20.Отключение цепей при наличии шунтов.

Возрастание скорости восстановления напряжения приводит к тяжелым режимам работы отключающих аппаратов. Облегчить эти режимы можно либо увеличением скорости нарастания электрической прочности в ДУ, либо искусственным снижением скорости восстановления напряжения. Второй путь более экономичен и в настоящее время широко используется. Для снижения скорости восстановления напряжения применяются низкоомные и высокоомные

шунты. Рассмотрим принцип действия низкоомного шунта (рис. 4.15). Выключающий аппарат имеет два разрыва. Разрыв 1 шунтирован резистором Rш. Сопротивление Rш выбирается так, чтобы колебательный процесс восстановления напряжения перевести в апериодический. Для этого

необходимо соблюдать неравенство Rm<1/2 корень L/Cэк. Обычно сопротивление Rш так мало, что влиянием Сэк можно пренебречь Тогда u = E[l — e^-iRш/L). Процесс восстановления напряжения при наличии шунта и без него показан на рис. 4.16. Наибольшая скорость, В/мкс, имеет место при t = 0:

Шунтирующий резистор с малым сопротивлением позволяет настолько снизить скорость восстановления напряжения, что гашение дуги в первом разрыве практически не будет зависеть от собственной частоты сети. Возможный максимальный пик восстанавливающегося напряжения при этом уменьшается примерно в 2 раза. Для снижения скорости восстановления напряжения на первом разрыве желательно иметь возможно малое значение Rш. Как правило, дуга в разрыве 1 гаснет при первом прохождении тока через нуль. После этого расходятся контакты разрыва 2 (см. рис. 4.15) и между ними загорается дуга. Резистор Rm облегчает работу и этого разрыва, так как его введение в цепь уменьшает ток и сдвиг фаз между током и напряжением источника, что снижает восстанавливающееся напряжение промышленной частоты. Для облегчения режима работы второго разрываRш должно быть возможно большим. Обычно Rm определяется условиями работы разрыва 1/ Шунтирующие резисторы с малым сопротивлением применяются в выключателях на все классы напряжения, особенно при напряжениях до 35 кВ, где токи отключения достигают больших значений. При напряжении более 35 кВ применяются многократные разрывы. Восстанавливающееся напряжение промышленной частоты, приходящееся на один разрыв, уменьшается пропорционально числу разрывов. Соответственно уменьшается и скорость восстановления напряжения. Емкостное сопротивление между всеми контактами практически одинаково, но токи, текущие через разрывы, различны ввиду наличия емкостей элементов аппарата относительно земли С3 (рис. 4.17). Это создает неравномерность напряжения по разрывам. С ростом числа разрывов эта неравномерность увеличивается. Для выравнивания напряжения по разрывам применяют емкостные шунты Сш [18.5]. При Сш5>20С3 токами i3 текущими через паразитные емкости на землю, можно пренебречь. При этом напряжение делится поровну между разрывами.

21. Отключение короткой дуги переменного тока.

К моменту прохождения тока через нуль промежуток между электродами заполнен сильно ионизированным газом. Под действием восстанавливающегося напряжения образуется электрическое поле, которое действует на ионы и электроны. Из-за малой массы скорость электронов

в электрическом поле примерно в 2000 раз больше скорости положительных ионов. Электроны, обладающие большой скоростью, быстро уходят из зоны катода, и около катода появляется положительный объемный заряд. Благодаря высокой проводимости остальной части промежутка, в которой положительные и отрицательные ионы взаимно уравновешиваются, почти все напряжение, подведенное к электродам, прикладывается к области положительного объемного заряда у катода. В этой области возникает очень высокая напряженность поля Е_П достигающая 30 000 кВ/м.

Примерная картина распределения зарядов в объеме, напряженности электрического поля Еп и напряжения на промежутке и представлена на рис. 4.18, где d — толщина слоя положительного объемного заряда, расположенного у катода; Uп — напряжение, приложенное к электродам. Для того чтобы дуга загорелась вновь, необходимо, чтобы из катода было получено соответствующее количество основных носителей тока в дуге — электронов. Если катод не нагрет до температуры, при которой начинается термоэмиссия, то необходимое количество электронов может быть получено только за счет автоэлектронной эмиссии. Последняя возможна при напряженности поля примерно 30 000 кВ/м (при медных электродах). - Рис. 4 18. К анализу процессов в короткой дуге переменного тока: a — распределение зарядов в дуговом про-, межутке, б н в — зависимости электрической па пряжен и ости и разности потенциал лов от положения точки в дуговом разряде Расчеты показывают, что такая напряженность поля получается при напряжении на громежутке 250 В [4.1]. Если напряжение меньшие, то дуга гаснет. При сильно нагретых электродах часть электронов с катода получется за счет термоэмиссии и напряжение, необходимое для начала разряда, снижается до 160—170 В. Прочность промежутка после прохождения тока через нуль сильно зависит от материала электродов и при электродах достигает 320 В. Исследования показали [4.2], что электрическая прочность, возникаюощая около катода, в значительной степени зависит от нагрева точки дуги При холодных электродах эта прочность приближается к указанному выше значению (250 В) и имеет место при небольших токах и быстром перемещении дуги по электродам. При токах примерно сотни ампер даже при быстром перемещении дуги по электродам из-за термоэлектронной эмиссии прочность падает до 140 В при медных электродах. При токах более 100 А и неподвижных опорных точках дуги прочность снижается до 40—60 В. При токах КЗ она снижается до околоэлектродного падения напряжения (20—30 В), Явление образования околокатодной прочности открыто Слепяном и в настоящее время широко используется для гашения дуги в дугогасящих решетках аппаратов низкого напряжения. Дуга разбивается на ряд коротких дуг с помощью металлических электродов. После прохождения тока через нуль ре

зультнрующая электрическая прочность равна сумме всех околокатодных прочностей. Если результирующая прочность больше пика восста нагуливающегося, напряжения, то дуга гаснет при первом же прохождении тока через нуль.

22,Способы гашения электрической дуги.

Могут быть различными, но основываются на следующих принципах:

1)принудительное удлинение дуги

2)охлаждение межконтактного промежутка различными способами

3)разделение дуги на ряд коротких отдельных участков

По первому: При удлинение дуги происходит увеличение падения напряжения в столбе дуги и напряжение приложенное к контактам становится недостаточным для поддержания горения дуги.

По второму: Охлаждение межконтактного промежутка вызывает падение столба дуги, ускоряются процессы деионизации.

По третьему: Разделение дуги на ряд отдельных коротких участков приводит к повышению падения напряжения на дуге(за счет увеличения падения напряжения на электродах) и приложенное контактное напряжение становится недостаточным для поддержания горения дуги.

Способы гашения дуги:

А)Воздействие на столб дуги.

Задача дугогасительного устройства(ДУ) состоит в том, чтобы обеспечить гашение дуги за малое время с допустимым уровнем перенапряжения при малом износе частей аппарата, при минимальном объеме газов(продуктов горения дуги), с минимальными звуковыми и световыми эффектами.

Рассмотрим дугогасительное устройство аппаратов низкого напряжение до 1кВ.

Для гашения дуги постоянного тока необходимо чтобы ВАХ дуги шла реостатной характеристики(см. Лекция 3).

Так как Ud=Uk+Ua+Uст= Uэ+Еd*l то подъем характеристики можно получить ... за счет увеличения напряженности электрического поля(продольный градиент), за счет увеличения около электродных падений напряжений.

Поднятие ВАХ за счет увеличения длины дуги зачастую мало эффективно, так как продольный градиент для свободно горящей в воздухе дуги сравнительно мал от 10 до 200 В/см. И для гашения дуги требуется значительное ее растяжение, что увеличивает габариты аппаратов.

Увеличение градиента можно осуществить путем эффективного охлаждения столба дуги и подъема давления среды в которой дуга горит.

Охлаждение дуги можно осуществить:

-путем перемещения дуги в газе;

-за счет перемещения газа относительно дуги;

-за счет размещения дуги в узкой щели, стенки которой имеют высокую теплопроводность и дугостойкость(не должны расплавляться от термического воздействия дуги).

В электрических аппаратах низкого напряжения наиболее широко применяются дугогасительные устройства с узкой щелью электрическая дуга под действием магнитного поля, потока воздуха или газов или другими средствами, загоняются или перемещаются в узкие щели или лабиринт дугогасительной камеры. Где она тесно соприкасается со стенками или оборотами, отдает им тепло и гаснет. Дугогасительные камеры как правило делаются из керамических материалов.

Для увеличения эффективности охлаждения ширина щели(сигма) выполняется по возможности меньше, чем диаметр столба дуги при свободном горении. Кроме того за счет придания щели зигзагообразной формы увеличивается длина дуги и усиливается охлаждение.

Важнейшей характеристикой дугогасительной камеры является зависимость продольного градиента и от длины щели.

Продольная щель - щель ось которой совпадает с осью дуги по направлению.

На рисунке а в зоне 1, 2 имеется прямая щель 3 с плоско параллельными стенами. На рисунке б за счет наличия двух перегородок имеются три параллельные щели с плоско параллельными стенками, соответственно дуга при вхождению в камеру разбивается на три параллельных участка, такой способ применяется при отключении больших токов, однако параллельные дуги существуют не долго по сколько они весьма не устойчивы и все, кроме последней быстро гаснут. На рисунке в показана камера с одной щелью извилистой формы зигзагообразной, что позволяет камере небольших размеров уместить более длинную дугу, что способствует лучшему охлаждению, кроме того при отклонение формы щели от формы на рисунке а, возрастает продольный градиент. На рисунке г к простой продольной щели добавлены местные уширения 5, что усиливает охлаждение камеры, увеличивается продольный градиент. На рисунке д показана наиболее эффективная форма для гашения дуги, которая сочетает достоинство предидущих вариантов в и г.

Раскаленные газы(продукты горения дуги) выбрасываемые из продольной щели дугогасительного устройства, в ходе гашения дуги, попадая на токоведущие части оборудования могут приводит к возникновению различных аварийных ситуаций. Выброс раскаленных газов необходим для эффективного отвода тепла от столба дуги. Для предотвращения аварийных ситуации на пути этих газов, устанавливается ряд металлических пластин, пламягасительные. Газы проходя через эту решетку деионизируются, охлаждаются, плюс сокращается зона их выброса.

23.

Перемещение дуги под действием магнитного поля.

Если рассматривать электрическую дугу как своеобразный проводник с током, то при взаимодействие проводника с магнитным полем создается электромагнитное усилие, которое перемещает столб дуги.

Этот способ называется магнитным дутьем, сила воздействующая на дугу(если как совокупность заряженных частиц, то сила Лоренца, если рассматривать как виртуальный проводник, то сила Ампера, направления определяется по правилу левой руки).

Рассмотрим пример дугогасительного устройства с магнитным дутьем.

Магнитное поле создается катушкой 1, которая включена последовательно с коммутируемой цепью, внутри катушки имеется сердечник 3, соединенный с ферромагнитными полюсами в виде пластин 4, 3 и 4 образуют магнитопровод, между катушкой и сердечником имеется изоляционный ...

При протеканию тока по катушке, создается магнитное поле, направление которого показано на рисунке крестиком. Ток в катушке это и есть ток между контактами. Ток протекает от входного контакта 5, по катушке 1, размыкающимся контактом 6, столбе дуги 8, по гибкой связи 7 к выходному зажиму. При размыкании контактов между ними образуется жидкий металлический мостик, затем возникает дуга и под действием магнитного поля возникакет сила 5, которая выбрасывает дугу в некоторое дугогасительное устройство.

Силы действующие на единицу длины дуги может быть определена по формуле P=B*I, B - индукция, I - ток в столбе дуги.

Поскольку индукция пропорциональна току, то силуможно представить в виде квадратичной зависимости P=k*I^2. Эта сила перемещает дугу сначала в воздухе, потом в узкой щели дугогасительной камеры и расходуется на преодоление аэродинамического сопротивления и силу трения столба дуги об элементы конструкции.

В случае если катушка включается параллельно коммутируемой цепи на напряжение источника, магнитное поле создается не током в коммутируемой цепи. Индукция не зависит от тока.

24.