斷路器中電弧的控制(直流電?。?/h2>

????????交流電弧存在零休現(xiàn)象,但直流電弧卻沒(méi)有。所以說(shuō)直流電弧的熄滅要比交流電弧難得多。那么具體是根據(jù)哪種原理,采用什么方法呢?我們一起來(lái)看看吧。

一、直流滅弧原理

????????還是上次的伏安特性曲線(xiàn)圖,我們?cè)賮?lái)看下。

????????首先我們看伏安特性曲線(xiàn),《斷路器中電弧的控制(基礎(chǔ)部分)》中我們提到EK與H1的兩個(gè)交點(diǎn)中存在著電弧的穩(wěn)定燃燒點(diǎn)。熄弧就是要使得電弧的穩(wěn)定燃燒點(diǎn)不存在。

????????通過(guò)上圖我們可以發(fā)生兩個(gè)手段:

????????1、拉長(zhǎng)電弧,使得H1變?yōu)镠2,這使得EK與H1無(wú)交點(diǎn),這就不存在穩(wěn)定燃燒點(diǎn)。其物理意義就是電弧電壓大于電源所能夠提供的電壓,電弧不能維持。

????????2、增大回路電阻,使得EK變?yōu)镋K’,也避免了穩(wěn)定燃燒點(diǎn)的出現(xiàn)。物理意義同上。

????????下面我們來(lái)看看電路方程:

????????要使得電流呈現(xiàn)減小趨勢(shì),在其他條件不變的前提下,我們可增大Uh。Uh可分為近極區(qū)壓降U0和弧柱區(qū)壓降El。其公式如下所示:

????????其中Uh為電弧電壓,U0為近極壓降,N為柵片數(shù)目,E為電弧弧柱電場(chǎng)強(qiáng)度,L為電弧長(zhǎng)度。

????????3、將長(zhǎng)弧切割成串聯(lián)短弧,以提高近極壓降,來(lái)增大Uh,使得電流呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。

????????4、增大弧柱電場(chǎng)強(qiáng)度,來(lái)增大Uh,使得電流呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。

????????1、2、3經(jīng)過(guò)交流滅弧部分的學(xué)習(xí)大家都好理解,那么增大弧柱電場(chǎng)強(qiáng)度,這該怎么做呢?我們都知道E=Ud,E實(shí)質(zhì)上就是弧柱單位長(zhǎng)度上的電壓降。那么這就好理解。弧柱的導(dǎo)電性能差(類(lèi)比電阻大),E就變大。這樣我們就好理解了。

二、工程實(shí)踐中常用的方法

Ⅰ、拉長(zhǎng)電弧

????????在交流電弧中的吹弧、多斷口滅弧、提高斷路器觸頭的分離速度依然有效。這里我再補(bǔ)充兩個(gè)內(nèi)容。

①利用絕緣柵片拉長(zhǎng)電弧

????????其示意圖如下所示:

????????當(dāng)電弧進(jìn)入滅弧罩后,受到絕緣柵片的阻擋,電弧在外力作用下發(fā)生彎曲,從而拉長(zhǎng)了電弧,并加強(qiáng)了冷卻。

????????電弧進(jìn)入滅弧柵后的示意圖如下:

????????上部絕緣柵板磁阻較大,以電弧下部垂直紙面向里的磁場(chǎng)占主導(dǎo),電弧AB、BC和CD段所受的電動(dòng)力都使電弧壓向絕緣柵片頂部,增大與柵片表面的接觸面積,從而加強(qiáng)了電弧的冷卻與去電離作用。而DE段所受的電動(dòng)力使電弧向上拉長(zhǎng),更加深入柵片間隙,更增加了電弧與絕緣柵片的接觸面積。

????????除此以外,電弧AB段和CD段相互作用產(chǎn)生一相吸電動(dòng)力,CD段和EF段相互作用產(chǎn)生一相斥電動(dòng)力,使AB、CD和EF段壓向絕緣柵片;CD段和EF段對(duì)DE段相互作用也產(chǎn)生一相相斥電動(dòng)力,使DE段向上運(yùn)動(dòng)。

????????這種滅弧裝置充分利用了自身磁場(chǎng)產(chǎn)生的電動(dòng)力。

????????注:此種改變磁通分布與金屬柵板不同,金屬柵板是通過(guò)遠(yuǎn)處更小磁阻,改變磁通分布。而絕緣柵板是近處更高磁阻,改變磁通分布。這兩種方法都使得電弧能夠按計(jì)劃進(jìn)入滅弧結(jié)構(gòu)。

②利用觸頭回路結(jié)構(gòu)進(jìn)行吹弧

????????上文已經(jīng)提到通過(guò)改變磁通分布來(lái)利用自身磁場(chǎng)進(jìn)行吹弧。下面來(lái)看下此圖:

????????1、6的下部根據(jù)右手定則可得磁場(chǎng)方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶铮笥矣|頭結(jié)構(gòu)中電流流向分別是向上和向下,根據(jù)左手定則,可以得到電弧所受電動(dòng)力方向如上圖所示。

Ⅱ、增大回路電阻

????????在開(kāi)斷電路時(shí),逐級(jí)串入電阻。適用于只適用于開(kāi)斷小電流,高壓電器會(huì)采用此方法,輔助其他方法,開(kāi)斷電路。如下圖所示:

????????隨手畫(huà)的,運(yùn)行時(shí),三個(gè)斷路器均在合位。出現(xiàn)故障電流時(shí),先分QF1,使第一個(gè)R串入回路;再分QF2,使第二個(gè)R串入回路;最后由QF3分?jǐn)喙收想娏鳌?/p>

Ⅲ、將長(zhǎng)弧切割成串聯(lián)短弧

????????其示意圖如下所示:

????????其原理就是上文中提到公式,增大電弧電壓,使得電源供給不足,電弧無(wú)以為繼。具體介紹請(qǐng)參見(jiàn)《DC1500V直流快速斷路器詳述之一(滅弧結(jié)構(gòu))》

Ⅳ、增大弧柱電場(chǎng)強(qiáng)度

? ? ? ? 電場(chǎng)強(qiáng)度是單位長(zhǎng)度的電位降,增大電場(chǎng)強(qiáng)度,從某種角度上可以視為增加電壓,通過(guò)使電弧的導(dǎo)電性能變差,即電阻升高,來(lái)使得電壓增大。常從這三個(gè)方向入手:第一,增大氣體介質(zhì)的壓力P(如采用壓縮空氣);第二,增大電弧與流體介質(zhì)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度(縱吹和橫吹);第三,加強(qiáng)電弧與耐弧的絕緣材料的密切接觸(如縱縫滅?。?,這些都在交流滅弧部分有所講解,不再贅述。

Ⅴ、制造人工過(guò)零點(diǎn)

????????這個(gè)方法比較新穎,具體都是通過(guò)半導(dǎo)體器件或LC回路之類(lèi),我也不太清楚??磦€(gè)圖,明白它的意思就好。

????????當(dāng)開(kāi)斷故障電路時(shí),在斷口處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電弧電流I1,此時(shí)預(yù)先充好電的電容被當(dāng)成電源通過(guò)LC回路提供一個(gè)與I1方向相反的電流I2,兩個(gè)電流在主回路上疊加強(qiáng)制電流過(guò)零。

三、小結(jié)

????????至此,關(guān)于電弧,滅弧的相關(guān)知識(shí)都介紹完畢了。接下來(lái),繼續(xù)看斷路器的其他結(jié)構(gòu)吧。

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