2.1.7. Визначення електричної міцності міжконтактного проміжку вдк

Якість вакууму відпаяних ВДК було визначено по їхній електричній міцності, тобто по залежності пробивної напруги від міжконтактної відстані. ВДК підключалася до конденсаторної батареї. Для кожної відстані проведено 10 експериментів по пробою міжконтактного проміжку постійною напругою без кондиціювання контактів. Отримані експериментальні дані наведені на рис. 2.6.

Unp, кВ

Рис. 2.6 Залежність пробивної напруги міжконтактного проміжку ВДК від відстані d між контактами.

Наведена залежність показує, що значення пробивної напруги відповідають тиску у ВДК не менш 10-3 Па [15], що забезпечує нормальну роботу ВВ. Спостерігається лінійний ріст пробивної напруги від відстані між контактами. Розкид пробивної напруги становить близько 10 %. Це пояснюється тим, що автоелектронна емісія починається з різних ділянок активних областей на поверхні контактів через їхню шорсткість. У свою чергу, це приводить до пробою при різних напругах.[14]

2.1.8. Струм зрізу й залишковий струм вакуумної дуги

Зріз струму - явище, характерне для вакуумних дуг при комутації струмів промислової частоти, являє собою різке падіння струму від деякого значення до нуля. Через малий час і високої швидкості спаду струму зріз струму може приводити до значного рівня перенапруги, особливо на індуктивному навантаженні.

У ВДК перших поколінь контакти виготовлялися з тугоплавких матеріалів, таких як вольфрам і молібден, при цьому струм зрізу становив 10...30 А, що приводило до більш ніж 10-і кратним перенапругам. Перенапруги, що виникають при комутації ВВ, були головною причиною обмеження їх поширення в електричній мережі. У цей час, завдяки застосуванню CuСr у якості матеріалу контактів ВДК, значення струму зрізу суттєво знижене. Однак, перенапруги все-таки існують, будучи причиною старіння ізоляції енергетичного устаткування. У даній роботі значення струму зрізу визначалися при використанні ВДК із контактами з CuСr при протіканні струму дуги двох форм - аперіодичної й коливальної.

При зміні значення опору резистора R в експериментальній установці від 7,0 до 0,3 кОм, максимальний розрядний струм дуги росте від 5,7 до 143 А і носить аперіодичний характер. Типова осциллограмма струму при наявності зрізу струму наведена на рис. 2.7. На всіх осциллограммах верхня крива відповідає напрузі на резисторі або індуктивності, нижня крива - струм вакуумної дуги. Отримана залежність струму зрізу Іс від максимального струму дуги наведена на рис. 2.8.

Рис. 2.7 Типова осциллограмма струму зрізу при аперіодичному струмі вакуумної дуги

Рис. 2.8. Залежність струму зрізу від максимального струму дуги

Експериментальні результати показують,що з ростом струму дуги середнє значення струму зрізу збільшується, досягаючи максимального значення,потім зменшується до постійного значення. Аналогічна залежність спостерігалася в експерименті [15] і при моделюванні [18]. Відмінність полягає в тому, що значення струму зрізу, отримані в [15], набагато більше, чим у наших експериментах, тому що в [15] минулому використані контакти з вольфраму. В [418 зріз струму був промодельований на основі часу горіння дуги постійного струму.

Отримана залежність струму зрізу від максимального струму дуги пояснюється в такий спосіб. При малому струмі вакуумна дуга нестійка, імовірність загасання дуги більша, час горіння дуги мала, зріз струму відбувається через невеликий проміжок часу після його максимуму, тому струм зрізу відносно великий (струм зрізу становить 22...11 % від максимального струму дуги).

Рис. 2.9. Визначення часу зрізу струму

При великому струмі поверхня контактів розігрівається, тиск пари матеріалу контактів високе, вакуумна дуга більш стійка, час горіння дуги росте з ростом струму, зріз струму стає утрудненим, струм зрізу зменшується. При подальшому збільшенні струму температура контактів за рахунок тепловідводу стабілізується, струм зрізу не залежить від струму дуги (струм зрізу становить усього 3,3...1,2 % від максимального струму дуги). Крім того, струм зрізу є статистичною величиною. Доказом цього служить великий розкид значень струму зрізу, особливо при малих струмах дуги. Визначення часу спаду струму при зрізі по осциллограммам струму показує, що при малих струмах дуги цей час становить приблизно 9 мкс (рис. 2.9, а); а при струмі дуги І=25..93 А, цей час становить приблизно 2...3 мкс (рис. 2.9, б).

Перенапруги, що виникають при зрізі токи, визначаються не тільки значенням струму зрізу, але й швидкістю підходу струму до нуля di/dt. Швидкість підходу струму до нуля di/dt визначалася за законом Ленца: di/dt=|U/L|, де U- напруга, що виникає на індуктивному навантаженні L при зрізі струму. Експериментальні дані швидкості підходу струму до нуля di/dt залежно від індуктивності L і струму зрізу наведені в таблиці.2.1

таблиця.2.1[15].

L, мГн	0,82	1,64	3,28	6,28	Примітки
Ic, А	2,8	2,8	3,1	3,2	d=0,25 мм
di/dt, А/мкс	4,3	4,5	1,7	1,4
Ic, А	2,9	2,8	2,7	-	d=0,50 мм
di/dt, А/мкс	6,5	3,7	1,5	-

Отримані результати показують, що з ростом індуктивності L від 0,82 до 6,28 мгн швидкість підходу струму до нуля di/dt при зрізі струму знижується від 4,3...6,5 до 1,4...1,5 А/мкс, причому струм зрізу залишається постійним.

При відсутності резистора R струм через ВДК має коливальний характер. У цьому випадку при відключенні струму спочатку спостерігається різка зміна струму вакуумної дуги (рис. 2.10), потім він відновлюється до первісного значення. Потім цей процес повторюється. Надалі відновлення початкового рівня струму стає утрудненим. На струм основної частоти накладається високочастотний струм, характерний при горінні дуги у вакуумі. Потім струм вакуумної дуги доходить до нуля, дуга гасне. Повний час відключення струму становить приблизно 20 мкс, а током зрізу вважається струм, при якому відбувається перша різка зміна струму вакуумної дуги.[16]

Рис. 2.10. Типова осциллограмма струму зрізу при коливальному струмі вакуумної дуги

Було визначене значення струму зрізу при індуктивності L=7,64 мгн і відстані між контактами ВДК d=0,25 мм. Отримане, що значення струму зрізу довільно змінюється від 0,9 до 6,0 А, середнє значення струму зрізу при 50-і експериментах становить 3,0 А. Гістограма струму зрізу при цих умовах наведена на рис. 2.11.

Рис. 2.11. Гістограма струму зрізу при струмі вакуумної дуги 50А (матеріал контактів ВДК - CuCr); Р - імовірність струму зрізу[16]

При підйомі струму після його проходження через нульове значення, очевидно, також можливий зріз струму. У цьому випадку спостерігається різка зміна струму дуги (обрив струму), але струм у контурі повністю відновлюється до значення, при якому відбувся зріз, потім струм збільшується до деякого максимального значення, яке значно менше амплітуди струму. Потім струм поступово падає до нуля й дуга гасне (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Типова осциллограмма залишкового струму

Струм, що з'являється при цьому, можна називати залишковим струмом. Струм останнього півперіоду до появи залишкового струму називається струмом, що відключається. струм, що відключається, показує, який струм може відключити ВДК при даній міжконтактній відстані.

Між, що відключаються й залишковим струмами існує взаємозв'язок, який наведений на рис. 2.13, при зміні відстані d міжконтактного проміжку від 0,25 до 1,00 мм. Експериментальні дані показують, що час існування залишкового струму після нуля струму не залежить від відстані d між контактами й становить 330..375 мкс. Це означає, що чим більше відстань між контактами й струм вакуумної дуги, тим більше швидкість руху носіїв заряду.

Рис. 2.13. Залежності амплітуди струму, що відключається, Iамп.отк (1) і залишкового струму І_ост (2) від відстані між контактами

З ростом відстані d амплітуда струму, що відключається, Іамп.відкл, і залишкового струму Іост збільшуються (рис. 2.13). Це пояснюється тим, що ріст струму, обумовлений збільшенням відстаней між контактами, приводить до підвищення початкового тиску пари матеріалу контактів у ВДК. Згідно [18], зниження концентрації носіїв заряду в міжконтактному проміжку при високому тиску пари матеріалу контактів незначно, тому кінцевий і залишковий тиску пари матеріалу контактів теж ростуть, що відповідає росту амплітуди, що відключається й залишкового струмів. Отримані в даній роботі результати можуть бути використані для моделювання перехідних процесів в електричній мережі при відключенні невеликого ( до 60 А) індуктивного струму вакуумним вимикачем.