Лекция №9
5.4 Дуга переменного тока и условия ее гашения.
5.5 Способы гашения электрической дуги, бездуговая коммутация.
5.4 Дуга переменного тока и условия ее гашения
Рассматривается процесс отключения активной нагрузки, однако при этом выполняется первый закон коммутации, так как небольшая индуктивность имеется в любой электрической цепи. В момент времени t = 0 (рис. 32) размыкаются контакты, загорается дуга. При подходе тока к нулю к дуге подводится малая мощность, температура её уменьшается, что способствует деионизации и дуга гаснет при напряжении гашения UГ. На рисунке a1 – b1 линия восстановления электрической прочности промежутка после погасания дуги.
В момент пересечения этой линии с восстанавливающимся напряжением на контактах u, при напряжении зажигания u′З, происходит повторное зажигание дуги.
Электрическая прочность промежутка – это напряжение при котором происходит его электрический пробой.
После очередного погасания дуги величина напряжения зажигания u′′З становится больше, а в последний полупериод дуга не зажигается.
Условие гашения – если после перехода тока через нуль прочность промежутка нарастает быстрее и остаётся всё время выше, чем
восстанавливающееся напряжение на контактах, то процесс заканчивается угасанием дуги.
Восстановление электрической прочности промежутка должно обеспечиваться дугогасительным устройством.
Дуга переменного тока обычно гасится легче, чем дуга постоянного тока. Чтобы погасить дугу постоянного тока, надо насильственным путём свести к нулю ток цепи. При переменном токе через каждый полупериод ток естественным путём проходит через нуль, и надо создать условия не возобновления тока.
5.5 Способы гашения электрической дуги, бездуговая коммутация
Рассматриваются способы гашения дуги только в низковольтных электрических аппаратах.
Дугогасительное устройство предназначено для гашения дуги за малое время при малом электроэрозионном износе контактов, но с допустимым уровнем перенапряжений. Чем меньше время тем перенапряжения больше.
Для гашения воздействуют на столб дуги, удлиняя его с одновременным её охлаждением.
В электрических аппаратах низкого напряжения наиболее широко применяются дугогасительные устройства с узкой щелью (щелевые камеры). Эти камеры из дугостойкого не токопроводящего материала (керамика). Ширина щели делается меньше диаметра дуги, касаясь боковых стенок щели дуга охлаждается. Втягивание дуги в щель производится с помощью магнитного поля (магнитное дутьё), при этом увеличивается длина дуги и интенсивность охлаждения.
Примеры форм дугогасительных камер с узкой щелью приведены на рис. 33.
Для создания магнитного дутья наибольшее распространение получили дугогасительные устройства с последовательной катушкой 1 в цепи тока нагрузки (рис. 34). Катушка располагается на стальном сердечнике 2, к которому жёстко прикреплены стальные пластины 3, охватывающие дугогасительную камеру 5.
При протекании тока по катушке в камере образуется магнитное поле, с магнитным потоком Ф, которое взаимодействует с током дуги 4, создавая электродинамическую силу F. Под действием этой силы дуга перемещается в дугогасительную камеру, где она охлаждается и гаснет.
Преимуществом такого дугогасительного устройства является постоянство направления силы, действующей на дугу, при изменении направления тока. Недостаток – неэффективное гашение дуги при малых токах < 5 – 7 А.
Гашение дуги с помощью дугогасительной решётки предложено в начале 20 – го века Доливо–Добровольским.
Дуга в решётку (рис. 35) может вводиться на пластины с помощью специально созданного магнитного поля или за счёт электродинамических сил возникающих в контуре 2, 3, 4 и за счёт применения ферромагнитных пластин решётки 1.
Гашениие происходит за счёт подъёма ВАХ дуги при увеличении её длины и увеличения числа околоэлектродных падений напряжения, кроме того пластины являются хорошим теплоотводом – дуга охлаждается.
Бездуговая коммутация
Бездуговая коммутация применяется во взрывоопасных помещениях. Один из вариантов схемы бездугового отключения в цепи переменного тока, с шунтирующими тиристорами VS1, VS2, приведён на рис. 36.
При замкнутых контактах KM1 силового контактора на управляющие электроды тиристоров VS1, VS2 поступают управляющие импульсы, от трансформаторов тока TA1, TA2, через диод и резистор. Но через тиристоры ток не протекает, так как они зашунтированы контактами KM1.
В момент отключения KM1 уменьшается сила прижима контактов – увеличивается переходное сопротивление и падение напряжения на контактах ΔUК. Как только ΔUК станет больше падения напряжения на тиристорах 1,0 – 1,5 В они начинают пропускать ток. При напряжении 1,0 – 1,5 В дуга не возникает, а тиристоры затем закрываются, так как управляющие импульсы не поступают при разомкнутых контактах KM1.
Способы гашения дуги в высоковольтных аппаратах
1 Гашение дуги высоким давлением.
2 В потоке сжатого воздуха.
3 Гашение дуги в элегазе.
4 В трансформаторном масле.
5 В вакуумной среде.
Эти способы изучаются на старших курсах.
ЛЕКЦИЯ №10