零区电流P-T（黑盒）电弧模型

P—T电弧模型把开关电弧看作一个两端元件，其电导作为电路参数和电弧参数的函数随时间变化。利用选定的数学形式，通常是微分方程，确定传递函数，使剩余的自由参数与测量所得u(t)、i(t)波形吻合。

这样的电弧模型的方程中所用的电弧参数是电弧的散发功率P和时间常数T，因而此类电弧模型被称为P-T电弧模型，也叫作黑盒模型或Black Box模型，简称BB模型。

参数P和T并不直接涉及开关或断路器的设计参数。电弧参数是在特定条件下由实验确定的，所以在该条件下可以得到很好的应用。

P-T模型涉及电弧的热过程，而与介质过程无关。因此，其应用范围仅限于电流零区中电弧与电路的相互作用，即热击穿区域。

需要注意的是，P-T电弧模型的目标是描述开断过程中开关电弧与其所在电路的相互作用，为此，用一整体电弧表示即可，也就是只需知道电弧总的电特性，而不需弧柱中具体物理过程。需要指出的是，电力系统中的电压、电流主要由电网参数决定，而不是电弧参数。例如，在确定瞬态恢复电压( TRV)或瞬态关合电流时，只需用理想断路器替代实际断路器就能得到良好结果。仅当电弧电压约达到电路中电源电压的10%时，电弧对电流的影响才是明显的。在热开断过程中，仅当电弧电导率降至TRV电路的波阻抗时，在电流零区中电弧的影响才是明显的。由此可以预知为什么确定电弧参数是一项具有挑战性的任务。

电液比例控制是由电液比例控制阀为主要元件构成的控制系统，电液比例控制阀(简称比例阀)实质上是一种廉价的、抗污染性较好的电液伺服阀。

与电液伺服阀相似，控制比例阀的比例放大器也是具有深渡电流负反馈的电子控制放大器，其输出电流和输入电压成正比。比例放大器构成与伺服放大器也相似，但一般要复杂一些，如比例放大器一般均带有颤振信号发生器，还有零区电流跳跃(比例方向阀)等功能。

比例阀结构主要有电一机械转换器(比例电磁铁)和阀两部分。多数比例阀是开环控制的，但也有闭环控制的。

比例电磁铁是在传统的湿式直流阀用开关电磁铁基础上发展起来的，目前所应用的大多数比例电磁铁是盆式结构。

在切断能力试验中，电压的量测一般可以采用传统的方法，即采用电阻分压器、电容分压器或阻容分压器。

零区电流方法

测量电流零区的电压的方法有两种：一种是采用电容分压器。这种方法比较简单，因为已发展有频率响应良好的，输出功率大的电容分压器。另一种方法是用在量测对象的电容小，要求测量装置具有很小的固有电容的时候。这时可以采用探针型的电压计。图1示探针型电压计的工作原理。如图1，在电场分布形式不变的情形下，用一地电位的小探针检测与高电压成比例的电压。采用高输入电阻(10⁴欧)的场效半导体元件，可以使探针即令在很低的频率(0．1赫)之下，也不需要电源而能测量电压。高电压电极对地的电容仅为几个微做法。

零区电流目的

量测电流零区的电流的目的是：测量电流趋近于自然零点的变化率，测量残余电流的波形，观察产生重燃的情况以及重燃时去游离和再发弧的过渡现象。这些过程可以在数十或数百微秒内发生，并包含有高频分量，因此对测量技术提出了较高的要求。

对量测仪器的要求是：

(1)量测装置的频率响应好，极限频率高(约为1兆周左右)。

(2)电流量测部分，一方面要能精确地反应零区小电流值的变化，一方面又要求能通过大的短路电流，而不使量测仪器受到损坏，这就要求具有限流的作用。

(3)测量的电流虽只为短路电流的千分之几，但要求测量准确度不低于记录仪器的准确度。

量测装置中的关键元件是电流检测元件。

零区电流目前的测量方法

目前用来量测零区电流的方法有下列几种：

(1)采用低阻值的分流器

这种方法中采用低阻值的分流器，再用：

分流器——限幅器——放大器——示波器

量测线路进行量测。在这种方法中，因为分流器中要通过大的短路电流，所以阻值不能取高。图2示这种方法所用的量测线路。如图2，当分流器中的电流低于所要求量测的极值时，电流无阻地通过限幅器，经过放大器在示波器上记录下来。如果分流器中的电流超过所要量测的极限电流时，则限幅器起作用，将输入到放大器的信号值

限制在规定值以下，以保护后级的量测仪器不受损坏。目前在BBC试验站中所用分流器的参数为：电阻l毫欧，灵敏度为每安一毫伏，极限通过电流100千安(峰值)，0．1秒热稳定电流为40千安。

采用低阻值同轴分流器的量测装置，由于具有某种程度的集肤效应和邻近效应，在频率较高时，频率响应变坏，所以不宜用来量测近区故障试验的零区电流。

(2)磁控管法

为了测量被试断路器两端对地的高电位以及频率较高的电流(包括零区的电流)现象，BBC实验室发展了一种用磁控管的量测方法。如图3，所用的磁控管是一种特制的E80T型管，它的特性是：板流受磁场的控制，当磁场的磁通密度为0~B1时，板流与磁通密度成比例，当磁通密度超过B1时，板流基本不变。用两个这样的管子安装在母线的两侧，则磁控管的板流受母线电流磁场的控制。E80T管的灵敏度为10毫伏/安，整个测量系统的频带宽超过20兆赫。此法可以用来量测切断近区故障时的零区电流。磁控管法的优点是：

a．主回路与测量回路分开；

b．磁控管同时具有限流作用，不需采用限幅器；

c．输出电压比较大，不要放大器，直接输出到示波器；

d．时间常数小，反应快；

e．有良好的频率特性；

f．量测范围大，受外界的干扰小。

磁控管的缺点是，阳极制造工艺复杂，有时非线性失真大。

(3)采用真空断路器的测零区电流的方法。

近来，日本介绍了一种借真空开关的帮助量测零区电流的方法。在这种方法中，与分流器并联一个真空开关。在量测电流尚没有达到零区之前，真空开关是闭合的，这样，大的短路电流通过真空开关，保护了分流器使其不受短路电流的损坏。当电流接近零区时，真空开关打开，由于开关的电弧电压不高，可以即时熄灭，这样全部要量测的电流通过分流器，可以用一般的方法进行量测。这种方法的试验结果表明，采用性能高的真空开关，可以在电流自然过零10微秒之前营测到准确的电流。

在这种量测方法中，对真空开关的要求是：

a．打开触头时，电弧电压很低，而且电弧电压值与所切断的电流大小无关。

b．触头间的绝缘恢复快。

c．触头间有通过大电流的能力。

在这种方法中，由于在电流大的时候，真空开关短接了分流器，所以可以采用高阻值的分流器。这样，量测电流时输出电压提高了，而且干扰的相对水平也降低了。这一方法据介绍可以用在短路电流50千安以下。

根据苏联1975年的报导，他们制成的量测弧后电流装置的水平为0．1厘米/安(20千安以下)和0．05厘米/安(20千安以上)。

上面介绍的测电流零区的电流及电压的方法也可以制成一个装置，同时测量电流和电压。

图4为这种组合测量装置的线路图。

零电流转换，一种与零电流开关作用相似,但性能更优的电路。零电流开关中,谐振电路的电感与主电路开关串联,因而它的零开关条件受电源电压和负载电流的影响,工作不稳定;零电流转换电路中,谐振电路与主电路并联,改善了零电流开关的工作条件。

1. 负荷不平衡引起的零序电流

为保证配变的安全运行，应采取有效措施抑制零序电流的产生。因中性线不平衡电流是零序电流的3倍，因此，中性线电流的限制值经过理论计算可以证明：联结组为Y，ynO的变压器，其中性线电流不得超过额定电流的25%。这就是抑制零序电流的中性线电流的限制值。

在配变以三相四线制供电运行中，为抑制零序电流的产生，必须经常检测中性线的电流值，如检测到中性线电流达到或超过额定电流的25%时，这将预示着零序电流的产生。为此，应采取措施对配电网的i相用电负荷进行调整，使三相负荷尽量趋于平衡，以减少中性线电流，抑制零序电流的产生。

对于以三相网线制供电的配电变压器，在供用电管理中，首要的工作即是经常检测调整三相负荷，使三相负荷尽量保持基本平衡，保证变压器处于i相负荷平衡的状态运行这不仅可抑制零序电流的产生，而且，也是配变安全、经济运行的有效措施。

2. 短路故障引起的零序电流

零序电流保护一般使用在有条件安装零序电流互感器的电缆线路或经电缆引出的架空线路上。当在电缆出线上安装零序电流互感器时，其一次侧为被保护电缆的三相导线。铁心套在电缆外，其二次侧接零序电流继电器。当正常运行或发生相间短路时，一次侧电流为零，二次侧只有因导线排列不对称而产生不平衡电流。当发生一相接地时，零序电流反映到二次侧，并流入零序电流继电器，使其动作发出信号。

在安装零序电流保护装置时，应特别注意的是：电缆头的接地线必须穿过零序电流互感器的铁心。这是由于

被保护电缆发生一相接地时，全靠穿过零序电流互感器铁心的接地线通过零序电流起到作用，否则互感器二次侧也就不能感应出电流，因而继电器也就不可能动作。

配电变压器配置零序保护，最好能就近安装，如果安装在变压器小室。CT二次电缆短，二次负载电阻小，在出u短路时CT不容易饱和，一次电流按比例变为二次电流，有利于零序保护的正确动作。

对于城市而言，主城区部分，35kv、10kV系统由于电缆出线日益增多，电缆在发生单相接地故障后，如果不及时切除，易扩大事故，因此，建议新建变电站应采用电阻接地方式，边缘地区新建35 kv、10 kv系统宜采用电阻接地方式，郊区农村地区35 kv和10kV架空配电线路宜采用消弧线圈自动补偿接地方式 。