9. Відновлювана міцність та особливості горіння дуги

Розглянемо детальніше процес відновлювання електричної міцності та особливості горіння і параметри дуги при різних умовах.

9.1 Відновлювана міцність та її стадії відновлення.

Закономірності наростання в часі відновлюваної міцності міжконтактного проміжку апарату є основною характеристикою дугогасильного пристрою.

Електрична міцність, що утворюється в процесі вимикання кола, називається відновлюваною міцністю.

В процесі відновлення електричної міцності комутуючий орган і його міжконтактний проміжок перетворюється із провідника електричного струму в діелектрик.

(Перехід метал – діелектрик)

Процес розбивається на характерні стадії (див. рис. 9.1):

В стадії I – горіння дуги – міжконтактний проміжок теж має певну міцність, під якою розуміють значення напруги, необхідної для підтримання незмінної провідності дугового стовпа.

Це поняття базується на наступному: якщо потужність, яка підводиться до дуги, що дорівнює більше потужності, яка відводиться від дуги, то дуга буде існувати.

Якщо ж навпаки, відводитись буде більша потужність, ніж підводитись, то умови існування дуги порушуються, і вона гаситься. При рівності цих величин – дуга знаходиться в стійкому стані.

Звідси (9.1)

- потужність, що відводиться від дуги з одиниці її довжини.

Найбільш інтенсивне зростання і великі значення відновлюваної напруги досягають в недугових стадіях газового розряду, коли в процесі вимикання кола струм уже не проходить, а лише безпосередньо за переходом струму через нульове значення по проміжку проходить невеликий залишковий струм (~мА).

В стадії II відновлювана міцність утворюється на приелектродних ділянках, а її зростання визначається відведенням теплоти в контактні елементи. Для II стадії характерним є тліючий розряд: величини міцності співрозмірні із катодним падінням при цьому розряді.

В III стадії міцність відновлюється на довжині стовпа газового розряду, що закінчується руйнуванням стовпа і його перетворенням в ізолятор (IV стадія).

Математична теорія відновлюваної міцності ще не розроблена. Тому достовірним є лише її експериментальне визначення по величині пробивної напруги, що викликає пробій проміжку в той, чи інший момент часу в стадіях II – IV.

Варіант експерименту по дослідженню відновлюваної міцності показано на рис 9.2.

Кожна точка U₁, U₂, U₃ окремих кривих U(t) характеризує певну точку лінії пробою проміжка між електродами. Міняючи ємність С, міняємо U_пробоя і час t_пробоя , при сталому , будуємо криву U(t).

9.2 Загальні характеристики дуги

9.2.1 Електрична міцність. Теплова стала дуги. Перенапруга. Швидкість відновлення напруги

Як уже відмічалось, з інженерної точки зору найбільш важливою характеристикою апарату, що вимикає, є притаманна комутуючому елементу електрична міцність.

Вона протистоїть наростанню на комутуючому елементі напруги.

Нагадаємо ще раз загальне правило: апарат вимикає коло, а комутуючий елемент стає діелектриком, якщо його електрична міцність в процесі вимикання вище напруги на ньому. Якісно це показано на рис.9.3.

U_{В. міц} – відновлювана міцність;

U_відн – відновлювана напруга.

Після моменту t_кр відновлювана напруга, коливаючись, затухає, наближаючись до U₀.

t_кр =, (9.1)

де – власна частота кола.

Важливими характеристиками також є наступні:

а) Теплова стала часу дуги – час протягом якого дуга змінює свій опір в е раз ( ~ 10 – 1000мкс).

б) Питома відведена потужність – інтенсивність відбору тепла від одиниці довжини дуги (Р₀~ 100 – 10⁴ Вт/см).

в) Середня швидкість відновлення напруги – величина, яка визначається похідною:

, (9.2)

де – напруга, що з’являється на контактах після проходження струму через нуль.

– коефіцієнт амплітуди відновлюваної напруги = 1.0 ÷ 2.0.

– напруга джерела струму в момент переходу струму через нульове значення. Збільшення напруги на контактах відносно напруги джерела живлення називається перенапругою. Чим більші індуктивність та швидкість спаду струму, тим більша перенапруга.

,

де – кут зсуву фаз між струмом і напругою.

– коефіцієнт схеми = 1.5 для 3-ох фазної і = 1.73 для 1-о фазної схеми.

г) Власна частота кола :

Припустимо, що напруга сітки ще не відключена (генератор працює, контакти розійшлись, а навантаження – ємнісне). Якщо міцність між контактного проміжку недостатня, то відбуватимуться пробої проміжку. Повторні пробої проміжку в контактах високовольтних установок ведуть до небезпечних перенапруг на конденсаторах кола.