為電擊穿,電弧重燃。
交流電流過零后,電弧熄滅是否會重熄,取決于介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程與弧隙電壓恢復(fù)過程相互作用的結(jié)果。只要電流過零后,弧隙的介質(zhì)擊穿電壓uj永遠(yuǎn)大于弧隙恢復(fù)電壓uhf,弧隙不被擊穿,電弧即熄滅。否則,電弧將重燃,如圖所示。因此交流電弧的熄滅條件是:電流自然過零后,弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)曲線高于電壓恢復(fù)曲線,uj(t)>uhf(t)。
一、去游離的方式主要是復(fù)合與擴(kuò)散
(1)復(fù)合
弧隙中帶正電或帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn),在運(yùn)動中彼此結(jié)合形成中性質(zhì)點(diǎn)的過程,稱為復(fù)合。電子的運(yùn)動速度約為離子運(yùn)行速度的1000倍,因此,電子和離子的直接復(fù)合可能性很小。但是,電子在碰撞時先附著在中性質(zhì)點(diǎn)上形成負(fù)離子,然后與運(yùn)動速度大致相等的正離子相互吸引、接觸而形成中性質(zhì)點(diǎn)(中性分子)。
復(fù)合過程的快慢,主要決定于離子運(yùn)動的速度。使弧柱場強(qiáng)減小,降低電弧溫度,增大氣體壓力,升高氣體密度等,均可減小離子運(yùn)動速度,增加離子間接觸機(jī)會,加強(qiáng)復(fù)合。
(2)擴(kuò)散
擴(kuò)散是弧柱中的自由電子及正離子由于熱運(yùn)動從弧柱內(nèi)逸出進(jìn)入周圍介質(zhì)的一種現(xiàn)象。電弧中的高溫自由電子和正離子由密集的空間向周圍密度小、溫度低的介質(zhì)擴(kuò)散,并與介質(zhì)中帶異性電的質(zhì)點(diǎn)結(jié)合,形成中性分子。電弧與周圍介質(zhì)溫度差以及離子濃度差愈大,擴(kuò)散作用愈強(qiáng)。
采用冷的、新鮮的、未游離的氣體吹動電弧,可使電弧在周圍介質(zhì)中移動,加強(qiáng)與新鮮介質(zhì)接觸,一方面帶走電弧的熱量,另一方面增大電弧與周圍介質(zhì)的溫差,加強(qiáng)擴(kuò)散,有利于滅弧。
電弧熄滅與否,取決于游離與去游離兩個因素作用的結(jié)果。當(dāng)弧柱中去游離大于游離時,電弧中離子減小,電弧電阻增加,電流減小,后電弧趨于熄滅。
二、交流電弧的熄滅
交流電流每半個周期經(jīng)過一次零值。此時,電源停止向弧隙輸入能量,而弧隙由于不斷散出熱量,溫度下降,熱游離作用迅速減弱,電弧暫時熄滅。但是由于弧隙的溫度很高,熱游離尚在繼續(xù),在弧隙電壓的作用下,弧隙仍有電流通過,電源仍向弧隙輸入能量,使弧隙溫度升高,熱游離加強(qiáng)。
若輸入能量大于散出能量,即弧隙中游離過程大于去游離過程,電弧將重燃。這種由于熱游離而引起電弧的重燃稱熱擊穿。反之,如果電流過零后,輸入能量小于散出能量,弧隙溫度將繼續(xù)下降,熱游離基本停止,弧隙由導(dǎo)電狀態(tài)向介質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)變,電弧即熄滅。
電流過零時,電弧暫時熄滅,但弧隙介質(zhì)絕緣能力要恢復(fù)到正常情況需要一定時間,稱為介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程。在此過程中,弧隙所承受而不致使弧隙擊穿重燃的臨界電壓稱為介質(zhì)的擊穿電壓uj(t)。與此同時,弧隙電壓由熄弧電壓,經(jīng)一定時間,逐漸恢復(fù)到電源電壓,這是弧隙電壓的恢復(fù)過程。
隨著電壓的升高,游離因素加強(qiáng),可能引起間隙再擊穿,稱為電擊穿,電弧重燃。
交流電流過零后,電弧熄滅是否會重熄,取決于介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程與弧隙電壓恢復(fù)過程相互作用的結(jié)果。只要電流過零后,弧隙的介質(zhì)擊穿電壓uj永遠(yuǎn)大于弧隙恢復(fù)電壓uhf,弧隙不被擊穿,電弧即熄滅。否則,電弧將重燃,如圖所示。因此交流電弧的熄滅條件是:電流自然過零后,弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)曲線高于電壓恢復(fù)曲線,uj(t)>uhf(t)。