Лекция №9.

Тема лекции:

9. Горения и гашения дуги переменного тока: в условиях активной деионизации, высокого напряжения, низкого напряжения.

УСЛОВИЯ ГАШЕНИЯ ДУГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Дуга переменного тока обычно гасится легче, чем дуга постоянно­го тока. Чтобы погасить дугу постоянного тока, надо насильственно свести к нулю ток цепи путем непрерывного увеличения сопротивле­ния дугового столба (практически до бесконечности). При перемен­ном токе этого делать не требуется: здесь через каждый полу период ток естественным путем проходит через нулевое значение, и надо лишь воспользоваться этим обстоятельством и создать вблизи пере­хода через нуль такие условия в межконтактном промежутке, чтобы протекание тока цепи вслед за этим переходом не возобновлялось. Поэтому условия гашения дуги переменного тока следует трактовать иначе, чем условия гашения дуги постоянного тока. Исключением может быть лишь открытая дуга переменного тока в установках вы­сокого напряжения, когда определяющим фактором является актив­ное сопротивление сильно растянутого дугового столба. Тогда усло­вия гашения дуги переменного тока по существу становятся близки­ми к условиям гашения дуги при постоянном токе. В другом крайнем случае сопротивление столба дуги во время ее горения практически не влияет на процесс ее гашения (в условиях активной деионизации), и тогда при определении условий гашения дуги рассматривается вза­имозависимость процессов за переходом тока через нуль. Но сущест­вует и третий случай, когда при оценке условий гашения дуги надо считаться как с влиянием активного сопротивления столба дуги, так и учитывать характер протекания процессов за нулем тока.

Перейдем к рассмотрению этих трех случаев.

А. Открытая дуга переменного тока при высоком напряжении источника

Открытая дуга переменного тока в моменты перехода тока через нуль сохраняет высокую проводимость, и поэтому в установках высокого напряжения гашение открытой дуги происходит не вслед­ствие перехода через нуль и образования прочности промежутка, а главным образом вследствие растяжения дугового столба и обра­зования на нем высокого напряжения горения (на всем протяжении полупериода). При таком режиме ток в цепи начинает заметно падать за несколько периодов до полного обрыва дуги и причиной его ог­раничения является возрастание сопротивления канала дуги.

При определенной длине дуги переменного тока напряжение сети оказывается недостаточным для поддержания горения дуги (критическая длина), наступает нарушение баланса мощностей (подводимой и отдаваемой), и ток цепи довольно быстро уменьша­ется и, наконец, совсем прекращается.

На рис. 9.1 приведена осциллограмма тока и напряжения на дуге переменного тока, возникшей при размыкании ножа разъедини­теля высокого напряжения.

В начале процесса, как можно видеть, ток в цепи меняется очень слабо и его величина определяется главным образом сопротивлением цепи. По мере же растяжения дуги доминирующим становится со­противление дуги.

Таким образом, если в основу анализа процесса гашения откры­той дуги переменного тока положить условие нарушения баланса напряжений при горении дуги (но не в нулевые переходы тока), то задача может быть сведена по существу к той же самой, которая возникает и при гашении дуги постоянного тока.

Рис. 9.1. Осциллограмма тока и напряжения от­крытой дуги при высоком напряжении источника

Для этой цели сделаем допущение, что статическая вольтамперная характеристика дуги при постоянном токе отражает зависи­мость между напряжением на дуге при переменном токе в момент максимума тока от амплитуды тока (амплитудная характеристика). Также предположим, как это мы делаем в случае постоянного тока, что для цепи переменного тока, содержащего только активное со­противление, можно принять то же условие устойчивости горения дуги, т. е.

, (9.1)

где U_m — амплитудное значение напряжения источника (сети):

амплитуда тока в цепи с дугой;

напряжение па дуге в момент максимума тока.

Если так же, как и ранее, предположить, что напря­жение при максимуме тока связывается с амплитудой тока уравне­нием

, (9.2)

то критическая длина дуги может быть представлена

,

где амплитудное значение тока в цепи, ограниченного только собственным сопротивлением цепи R (дуговой промежуток замкнут накоротко). Если положить, для воздуха и относительно небольших токов как и ранее, С = 80 и а = 0,5 и выразить ток и напряжение в дей­ствующих значениях, то для цепи, содержащей только активное сопротивление (безиндуктивная цепь), получим

, (9.2)

где действующее значение критического тока, А;

действующее значение тока цепи при закороченном ду­говом промежутке, А;

действующее значение напряжения сети, кВ критическая длина дуги, м. При растянутой дуге напряжение на дуговом промежутке приближается к синусоидальному, поэтому для ориентировочных рас­четов можно сделать допущение о синусоидальности напряжения на дуге, что позволяет баланс напряжений для цепи содержащей индуктивное сопротивление и сопротивление столба дуги представить так:

. (9.3)

Используя опять уравнение вольтамперной характеристики дуги и решая задачу в отношении критической длины дуги и кри­тического тока, получим после подстановки для частного случая С = 80 и а = 0 5 по­лучим

, (9.1)

где ток выражен в амперах; напряжение в киловольтах; l_кр — в метрах.

Из сопоставления формул можно видеть, что в цепях с индуктивным сопротивлением критический ток и крити­ческая длина дуги имеют более высокие значения по сравнению со значениями этих величин в цепи с чисто активным сопротив­лением.

Приведенные формулы не учитывают ряда факто­ров, имеющих влияние на процесс гашения дуги (расположение электродов, ветровые условия и пр.), и могут служить лишь для ориентировочных расчетов критических токов и критических длин дуг при их угасании в установках высокого напряжения.