3.2. Электрическая дуга в магнитном поле
В этом параграфе приведены задачи оценки некоторых характеристик дуги в магнитном поле. Рассматриваются также задачи на движение дуги в узких щелях дугогасительных камер. Между дуговым столбом и магнитным
87
полем возникают силы взаимодействия, под влиянием которых дуговой столб приходит в движение. Явления сообщения дуговому столбу значительных скоростей широко используют в отключающих аппаратах с целью повышения интенсивности гашения дуги, а также для повышения срока службы аппаратов. При решении задач используются следующие расчетные формулы и соотношения.
Скорость перемещения дуги в результате действия тока в шинах при В ≤ 0,1 Тл определяется по формуле Г.А. Кукекова
где I - ток в дуге, А; Вср - магнитная индукция между шинами, Тл.
Скорость движения дуги в результате действия тока в шинах, по данным О.Б. Брона, определяется по формуле
где Η - напряженность магнитного поля, А/см.
Скорость дуги, находящейся в узкой щели, по данным Г.А. Кукекова, определяется по формуле
где δ - ширина щели, м; I - ток в дуге, А; В - величина индукции, Тл.
3.2.1. Определить скорость дуги между круглыми медными шинами диаметром d=20 мм, по которым протекает ток Iд=1500 А. Расстояние между шинами δ=10 мм. Шины находится в воздухе, магнитная проницаемость которого μ0=4 π10-7 Гн/м.
Решение. Для определения скорости смещения дуги между шинами необходимо знать значения магнитной индукции между шинами. Примем за расчетное значение индукции ее величину в средней точке между шинами, т.е.
По формуле Кукекова (3.8), скорость перемещения дуги от тока в шинах
Ответ: vд=61 м/с.
3.2.2. Определить скорость движения дуги в средней (между электродами) ее зоне между круглыми шинами, имеющими диаметр d=10 мм, при токе в шинах I=2000 А и расстоянии между ними 10 мм.
3.2.3. Определить скорость движения открытой (свободной) дуги с током Iд = 400 А, находящейся в поперечном магнитном поле с индукцией B = 0,05 Тл.
Решение. Для индукций в пределах 0<В<0,1 Тл по формуле Кукекова (3.8)
88
По формуле Брона (3.9) скорость движения дуги
где H=B/μ0=0,05/(4π·10-7)=39800 А/м = 398 А/см.
Сопоставив полученные результаты, получим среднее значение VСР=0,5 (73 + 72,6) =72,8 м/с.
Ответ: vcp=72,8 м/с.
3.2.4. Магнитная индукция равномерного магнитного поля B = 0,07 Тл. Определить скорость перемещения дуги с током I = 500 А, находящейся в этом магнитном поле.
3.2.5. Определить скорость перемещения свободной дуги с током 600 А, находящейся в магнитном поле, создаваемом тем же током дуги, если число витков катушки магнитного дутья N = 4 и расстояние между полюсами (воздушный зазор) δ = 20 мм.
3.2.6. Определить скорость перемещения дуги в узкой щели дугогасительной камеры при условии, что поперечное магнитное поле в камере создается катушкой, имеющей N=10 витков и обтекаемой током дуги Iд=400 А. Ширина щели (рис. 3.1), в которую затягивается дуга, δ = 2 мм. Расстояние между полюсами катушки (воздушный зазор) Δ = 2 см.
Решение. По формуле Кукекова (3.10) скорость дуги, находящейся в узкой щели,
Рис.
3.1. Эскиз катушки магнитного дутья
где В - индукция в камере;
Ответ: vд=165 м/с.
3.2.7. Определить скорость перемещения дуги в узких щелях между изоляционными пластинами, если расстояние между ними δ = 3 мм, индукция в щелях B = 0,15 Тл и ток в дуге Iд=500 А.
3.2.8. Определить скорость перемещения электрической дуги постоянного тока на концентрических кольцах, имеющих между собой зазор 1 см, при условии, что дуга вместе с кольцами находится в длинной однослойной катушке (N=1000 витков), а ток, протекающий по виткам, I = 50 А.
Решение. Найдем индукцию в средней зоне катушки:
89
Для такой индукции можно использовать формулу Кукекова (3.8), она справедлива для B<0,1 Тл:
Ответ: vд = 42,7 м/с.
3.2.9. Определить скорость перемещения дуги между концентрическими кольцами, помещенными в полость катушки постоянного тока. Катушка большой длины имеет 1000 витков на 1 м и ток в ее обмотке I=100 А. Зазор между кольцами 10 мм, ток в дуге Iд= 100 А.
3.2.10. Определить направление и значение скорости перемещения электрической дуги, образующей круговое кольцо, под влиянием собственного поля при радиусе дугового кольца R = 30 см, токе в дуге Iд=500 А и радиусе дугового столба r=0,03 √Iд.
3.2.11. Определить время, за которое дуга, имеющая вид кольца, переместится (растянется) из положения радиуса R1 = 30 см до положения R2=70 см при токе в дуге Iд = 1500 А (радиус дугового столба выбирают из условия, приведенного в задаче 3.2.10).
3.2.12. Определить скорость, с которой дуговой столб будет удаляться от параллельного ему проводника, обтекаемого тем же током I=2500 А. Расстояние между дуговым столбом и проводом (между их осями) составляет 15 см.
90