【正文】 心處于飽和狀態(tài)，其二次繞組幾乎無輸出 。n 正常工作時，電容器 C由充電電路充電。(一 )同步開關(guān) 圖 223所示為帶壓縮空氣滅弧裝置的同步開關(guān)原理結(jié)構(gòu)。十二、無弧分?jǐn)? 實現(xiàn)無弧分?jǐn)嘁话阌袃煞N方法 :一是在交變電流自然過零時分?jǐn)嚯娐?，同時以極快的速度使動靜觸頭分離到足以耐受恢復(fù)電壓的距離，使電弧甚弱或無從產(chǎn)生 。其缺點主要是截流能力過強，滅弧時易產(chǎn)生甚高的過電壓。燃弧時間短到半個周期左右，且與電流大小無關(guān) 。若電極材料選用得當(dāng)，且表面加工良好，金屬蒸氣就既不多又易擴散，故 真空滅弧效果比其他方式都強得多 。當(dāng)滅弧室真空度在 103Pa以下時，電子的自由行程達(dá) 43m，發(fā)生碰撞電離的概率極小。 目前， SF6氣體滅弧裝置已廣泛用于高壓斷路器，同時此氣體還廣泛用于全封閉式高壓組合及成套設(shè)備中作為滅弧和絕緣介質(zhì)。 SF6氣體的主要缺點是液化 (40度時，工作壓力不得大于?？稍谳^寬的溫度和壓力范圍內(nèi)使用 。無火災(zāi)及爆炸危險 。介質(zhì)強度恢復(fù)快，絕緣及滅弧性能好， 有利于縮小電器的體積和重量 。在常溫常壓下 SF6的密度是空氣的 5倍，分子量也大，故其熱導(dǎo)率雖遜于空氣，但熱容量大，總的熱傳導(dǎo)仍優(yōu)于空氣。它無色、無臭、無味、無毒、既不燃也不助燃。然而，由于種種原因，壓縮空氣滅弧裝置近年來也用得比較少了。因此，這種滅弧裝置既能提高分?jǐn)嗄芰?、縮短燃弧時間，又能保證自動重合閘時不降低分?jǐn)嗄芰Αｉ_斷電路時，以管道將預(yù)儲的壓縮空氣引向弧區(qū)猛烈吹弧。 油吹滅弧裝置曾在 高壓斷路器 中占重要地位，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜且效果不甚理想，它已越來越多地為其他形式的滅弧裝置所取代。油吹滅弧主要是利用氫氣的高導(dǎo)熱性和低粘度以加強對弧柱的冷卻作用，利用油氣為四周冷油所限不能迅速膨脹而形成的 ~ IMPa高壓以加強介質(zhì)強度，以及利用因氣泡壁各處油的氣化速度不同產(chǎn)生的壓力差使油氣作紊亂運動，將剛生成的低溫油氣引至弧柱以加速其冷卻。八、油吹滅弧裝置 油吹滅弧裝置是以變壓器油為介質(zhì)。這種裝置滅弧能力強，截流作用顯著。石英砂充填在絕緣管內(nèi)作為滅弧介質(zhì)。電弧便在近陰極效應(yīng)和高壓氣態(tài)介質(zhì)共同作用下很快熄滅，有時甚至能在短路電流尚未達(dá)到頂期值之前就截流，提前分?jǐn)嚯娐贰Ｒ缘蛪悍忾]管式熔斷器為例，它是利用能產(chǎn)生氣體的固體絕緣材料兼作絕緣管和滅弧室。柵片滅弧裝置適用于高低壓直流和交流開關(guān)電器，但以 低壓交流開關(guān) 電器用得較多。后者借將電弧截割為多段短弧、利用增大近極區(qū)電壓降 (特別是交流陰極效應(yīng) )以加強滅弧效果 (圖 222)。這種滅弧方式多用于 低壓開關(guān) 電器，間或用于 3~ 10kV的高壓開關(guān)電器。多縱縫的縫隙甚窄，且入口處寬度是驟變的，故僅當(dāng)電流甚大時卓有成效。為克服電弧進入寬度略小于其直徑的狹縫的阻力，有時還需磁吹配合。有些滅弧室還設(shè)有狹窄的縱縫，使電弧進入后在與縫壁的緊密接觸中被冷卻。串聯(lián)磁吹線圈的吹弧效果在觸頭 分?jǐn)啻箅娏?時很明顯，分?jǐn)嘈‰娏鲿r則比較遜色。它通常有一至數(shù)匝，與觸頭串聯(lián) (雖也可與電源并聯(lián)，但很少見 )。但為保護觸頭有時還設(shè)弧角，使電弧在弧角上燃燒，同時為限制電弧空間擴展有時亦設(shè)置滅弧室。當(dāng) UhuiR時，電弧熄滅。它借機械力或電弧電流本身產(chǎn)生的電動力拉長電弧，并使之在運動中不斷與新鮮空氣接觸為其冷卻。所謂滅火花電路，或并聯(lián)在負(fù)載上、或并聯(lián)在繼電器觸頭上作為放電回路。第六節(jié) 滅弧裝置n 一、滅火花電路n 二、簡單滅弧n 三、磁吹滅弧裝置n 四、弧罩與縱縫滅弧裝置n 五、柵片滅弧裝署n 六、固體產(chǎn)氣滅弧裝置n 七、石英砂滅弧裝置n 八、油吹滅弧裝置n 九、壓縮空氣滅弧裝置n 十、六氟化硫 (SF6)氣體 滅弧裝置n 十一、真空滅弧裝置n 十二、無弧分?jǐn)嚯娀∪紵臻g的擴展及其導(dǎo)致的觸頭電侵蝕，能危及電器本身和它所在系統(tǒng)的安全可靠運行，故必須采用適當(dāng)滅弧裝置以加速并可靠地熄滅電弧。由于 Ujf仍不夠大，在 Uhf Ujf2時，弧隙再次被擊穿，電弧仍重燃。這時，介質(zhì)強度 Ujf不大，當(dāng)恢復(fù)電壓 Uhf于不久后上升到大于燃弧電壓 UbI時，弧隙被擊穿，電弧重燃。如圖 218所示， 觸頭剛分離 (t =t0)時， 弧隙甚小 ， Uh也不大。因此， 除非有特殊要求，交流開關(guān)電器多采用滅弧強度不過強的滅弧裝置，使電弧是在零休期間、而且是在電流首次自然過零時熄滅 。 二則這時線路所儲能量很小，需借電弧散發(fā)的能量不大，不易因出現(xiàn)較高的過電壓而引起電擊穿。三、交流電弧的熄滅n 交流電弧的熄滅條件 是在零休期間 不發(fā)生熱擊穿 ，同時在此之后弧隙介復(fù)過程總是勝過電壓恢復(fù)過程，也即不發(fā)生電擊穿 。于是， 此電壓 Uc就是弧隙上的恢復(fù)電壓 Uhf，它含穩(wěn)態(tài)分量 Ugm和暫態(tài)分量 Ugmcosω0t。為便于分析起見，只討論理想弧隙的電壓恢復(fù)過程，并設(shè)電路本身的電阻為零、且在此過程 (約數(shù)百微秒 )中電源電壓不變。實際的電壓恢復(fù)過程要復(fù)雜得多，它要受到被分?jǐn)嚯娐返南鄶?shù)、一相的斷口數(shù)、線路工作狀況、滅弧介質(zhì)和滅弧室構(gòu)造及分?jǐn)鄷r的初相角等許多因素的影響。n 分?jǐn)嚯娙菪噪娐窌r (圖 216c)，因電流越前電源電壓約 90度，電流過零時電壓也處于幅值，因而電容被充電到具有約為電源電壓幅值的電壓，且因電荷于電路分?jǐn)嗪鬅o處泄放而保持著此電壓。因此，電流過零后加在弧隙上的恢復(fù)電壓將自零躍升到電源電壓幅值，并于此后按正弦規(guī)律變化。這樣，電流過零后作用于弧隙的電壓 恢復(fù)電壓 uhf自零開始按正弦規(guī)律上升，而無暫態(tài)分量，只有穩(wěn)態(tài)分量 工頻正弦電壓。n 電壓恢復(fù)過程進展情況與電路參數(shù)有關(guān)。二、弧隙電壓恢復(fù)過程n 電弧電流過零后，弧隙兩端的電壓將由零或反向的電弧電壓上升到此時的電源電壓。交流電弧的熄滅條件則可歸結(jié)為 :在零休期間，弧隙的輸入能量恒小于輸出能量，因而無熱積累 。這種現(xiàn)象稱為電擊穿 。 然而，熱擊穿存在與否還不是交流電弧是否能熄滅的唯一條件。反之若弧隙取自電源的能量大于其散出的能量， Rh將迅速減小，剩余電流不斷增大，使電弧重新燃燒。 弧隙電阻非無窮大意味著弧隙內(nèi)尚有殘留的帶電粒子和它們形成的剩余電流，故電源仍向弧隙輸送能量。(二 )弧柱區(qū)的介質(zhì)恢復(fù)過程 電弧電流自然過零前后的數(shù)十微秒內(nèi)，電流已近乎等于零，故這段時間被稱為 零休時間 。當(dāng)它們的總和大于電網(wǎng)電壓 (包括過電壓 )時，電弧便熄滅。圖 215給出了剛改變極性時近陰極區(qū)的狀況。另外，新陰極在電流過零前后的溫度已降低到熱電離溫度以下，亦難以借熱發(fā)射提供持續(xù)的電子流。在新的近陰極區(qū)內(nèi)外，電子運動速度為正離子的成千倍，故它們于剛改變極性時即迅速離開而移向新的陽極，使此處僅留下正離子。一、弧隙介質(zhì)恢復(fù)過程n 交流電弧電流自然過零后、弧隙介質(zhì)恢復(fù)過程便已開始，但在近陰極區(qū)和其余部分 (生要是弧柱區(qū) )恢復(fù)過程有所不同。如圖 214所示，當(dāng)介質(zhì)恢復(fù)速度 (曲線 1)始終超過電壓恢復(fù)速度 (曲線 3)時，由于 UjfUhf，電弧不會重燃。否則弧隙中的電離將逐漸加強，及至帶電粒子濃度超過某一定值，電弧便重燃。另一為 弧隙電壓恢復(fù)過程 。交流電弧則不然，因為其電流會自然過零。這種電路多用于高壓系統(tǒng)。由于斷口 C2和電阻 Rs的存在，斷口 CI處的電弧就容易熄滅了。有時也采用雙斷口電路 (圖 213c)以降低過電壓。若給負(fù)載并聯(lián)一電阻 RS(圖 213a)，則切斷電流時應(yīng)有故負(fù)載兩端的電壓而 t =0時弧隙兩端過電壓的最大值為由此可見，選擇適當(dāng)?shù)?Rs值可將過電壓降低到容許的水平。決定 過電壓 的因素主要是滅弧強度 :過強會導(dǎo)致甚高的過電壓，過低將延長滅弧時間。由上式能導(dǎo)出燃弧時間計算公式此式宜以圖解積分法求解，即先作 1/ΔU =f(i)曲線，再求曲線在由 I至 0一段內(nèi)包圍的面積，最后乘以電感值 L。二、分?jǐn)嘀绷麟娐窌r的過電壓分?jǐn)嘀绷麟娐窌r，電弧熄滅的瞬間有 i =0及 uA =Ue，故有：所以出現(xiàn)在觸頭間隙上的過電壓為它與電流減小的速度、即滅弧強度有關(guān)。(2)增大近極區(qū)電壓降 若在滅弧室內(nèi)設(shè)置若干垂直于電弧的柵片 (如 n片 ) ，則電弧被驅(qū)入滅弧室后將被它們截割為 n+ I段短弧 (圖 212d)，故電弧電壓降 UA=(n+1)Uo十 EI 這比無柵片時增大了 nU0，所以也能起到使電弧伏安特性上移的作用。為此，可增大縱向觸頭間隙 (圖 212a)，也可借電流本身的磁場或外加磁場從法向吹弧以拉長電弧 (圖 212b)，或借磁場使弧斑沿電極上移 (圖 212.)。一、熄滅直流電弧的方法 為消除直流電弧的穩(wěn)定燃弧點，應(yīng)使其伏安特性處于特性 UiR的上方，使電弧電壓 UA與電阻電壓降 iR之和超過電源電壓 U，以致電弧無法穩(wěn)定燃燒 （曲線 1 》 曲線 1’） 。經(jīng)分析后不難看出， B點將是電路的穩(wěn)態(tài)工作點 、也即穩(wěn)定燃弧點。反之，若電流有一增量 △ i0,則 Ldi/dt0，電弧電流將繼續(xù)減小。設(shè)電路工作于點 A，即電流為 IA。 n UiR特性與伏安特性交于 A、 B兩點，故點 A、 B是電路在有電弧時的兩個工作點。 第四節(jié) 直流電弧及其熄滅n 對于含電阻 R、電感 L的直流電路，當(dāng)其中的觸頭間隙內(nèi)產(chǎn)生電弧時，若以 U表示電源電壓， i表示電弧電流，電壓平衡方程為 n 在繪制電弧伏安特性的同時 (曲線1)，再作 UiR特性（ 曲線 2）。 若 dQA/dt0，即 PAPd，說明電弧能量在減小，電弧將趨于熄滅 ?；≈鶞囟扰c電極材料、滅弧介質(zhì)種類和壓力以及其冷卻作用的強烈程度等有關(guān)。 弧柱是高溫等離子體。長弧的能量損耗可近似地認(rèn)為是轉(zhuǎn)化為熱能、并經(jīng)弧柱散往周圍介質(zhì)。反之，則是 長弧 。四、電弧的能量平衡電弧的功率為 PA= UAIA= U0lA+ E l lA 按 UO和 El在 UA中所占比例，電弧有長弧與短弧之分。在半周行將結(jié)束時，為持電弧電流，電弧電壓又要升高。隨著電源電壓的上升，弧隙電流不斷增大，電弧電阻則逐漸減小，及至弧隙電壓上升到燃弧電壓，間隙便被擊穿，重新燃弧。今以電阻性負(fù)載時的特性為例加以說明。若未能熄滅，則另一半周內(nèi)電弧將重燃，且其伏安特性與原特性是關(guān)于坐標(biāo)原點對稱的。除非在極限場合，即電流無限緩慢減小時，均有 UeUb三、交流電弧的伏安特性和時間特性 交流電弧的伏安特性不同于直流的伏安特性 (圖28)，因為交變電流總是隨著時間變化，所以伏安特性只能是動態(tài)的。在極限情況下、即電流減小速度為無窮大時，電弧溫度、熱電離程度、弧柱直徑和尺寸均來不及變化，伏安特性也就變成過坐標(biāo)原點的曲線 3了。若自 IA = II處開始減小電流 (進入曲線 2)，由于電弧本身的熱慣性，電弧電阻的增大總是滯后于電流的變化 , 故曲線 2位于曲線 1下方。圖 27曲線 1是在弧長不變的條件下逐漸增大電流測得的。 燃弧電壓和燃弧電流與電極材料以及間隙內(nèi)的介質(zhì)有關(guān)。這是因為電流增大會使弧柱內(nèi)熱電離擲劇、離子濃度加大，故維持穩(wěn)定燃弧所需電壓反而減小。圖 27是直流電弧的伏安特性。 圖 26給出了電弧各區(qū)域內(nèi)的電壓降和電場強度的分布。從本質(zhì)上來看，電弧是生成于氣體中的熾熱電流、是高溫氣體中的離子化放電通道，是充滿著電離過程和消電離過程的熱電統(tǒng)一體。圖 25所示為電弧的構(gòu)造和逼度分布。弧柱溫度特別高，中心溫度達(dá) (1~3)104，故特別明亮 。n 兩極區(qū)之間的一段電弧稱為弧柱，它幾乎占有電弧的全部長度。兩近極區(qū)的電壓降均在 20V以內(nèi)，且?guī)缀跖c電流值無關(guān)。與此對應(yīng)，陽極表面也有陽極斑點，它接受來自電弧間隙的電子。其中電弧光度較小，電壓降卻很大。在電弧電流本身磁場作用下，此斑點在陰極表面不斷移動，并發(fā)射電子。電弧形成時，陰極表面有一塊或若干塊光度特別強的區(qū)域 陰極斑點。自持放電形式很多，諸如無光放電、輝光放電、電暈放電、火花放電，弧光放電 (電弧 )等，但它們是否轉(zhuǎn)化為弧光放電以及如何轉(zhuǎn)化，則受到許多客觀因素的影響。這時，電流密度已高達(dá) 107A/m2以上，故放電通道溫度極高 (在 6000K以上 )。這個階段被稱作異常輝光放電階段。FG段在 FG段，放電電電流繼續(xù)增大，輝光放電向著擴張到整個陰極表面發(fā)展，故電流密度不大 (約 )，而且穩(wěn)定，并使陰極區(qū)電壓降也較穩(wěn)定，其值約數(shù)百伏。但由于碰撞電離增強，為維持放電所需的