式(1)中,τ=1ns为时间常数,r0=0.5Ω为静态电弧电阻,R0=1012Ω为隔离开关起弧前电阻。该模型的击穿延时约为30ns,击穿延时是影响特快速暂态过电压VFTO波形及特性的重要因素,遗憾的是当前仍没有有效的手段对该参数进行测量或计算,对击穿延时的研究是VFTO领域一个重要的研究方向。
此外,电弧的熄弧过程也是影响VFTO特性的一个重要因素。对于电弧的熄灭当前存在两种理论,即弧隙介质强度恢复理论和弧隙能量平衡理论。前者认为电弧放电是由于外加电场将间隙击穿的结果,电弧的熄弧条件为电流过零后,弧隙介质恢复强度在任何时刻始终高于弧隙上的恢复电压。后者认为电弧放电并不是电流过零后简单的电压击穿,而是电路及弧隙之间能量平衡的性质。因此,电弧的熄灭条件为弧隙的输入能量小于弧隙的散出能量。
从252kV GIS的试验中采集了大量的电流波形,从电流波形来看,高频成分过零后,电流的振荡趋势并没有变化,而是一直持续下去,直到其振荡幅值不断减小,渐趋于零。这说明隔离开关电弧并不是高频过零熄弧,而是幅值趋于零才熄弧,进一步验证了弧隙的能量平衡理论中的熄弧规律。进而可以用以下数学模型近似表达整个电弧放电过程:
式(2)中,R1表示击穿前电阻;R2表示燃弧时电阻;τ1表示击穿过程时间常数,τ2表示熄弧过程时间常数。R1一般取值1012Ω,R2一般取值在几欧姆左右,具有一定的随机性。
τ1直接影响到VFTO波形及上升时间,τ2是由熄弧时间决定的,其值会影响VFTO的熄灭速度。当前对于τ1和τ2的取值仍仅凭经验,缺乏进一步的试验研究和理论计算,是科研人员一个重要的研究方向。
3.结论
本文主要探讨了SF6气体绝缘组合电器中隔离开关电弧放电过程,对当前隔离开关物理数学模型中存在的问题进行了分析,指出了今后研究过程中注意的问题和研究方向。