- •Производство электроэнергии
- •Задача гашения дуги сводится к созданию таких условий, чтобы электрическая прочность промежутка между контактами uПр была больше напряжения между ними uВ.
- •5.1.2 Основные способы гашения дуги в высоковольтных выключателях
- •5.1.3 Масляные выключатели
- •Масляные баковые выключатели
- •Малообъемные (маломасляные) выключатели
- •5.1.4 Воздушные выключатели
- •Выключатели серии ввб
- •Серия воздушных выключателей внв
- •Воздушный выключатель типа ввг-20
- •Требования к разъединителям:
- •5.2.2 Конструкция разъединителей внутренней установки
- •5.2.3 Конструкция разъединителей наружной установки
- •Преимущества разъединителей серии рг по сравнению с аналогами:
- •Производители:
- •Разновидности серии пк:
- •5.3 Токоограничивающие реакторы
- •А на тэц, имеющих гру; б на тэц блочного типа
- •630 А с вертикальным расположением фаз
- •Реакторы выбирают в зависимости от места их установки, по номинальному напряжению, току и индуктивному сопротивлению.
- •5.4 Шины распределительных устройств
- •Список рекомендуемой литературы
Министерство образования и науки Российской Федерации
КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра электроснабжения промышленных предприятий
Производство электроэнергии
Конспект лекций
для студентов дневной формы обучения специальности
140211 Электроснабжение
Лекция 5
Электрические аппараты и токоведущие части
главных схем ТЭС
(3 часа)
Краснодар
2010
5 Электрические аппараты и токоведущие части главных схем ТЭС
5.1 Высоковольтные выключатели
5.1.1 Электрическая дуга в высоковольтных выключателях
При отключении высоковольтного выключателя необходимо не только разомкнуть контакты, но и погасить дугу, возникшую между ними.
В дуге различают (рисунок 5.1):
1) околокатодное пространство (К);
2) ствол дуги (СД);
3) околоанодное пространство (А).
Все напряжение распределяется между областями: UK, UСД и UA.
а распределение напряжения U
б распределение напряженности Е
Рисунок 5.1 Распределение напряжения и напряженности
в стационарной дуге постоянного тока
В ДУГЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА катодное падение напряжения 1020 В, а длина этого участка составляет 104105 см, около катода наблюдается высокая напряженность электрического поля 105106 В/см. При таких высоких напряженностях происходит ударная ионизация. Суть ее заключается в том, что электроны, вырванные из катода силами электрического поля (автоэлектронная эмиссия) или за счет нагрева катода (термоэлектронная эмиссия), разгоняются в электрическом поле и при ударе в нейтральный атом отдают ему свою кинетическую энергию. Если этой энергии достаточно, чтобы оторвать один электрон с оболочки нейтрального атома, то произойдет ионизация. Образовавшиеся свободные электроны и ионы составляют плазму ствола дуги. Проводимость плазмы близка к проводимости металлов: = 2500 1/(Омсм). В стволе дуги проходит большой ток и создается высокая температура. Плотность тока может достигать 10000 А/см2 и более, а температура от 6000 К при атмосферном давлении и до 18000 К и более при повышенных давлениях.
Высокие температуры в стволе дуги приводят к интенсивной термоионизации, которая поддерживает большую проводимость плазмы.
Термоионизация процесс образования ионов за счет соударения молекул и атомов, обладающих большой кинетической энергией при высоких скоростях их движения.
Чем больше ток в дуге, тем меньше ее сопротивление, поэтому требуется меньшее напряжение для горения дуги дугу с большим током погасить труднее.
ПРИ ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ напряжение источника питания uC и ток в цепи i меняются синусоидально (рисунок 5.2,а), причем ток отстает от напряжения примерно на 90° (при индуктивном характере цепи).
В начале полупериода тока напряжение uД на дуге, горящей между контактами выключателя, возрастает до величины напряжения зажигания uЗ, затем, по мере увеличения тока в дуге и роста термической ионизации, уменьшается.
В конце полупериода, когда ток приближается к нулю, дуга гаснет при напряжении гашения uГ. В следующий полупериод явление повторяется, если не приняты меры для деионизации промежутка.
Если дуга погашена, то напряжение между контактами выключателя должно восстановиться до напряжения питающей сети. Однако поскольку в цепи имеются индуктивные, активные и емкостные сопротивления, возникает переходный процесс, появляются колебания напряжения (рисунок 5.2,б), амплитуда которых uв,mах может значительно превышать нормальное напряжение. Для отключающей аппаратуры важно, с какой скоростью восстанавливается напряжение на участке АВ.
В цепях переменного тока ток в дуге каждый полупериод проходит через нуль (рисунок 5.2), в эти моменты дуга гаснет самопроизвольно, но в следующий полупериод она может возникнуть вновь. Как показывают осциллограммы, ток в дуге становится близким к нулю несколько раньше естественного перехода через нуль (рисунок 5.3,а), поскольку при снижении тока энергия, подводимая к дуге, уменьшается, уменьшается температура дуги и прекращается термоионизация. Длительность бестоковой паузы tП невелика (от десятков до нескольких сотен микросекунд), но играет важную роль в гашении дуги. Если разомкнуть контакты в бестоковую паузу и развести их с достаточной скоростью на такое расстояние, чтобы не произошел электрический пробой, то цепь будет отключена очень быстро.
а момент горения дуги
б после гашения дуги
Рисунок 5.2 Изменение тока и напряжения
при гашении дуги переменного тока
Во время бестоковой паузы интенсивность ионизации сильно падает, так как не происходит термоионизации. В коммутационных аппаратах, принимаются искусственные меры охлаждения дугового пространства и уменьшения числа заряженных частиц. Процессы деионизации приводят к постепенному увеличению электрической прочности промежутка uПР (рисунок 5.3,б).
Электрическая прочность промежутка – напряжение, при котором происходит его электрический пробой.
Резкое увеличение электрической прочности промежутка после перехода тока через нуль происходит главным образом за счет увеличения прочности околокатодного пространства (в цепях переменного тока 150250 В). Одновременно растет восстанавливающееся напряжение uВ. Если в любой момент uПР > uВ промежуток не будет пробит, дуга не загорится вновь после перехода тока через нуль. Если в какой-то момент u'ПР = uВ, то происходит повторное зажигание дуги в промежутке.
а погасание дуги при естественном переходе тока через нуль
б рост электрической прочности дугового промежутка при
переходе тока через нуль
Рисунок 5.3 Условия погасания дуги переменного тока