2.4 Отключение индуктивной цепи

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рассмотрим процесс гашения дуги в цепи с большой индуктивностью создаваемой в момент расхождения контактов загорается дуга (рисунок 2.10) и напряжение на дуге изменяется во времени так же, как на рисунке 2.9. В момент времени дуга гаснет. Благодаря процессу деионизации в ДУ электрическая прочность промежутка увеличивается по кривой . К промежутку прикладывается восстанавливающееся напряжение на контактах , создаваемое источником. Данный случай принципиально отличается от предыдущего тем, что в момент погасания дуги ЭДС источника близка к амплитуде. При этом напряжение на промежутке восстанавливается с большой скоростью. В точке с прочность промежутка ниже восстанавливающегося на нем напряжения и происходит пробой.

Дуга горит еще полпериода и снова гаснет в точке . В точке снова происходит пробой междуконтактного промежутка, так как после момента времени кривая электрической прочности ниже кривой восстанавливающегося напряжения . При этом загорается дуга, которая гаснет в точке и снова начинается процесс нарастания электрической прочности (кривая ) и восстановления напряжения .

После точки благодаря эффективному действию ДУ кривая восстанавливающейся электрической прочности идет выше кривой восстанавливающегося напряжения и происходит окончательное гашение дуги. Для расчета восстанавливающегося напряжения составим схему замещения (рисунок 2.11, а, б), в которой: - индуктивность, соответствующая реактивному сопротивлению КЗ источника ; - активное сопротивление цепи; эквивалентная емкость на зажимах выключателя.

Рисунок 2.10 − Отключение индуктивной нагрузки

переменного тока

а − электрическая схема отключения цепи; б − схема замещения; в − восстанавливающееся напряжение на контактах; г − огибающая кривой допустимого восстанавливающегося напряжения 1 и восстанавливающееся напряжение в месте установки выключателя 2

Рисунок 2.11 − К расчету восстанавливающегося напряжения

Эта емкость определяется емкостью источника питания, коммутирующего электрического аппарата С и токоподводящих шин относительно ёмкости земли С₃. Емкость источника питания (обмотки генераторов, трансформаторов) является распределенной. Для упрощения расчетов от распределенной емкости переходят к сосредоточенной, которая вместе с индуктивностью дает частоту равную частоте первой гармоники реальных обмоток.

Предположим, что напряжение на дуге во время ее горения очень мало и им можно пренебречь (сопротивление дуги равно нулю) и что после гашения дуги сопротивление ее стало сразу бесконечно большим. Дуга с такой характеристикой называется идеализированной. Тогда процесс изменения напряжения на контактах можно представить так: при горении дуги емкость С_Э закорочена и напряжение на ней равно нулю. После прохождения тока через нуль дуга гаснет и начинается заряд емкости от источника Е через индуктивность L и сопротивление R . Так как близок к нулю, можно считать, что мгновенное значение ЭДС источника в момент прохождения тока через нуль (мгновенное возвращающееся напряжение) равно амплитуде ЭДС (рисунок 2.11, в).

Длительность переходного процесса восстановления напряжения много меньше полупериода промышленной частоты. Поэтому можно принять для данного момента времени, что схема питается от источника постоянной ЭДС Е (рисунок 2.11, б). Когда дуга горит, контакт К замкнут и напряжение на дуге .

При прохождении тока через нуль дуга гаснет и ее сопротивление , что равносильно размыканию контакта К . После размыкания К начинается процесс заряда емкости С_Э через R и L от источника Е. Из-за наличия сопротивления R этот процесс (рисунок 2.11, в) носит затухающий характер. Восстанавливающееся напряжение на емкости меняется по закону (2.13)

, (2.13)

где E − ЭДС источника в момент нуля тока; − коэффициент затухания, равный ; −собственная угловая частота контура , практически равная

В действительности процесс гашения дуги восстановления напряжения идет сложнее. Когда дуга горит, то ее сопротивление очень мало. После прохождения тока через нуль подвод мощности к дуге прекращается и благодаря ДУ сопротивление дугового промежутка возрастает. В этот же момент времени к промежутку приложено восстанавливающееся напряжение и через сопротивление течет ток, который называется остаточным . В дуге выделяется мощность, Если отводимая от дуги с помощью ДУ мощность то дуга продолжает охлаждаться, ее сопротивление увеличивается и процесс гашения заканчивается успешно. Если происходит разогрев столба дуги, ее сопротивление падает и происходит пробой. Поэтому под электрической прочностью следует понимать такое напряжение на дуге, при котором

.

Сопротивление будучи включенным параллельно конденсатору С_ЭК дополнительно демпфирует процесс восстановления напряжения. Чем меньше сопротивление (рисунок 2.11, а), тем большее затухание имеет кривая восстанавливающегося напряжения. Как правило, угловая частота колебаний мало зависит от реальных значений и , которые в основном сказываются на коэффициенте затухания. если предположить, что , то коэффициент затухания .

Для характеристики сети с точки зрения восстанавливающегося напряжения принимают . Следует отметить, что рассчитать зависимость исключительно трудно, и об этом сопротивлении чаще судят по результатам испытаний.