金江电 气专家介绍电弧特性

发布时间:2018-11-23 15:07:22 金江电气专家介绍电弧特性

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金江电气在工程泣用屮,最主要 的电弧特性是电弧的伏安特性,即U, = 电弧是电阻性质 的,因此电弧电压!7a与其中电流/的关系 应当用电弧电阻「,表示= 对于沿 电弧长度截面及各处状态均匀的电弧,电弧电可写为 = rJ — / (5- 13) 对于单 位长度的电弧则可写为 仫=丄./ (5.14) a(h. 由前-节Q知,电弧电 导率是压力温度7’的函数.并与气体种类有关。在--定的介质 及压力户的条件下,如已知电弧温度7'即可求得电导率 对于稳定燃烧的电弧,媪度T由热平衡原理确定,设A为单位 长电弧产生的焦耳损失 功率,。为单位 长度电弧的发散功率,则 }\ = P, (5.15) P] = EJ | P, = fa\qt)\ 求解上式,需要计算传导、辐射,对流二 种换热过程并需求解电弧截面办,这在幵关电弧 的实际状况下将相.当困难&此处釆 用实验结果并作一些分析讨论,这种方 式对工程应用则更 为实用。 电弧温度r与电流的关系见图5.14。由图可 见随电流增加电弧温度T有所增加。由图 5. 13可见电 弧电导率口对温度7'十分敏感。因此,当电流增加时,电弧电 导率江增加十分 迅速。 电弧截 面与电流的关系见图5.15。由图吋见,电弧截 面与电流大致成正比关系。实 测的在 大气中的自由电弧的伏安特性见图5. 16。 由图可见,在小电流范围(几百安以下),电弧电 位梯度艮随电流增加而下降,而在大电 流范围,可看作常数,通用的 电弧伏安特性为 ^ [V/cm] (^. 17) 式中:{及《为常数,对于大气中的电弧 图5. ]6大气中 电弧的伏安特性 k = a - mo.j u ! 当人< l〇〇 k = d = =10 20j =o 1 当人> 100 (5- IS)
金江电气由式(:5. 18)还可得 到大气中单位艮电弧电阻与电流/的关系。 由表5.2可见,单位长电弧电阻&与电流 八成极强烈的非线性,这是由于电导率随电 流增大而急剧增大,电弧截 面也随电流加火而加大的缘故。 表5.2大气中 单位长电弧电阻^ h/A 1 10 ioa 1 000 10 000 ■ral/(Q.*cm L) ?0 2. 5 0, 15 0. 015 0- 0015 除电流大小外,电弧电 位梯度还与很多因素有关,特别是有关热的因素。 (0介质的种类 不同介 质电弧电位梯度在小电流范围内可见图5. 17,在大电流范 围内见表5.3D  介质及状态 大气 SF,('D. lMP.a) 真空 油 油气吹 E,/(V * cm ) --1 F« 10 (UK 1 60---70 100—200 表S. 3电弧电 位梯度大电流范围) (2)介质流动状态 介质流动.使电弧散热加强,电位梯度也随之加大。气体流动对 的影响见罔5. 1S。 在上述的稳态电弧中,电弧的电流、温度等 各参数都是常数,不随时间变化。实际的电弧参 数却由 于外界条件的改变(电路上的或周围介 质状况的)而随时间不断变化。在这种情况下, 电孤的 伏安特性也会与静态伏安特性有所区 别,这种特 性称为电弧的动态伏安特性。 电弧的 动态伏安特性可由图5. 19分析。若 电流由A突然变 为由于电弧有热惯性,电 弧温度及电弧电阻%来+及变化„假设极 端情况下,电弧电阻^不变,类似金属电阻,电 弧电压《»将沿直线a A变化;当电流缓慢变化 时,电弧电 压将沿中间某一曲线^:变化。当 电流由/2减小到A时.If况类似,电弧电 将沿或/变化。电流突然改变时.电弧电 压随时间的变化曲线示意图见图5.20。 交流电 路中的电弧是一种典型情况。当电弧 电流按正弦波周期变化时,交流电弧的各参 数变化 过程的典型情况见图5.21,图5.22,兩5.23,图5. 24。 图LL>0电流、电呱电 压随时间的变化曲线 图二24交流电 弧电压变化过程 由上列各图可以看出: (1) 电流/瞬时值高时,电弧温度T高,电弧直径丄大,电流/瞬时值低时,电弧温度7’ 低,直径A亦小。电流f按正弦曲线变化时,电弧温 度和直径呈脉动形变化。 (2) 电弧温 度变化略滞后于电流的变化。在图5.21中,温度最 大值落后于电流最大值  20。(电负度)♦温度M低值落后丁电流零值27'这吋以 解释为电弧有一定热惯性,也即冇- 热时间常数所致。 (3) 加强电弧冷却,电弧直径A变细,电弧温度的变化加大。 (4) 电弧电 压的波形形成马鞍形,这与电 弧的静伏安特性相符,即大电流时电弧电低 且基本保持为常数,小电流时电弧电压高。此外,对每个半波而言♦前半波电狐电E略高十后 半波,这是由 于前半波电弧温度1略低于 后半波的温度所致。 5)加强冷 却使电弧在电流小时电压吏卨,即在每 个电流半波中有更高的燃弧尖峰和 熄弧尖峰,这足由 于在加强冷却时,温度T及直径 在半波内起伏更大所致。 由上可知,在电弧电流f变化的情况下,山于电 弧有一走热惯性,因此电弧电压不只趋 电流/的函数,也是电 流变化率豈的函数,也即电弧的特性4其历史情况有关。这一种情况 可以用 问样电流幅值但频率不同的电弧的动伏安特性说明(见图5.25)。 伏安待 性与静伏安特性相似,电弧的 伏安特性为马鞍形当电流频率很高时(曲线值 很髙,由于热惯性相对较大,电弧温度来不及变化。在此情况下,电弧特 性接近丁金属电阻, 有近似 于线性的伏安特性和近似于正弦形的电弧电压。

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