东北农大变电工程设计课件第2章 电气设备-4弧柱区和近阴极区介质强度恢复

弧柱区和近阴极区介质强度恢复弧隙的介质强度即弧隙的绝缘能力，也就是弧隙能承受的不致引起重燃的外加电压。电弧电流过零时，弧隙有一定的介质强度，并随着弧隙温度的不断降低而继续上升，逐渐恢复到正常的绝缘状态。使弧隙能承受电压作用而不发生重燃的过程称介质强度恢复过程。一、弧柱区介质强度恢复过程电弧通常分为三个区域：阴极区、弧柱区和阳极区。电弧电流过零前，电弧处在炽热燃烧阶段，热游离很强，电弧电阻很小。当电流接近自然过零时，电流很小，弧隙输入能量减小，散失能量增加，弧隙温度逐渐降低，游离减弱，去游离增强，弧隙电阻增大，并达到很高的数值。一、弧柱区介质强度恢复过程当电流自然过零时，弧隙输入的能量为零，弧隙散失的能量进一步增加，使其温度继续下降。去游离继续加强，弧隙电阻继续上升并达到相当高的数值，弧隙从导体状态转变为介质状态。一、弧柱区介质强度恢复过程电弧重燃：1）热击穿电流过零时弧隙温度虽然有很大程度的下降，但由于电流过零的速度很快，电弧热惯性的作用使热游离仍然存在，因此弧隙具有一定的电导性——剩余电导。一、弧柱区介质强度恢复过程电弧重燃：1）热击穿在弧隙两端电压作用下，弧隙中仍有能量输入，如果此时加在弧隙上的电压足够高，使弧隙输入能量大于散失能量，则使弧隙温度升高，热游离又得到加强，弧隙电阻迅速减小，电弧就会重新剧烈燃烧。这种重燃是由于输入弧隙的能量大于其散失能量而引起的，称为热击穿，此阶段称热击穿阶段。一、弧柱区介质强度恢复过程电弧重燃：2）电击穿如果加在弧隙上的电压相当小其至为零，则弧隙温度继续下降。弧隙电阻继续增大至无穷，此时热游离已基本停止，电弧熄灭，弧隙中的带电质点转变为中性介质。一、弧柱区介质强度恢复过程电弧重燃：2）电击穿当加在弧隙上的电压超过此时弧隙所能承受的电压时，则会引起弧隙重新击穿，从而使电弧重燃。由此而引起的重燃称为电击穿，电流过零后的这一阶段称为电击穿阶段。一、弧柱区介质强度恢复过程电弧熄灭过程一般都要经过热击穿和电击穿两个阶段，两者有不同的特征。热击穿阶段的特征是：弧隙处于导通状态，具有一定数值的电阻，有剩余电流通过，弧隙仍得到能量。电击穿阶段的特征是：弧隙电阻值趋于无穷大，弧隙呈介电状态，但温度较高，弧隙的耐压强度比常温介质低的多，所以容易被击穿。二、近阴极区介质强度恢复过程电弧通常分为三个区域：阴极区、弧柱区和阳极区。电弧电流过零前，电弧处在炽热燃烧阶段，热游离很强，电弧电阻很小。当电流接近自然过零时，电流很小，弧隙输入能量减小，散失能量增加，弧隙温度逐渐降低，游离减弱，去游离增强，弧隙电阻增大，并达到很高的数值。二、近阴极区介质强度恢复过程当电流自然过零时，弧隙输入的能量为零，弧隙散失的能量进一步增加，使其温度继续下降。去游离继续加强，弧隙电阻继续上升并达到相当高的数值，弧隙从导体状态转变为介质状态。二、近阴极区介质强度恢复过程近阴极效应：当电弧电流自然过零后,在极短时间内(约0.1～1.0μs)，弧隙就立刻出现150～250伏的起始介质强度的现象。二、近阴极区介质强度恢复过程在电流过零前，左电极为正，右电极为负，弧隙间充满着电子和正离子。在电弧电流过零瞬间，没有电场力的作用，带电质点由于本身的热运动而均匀分布在弧隙中。电流过零之后，弧隙电极的极性发少了变化，左变负，右变正，弧隙中电子运动方向随之改变。电子向正电极方向运动，而质量比电于大得多的正离子几乎未动。因此，在阴极附近形成了不导电的正电荷空间，阻碍阴极发射电子，出现了一定的介质强度。二、近阴极区介质强度恢复过程二、近阴极区介质强度恢复过程如果此时加在弧隙上的电压低于此时的介质强度，则弧隙中不再有电流流过，因而电弧不再产生。这个介质强度值约为150V-250V，称起始介质强度（在冷电极的情况下，起始介质强度约为250V，而在较热电极的情况下约为150V）。二、近阴极区介质强度恢复过程近阴极效应在熄灭低压短弧中得到了广泛应用。在交流低压开关开断过程中，把电弧引入用钢片制成的灭弧栅中，将其分割成一串短弧，这样就出现了对应数目的阴极。二、近阴极区介质强度恢复过程当电流过零后，每个短弧阴极附近都立刻形成150V-250V的介质强度，如其总和大于加在触头间的电压，即可将电弧熄灭。近阴极效应对几万伏以上的高压断路器的灭弧不起多大作用，因起始介质强度比加在加在弧隙上的高电压低得多。