交流电弧的特性及熄灭条件

我们来看下图:

交流电弧的特性及熄灭条件

上图是电阻性负载的电压和电流波形图,下图是电感性负载的电压和电流波形图。注意到感性负载时电压超前电流90度。

区别于直流电弧,交流电弧在电流过零的时刻,电弧会自动熄灭,而在电流过零后,如果条件具备,则又重新起弧。

这种在电流过零前后电弧熄灭的情况,被称为交流电弧的零休现象。见下图:

交流电弧的特性及熄灭条件

当电流过零后,电弧熄灭。但是触头间的气隙仍然是灼热的,其中残存着部分电离气体。这些残存的阳离子和阴离子需要时间来恢复成正常的空气分子。

我们看电阻性负载的零休现象:零休后,由于残留电离气体形成了剩余电流,再加上电压恢复的程度比较快,使得电弧重燃。

显见,如果我们能设法让介质(也即空气)恢复强度大于电压恢复强度,则电弧就不会重燃。

我们再看电感性负载的零休现象:当反向波形的电弧电流进入零休并过零时,正向电压已经到达最大值,因此电感性负载的电弧重燃会提前。由此可知,电感性负载的交流电弧更加难以熄灭。

由此我们总结出一个非常重要的结论:

交流电弧不重燃的条件是:介质恢复强度Ujf大于电压恢复强度Uhf。也即:

交流电弧的特性及熄灭条件

看下图:

交流电弧的特性及熄灭条件

上图中交流电弧过零后不会重燃,下图则会重燃。

相信知友们看到这里,一定能够体会和感觉到这里面的知识量十分丰富。这里有对气体性质的研究,包括六氟化硫气体、空气和真空;还有电压恢复与电路结构的关系,以及各种气体的击穿理论。

对于以空气作为绝缘介质的低压电器来说,已经找到了某种材料,用它作为电弧隔板时,电弧的热量会使得这种材料释放出类似六氟化硫特性的气体,如氢气和氮气,由此加强介质恢复强度,使得交流电弧不再重燃。

这种材料就是我们中国人放到牛奶中的三聚氰胺,笑!

目前,国内外有些空气断路器内已经安装有这种材料,取得良好的效果。

工作在交流电流下的开关电器,其灭弧方法很多,有栅片灭弧、磁吹灭弧、纵缝灭弧等等。限于篇幅,不再介绍。

低压电器中的交流电弧 ,还有一个很重要的”特色“,就是近阴极效应。

设电流过零前,静触头是阳极,动触头是阴极。阳极发射阳离子到阴极,而阴极这发射电子到阳极。阳离子比电子重得多因而跑得慢,所以在阳极附近有大量的阳离子存在。

电流过零后,静触头变为新阴极,其附近的阳离子还存在,于是对新阴极发射电子产生了阻挡作用。其结果在很短的一段时间内,阻止了起弧 。这段时间长度大约为150微秒。

近阴极效应由于时间短,对于中压的长弧不起任何作用,但对于低压电弧来说,能起到很好的限制起弧和限流作用。