4. Нагрев электрических аппаратов в режиме короткого замыкания. Проверка

аппаратов на термическую стойкость.

Термическая стойкость электрического аппарата зависит при этом не только от режима короткого замыкания, но и от теплового состояния, предшествующего режиму короткого замыкания.

При коротком замыкании электрические аппараты подвергаются значительным термическим воздействиям. Как правило, это аварий­ный режим работы и поэтому время его действия ограничивается до минимально возможного значения. Для большинства электрических аппаратов это время , т.е. не превосходит времени нагрева при адиабатическом процессе (нагрев без теплообмена с окружающей средой). Другими словами, режим короткого замыкания можно рассматривать как кратковременный режим работы, при котором температура элек­трического аппарата может достигать значений, превосходящих до­пустимую температуру в продолжительном режиме. Это возможно, поскольку время кратковременного режима обычно небольшое, за которое не может произойти существенных изменений в старении изоляции и других элементах, которые ограничивают температуру в продолжительном режиме работы.

Тем не менее, и в этом случае существуют ограничения, которые в основном диктуются температурой рекристаллизации материала токоведущих частей. В электрических аппаратах приняты следующие значения максимальной температуры при кратковременном режиме работы:

-          неизолированные токоведущие части из меди и её сплавов — 300 °С;

-          алюминиевые токоведущие части — 200 °С;

-          токоведущие части (кроме алюминиевых), соприкасающиеся с органической изоляцией или маслом — 250 °С.

Расчётное время короткого замыкания стандартизовано и принято равным 1, 5 и 10 секундам. Допустимые плотности тока (А/мм²) для типичных проводниковых материалов в зависимости от расчётного времени короткого замыкания приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Расчётное время кор. замыкания —	1 секунда	5 секунд	10 секунд
Материал проводника
Медь	152	67	48
Алюминий	89	40	28
Латунь	73	38	27

Согласно ПУЭ расчетным видом КЗ является: для определения электродинамической стойкости аппаратов, жестких шин и опорных изоляторов — трехфазное КЗ; для определения термической стойкости аппаратов и проводников — трехфазное КЗ;

Термическая стойкость аппаратов и проводников определяется условием: где Iн-тер — номинальный ток термической стойкости — действующее значение незатухающего периодического тока КЗ, которое по данным завода-изготовителя аппарат может выдержать в течение номинального времени термической стойкости; Вк — тепловой импульс тока КЗ (импульс квадратичного тока КЗ), характеризующий количество тепла, выделяющегося в аппарате за время действия тока КЗ.

5. Принципы гашения дуги в аппаратах до 1000 в.

В коммутационных аппаратах до 1 кВ широко используются следующие способы гашения дуги:

Удлинение дуги при быстром расхождении контактов.

Чем длиннее дуга, тем большее напряжение необходимо для ее существования. Если напряжение источника питания окажется меньше, то дуга гаснет.

Деление длинной дуги на ряд коротких (рис. 4, а).

Как показано на рис. 1, напряжение на дуге складывается из катодного Uк и анодного Uа падений напряжений и напряжения ствола дуги Uсд: Uд=Uк+Uа+Uсд=Uэ+ Uсд .

Если длинную дугу, возникшую при размыкании контактов, затянуть в дугогасительную решетку из металлических пластин, то она разделится на Nкоротких дуг. Каждая короткая дуга будет иметь свое катодное и анодное падения напряжений Uэ. Дуга гаснет, если:

U<n Uэ , где U - напряжение сети; Uэ - сумма катодного и анодного падений напряжения (20-25 В в дуге постоянного тока).

Дугу переменного тока также можно разделить на N коротких дуг. В момент прохождения тока через нуль околокатодное пространство мгновенно приобретает электрическую прочность 150-250 В.

Дуга гаснет, если U<(150–250)n.

Гашение дуги в узких щелях.

Если дуга горит в узкой щели, образованной дугостойким материалом, то благодаря соприкосновению с холодными поверхностями происходит интенсивное охлаждение и диффузия заряженных частиц в окружающую среду. Это приводит к быстрой деионизации и гашению дуги.

Рис. 4. Способы гашения дуги:

а – деление длинной дуги на короткие; б – затягивание дуги в узкую щель дугогасительной камеры; в – вращение дуги в магнитном поле; г – гашение дуги в масле: 1 – неподвижный контакт; 2 – ствол дуги; 3 – водородная оболочка; 4 – зона газа; 5 – зона паров масла; 6 – подвижный контакт

Движение дуги в магнитном поле.

Электрическая дуга может рассматриваться как проводник с током. Если дуга находится в магнитном поле, то на нее действует сила, определяемая по правилу левой руки. Если создать магнитное поле, направленное перпендикулярно оси дуги, то она получит поступательное движение и будет затянута внутрь щели дугогасительной камеры (рис. 4, б).

В радиальном магнитном поле дуга получит вращательное движение (рис. 4, в). Магнитное поле может быть создано постоянными магнитами, специальными катушками или самим контуром токоведущих частей. Быстрое вращение и перемещение дуги способствует ее охлаждению и деионизации.

Последние два способа гашения дуги (в узких щелях и в магнитном поле) применяются также в отключающих аппаратах напряжением выше 1 кВ.