- •Министерство образования и науки российской федерации
- •Южный федеральный университет
- •Методическое руководство по выполнению лабораторной работы Исследование автоматического выключателя
- •1. Цель работы.
- •2. Автоматические выключатели
- •2.1. Токоограничение в автоматических выключателях
- •2.2. Устройство универсального автоматического выключателя
- •2.3. Расцепители
- •2.4. Разновидности автоматических выключателей
- •3. Порядок выполнения лабораторной работы
- •4. Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Оглавление
2.1. Токоограничение в автоматических выключателях
Активное электрическое сопротивление канала дуги, образовавшегося после расхождения контактов аппарата, нарастает во времени под воздействием дугогасительного устройства вплоть до бесконечности, когда этот канал превращается в изолятор, а ток цепи становится равным нулю. Нарастающее во времени сопротивление канала дуги может оказаться значительно выше сопротивления нагрузки и это существенно повлияет на условия отключения цепи автоматическим выключателем, который будет отключать уже ограниченный ток.
Впервые О.Б. Брон установил [3], что электрическое сопротивление дуги, возникающей в местах коротких замыканий, оказывается также высоким, так как большие токи короткого замыкания вызывают электродинамический
Рис. 1 Степень ограничения токов КЗ сопротивлением
отброс перемычек между проводами, образование и быстрое растяжение электрической дуги. Полученные статистические опытные данные позволили прийти к выводу о том, что в реальных условиях работы автоматических выключателей предельные токи короткого замыкания не превышают 70-80 кА. На рис. 1 изображена опытная кривая, отражающая взаимосвязь между фактическим током короткого замыкания Iф (кривая 2) и расчетным током короткого замыкания Iрас, полученным при условии металлического короткого замыкания (кривая 1).
На рис. 2 даны кривые изменения во времени тока дуги при отключении цепи постоянного тока без ограничения его сопротивлением дуги (кривая 1) и при ограничении тока этим сопротивлением (кривая 2). Кривая 3 отражает рост сопротивления дуги во времени. В первом случае автоматический выключатель разрывает дугу с током , во втором ¾ с током , и условия гашения дуги во втором случае значительно легче, чем в первом.
Рис. 2 Кривые изменения токов при отключении короткого замыкания (постоянный ток)
Полное время отключения токоограничивающего автоматического выключателя определяется
, (1)
где t0 ¾ время от возникновения короткого замыкания до достижения тока срабатывания Iср механизма автоматического выключателя; t1 — время работы механизма расцепления и выбора провала контактов; t2 — время гашения дуги.
Из рис. 2 видно, что tполн для автоматического выключателя с ограничением тока значительно меньше, чем для автоматического выключателя без ограничения тока. Заметим, что так называемое собственное время отключения автоматического выключателя является суммой времен t1 и t2.
Ограниченный дугой ток при постоянном напряжении можно оценить:
, (2)
где U ¾ напряжение сети; Rн — сопротивление нагрузки до места короткого замыкания; Rд,апп — сопротивление дуги в аппарате; Rд,кз — сопротивление дуги в месте короткого замыкания.
Изменяющийся во времени iогр можно определить
, (3)
где и — градиент напряжения и изменяющаяся во времени длина дуги в дугогасительном устройстве аппарата; и — градиент напряжения и длина дуги в месте короткого замыкания. Для приближенных расчетов можно принять и использовать зависимости для и , приведенные в гл. 2.
Рис. 3 Процессы отключения переменного тока при ограничении его сопротивлением дуги
Характеристики процессов отключения переменного тока в условиях его ограничения сопротивлением дуги дана на рис. 3. Из-за изменения сопротивления дуги угол сдвига фаз между током и напряжением изменится от до , максимальное значение тока уменьшится от до , возвращающееся напряжение промышленной частоты снизится от до . Все это существенно облегчит условия гашения дуги переменного тока: уменьшение угла сдвига фаз и напряжения U0 снизит скорость изменения восстанавливающегося напря-жения, а снижение тока повысит восстанавливающуюся проч-ность. Приближенно параметры этих процессов определяются
; (4)
. (5)
Для дальнейшей расшифровки этих зависимостей можно воспользоваться теми же зависимостями, что и для ограниченного сопротивлением дуги постоянного тока. Штриховая линия на рис. 3 — характеристика тока без его ограничения сопротивлением дуги.