3.1 交流故障电弧相关电气特性分析

图3-1为交流串联故障电弧实验电路。图3-2为根据图3-1实验电路测量的交流电弧两端的电压和线路电流波形。

在t0～t1时间段，弧隙被击穿，电路中产生串联故障电弧。但是由于弧隙被击穿后，弧隙电阻转变为电弧电阻，此时Rh相对负载电阻阻值较小，因此弧隙两端的电压uh也很小。此时线路电流ih的大小主要由电源电压u和负载阻抗Z决定，但由于Rh串联在电路中，尽管Rh较小，也会导致ih的有效值比在正常工作状态下要小。

图3-1　交流串联故障电弧实验电路

图3-2　交流电弧两端的电压和线路电流波形

在t1～t2时间段，t1时刻加在电弧上的电压uh降为零，ih也降为零，电弧熄灭。弧隙两端的电压将按正弦规律不断增大。由于弧隙在没有被击穿时Rh非常大，则此时uh可近似看成电源电压u。ih将基本为零，表现为“零休”现象，即在交流电路中，当发生串联故障电弧时线路电流在自然过零点连续一段时间都非常接近于零的现象。uh按照正弦规律变化，其幅值不断增大，直到当t2时刻uh达到了燃弧电压Uz时，弧隙被击穿，电弧重新起燃，此时Rh会迅速减小。由于此时Rh相对负载阻抗Z基本可以忽略，ih将从零开始迅速增大到Uz/｜Z｜，表现为当串联故障电弧发生时的电流突变现象。

从图3-2还可以看出，不同半工频周期内Uz的值并不完全相同。主要原因在于当串联故障电弧发生时，电弧燃烧往往伴随着电极的局部挥发，导致弧隙间距、周围气体的成分、电弧的冷却程度等都会呈现动态变化，因此，当每次发生串联电弧故障时，燃弧电压Uz不可能完全相同，导致了相邻的半工频周期内线路电流ih无论是有效值还是电流突变时刻都呈现一定的随机性。