不同条件下介质恢复和重燃过程的研究

交流低压断路器和接触器利用栅片分割电弧成短弧进行灭弧，为了研究栅片间电弧间隙介质恢复过程，设计了一个简化的栅片模型，如图4-93所示，栅片厚度分别取2mm和1.6mm，栅片间距为3mm，在三种电流240A、380A、600A条件下，以熔丝引弧，用图4-91的电路测量栅片模型的介质恢复强度和重燃过程。

图4-94是该模型在栅片厚度取h_s=1.6mm时，三种电流240A、380A、600A条件下测得的介质强度曲线，由图中可以看到，随着电流的增大，弧隙的介质强度恢复的越慢，其U_bd值也越低。改变栅片厚度，在厚度分别为1.6mm和2mm条件下，当试验电流取380A时，得到的介质恢复强度曲线如图4-95所示，可看出，厚度2mm的栅片，介质恢复曲线较厚度1.6mm的栅片曲线大为提高，曲线整体提高100V左右。

图4-93 简单栅片模型

由图4-94和图4-95的测试结果来看，随着开断电流的增大，栅片厚度变薄，介质恢复电压U_bd降低。由电弧理论可知，交流电弧过零瞬间的起始介质强度决定于鞘层或近阴极作用，而鞘层的击穿电压与电极温度有密切关系，燃弧期间，电弧对栅片强烈的加热，这会影响当电流过零瞬间电极的温度，开断电流大，开断电弧功率高，过零瞬间阴极温度也高，这会加强阴极的热电子发射，使阴极起始电流密度增大，而使鞘层的击穿电压降低，也即弧隙介质恢复强度降低。同样增加铁片厚度，实际上增强了铁片承受电流的能力，电流过零后，弧根热量可以通过周围温度低的铁片散出，使阴极的温度降低，因而鞘层的击穿电压也增高了。

图4-94 不同电流时，栅片间介质恢复强度，铁片厚度为1.6mm(www.xing528.com)

图4-95 开断电流为380A，不同铁片厚度时栅片间介质恢复强度

两铁片间燃烧的电弧，随着开断电流的增大，其过零后重燃过程也呈现不同形式。图4-96a、b、c分别选取了开断电流为90A、160A、500A三种电流下的两铁片间重燃过程波形。由图中可以看出，随着电流的增大，零休时间越来越短，90A时，电流零休时间可达上百个微秒。而在500A时，电流与电压同时过零，电流没有零休时间，弧隙的击穿则呈现出明显的热击穿特征。与电流过零的特征相对应，弧隙击穿的形式也不同，在小电流时，击穿电压在很长一段时间内保持较高值，而在大电流时，击穿电压很低，并且过零后很快转变为电弧电压。

图4-96 两铁片间在不同开断电流下的电流过零后重燃过程

a）开断电流90A b）开断电流160A c）开断电流500A