Отключение электрической цепи контактными аппаратами. Гашение магнитного поля при размыкании контактов.
Отключение электрической цепи контактными аппаратами
Отключение цепи контактным аппаратом характеризуется возникновением плазмы, которая проходит разные стадии газового разряда в процессе преобразования межконтактного промежутка из проводника электрического тока в изолятор.
При токах выше 0,5-1 А возникает стадия дугового разряда (область 1) (рис. 2.1.); при снижении тока возникает стадия тлеющего разряда у катода (область 2); следующая стадия (область 3)– таунсендовский разряд, и наконец, область 4 – стадия изоляции, в которой носители электричества – электроны и ионы – не образуются за счет ионизации, а могут поступать только из окружающей среды.
Рис. 2.1. Вольтамперная характеристика стадий электрического разряда в газах
Первый участок кривой – дуговой разряд (область 1) –характеризуется малым падением напряжения у электродов и большой плотностью тока. С ростом тока напряжение на дуговом промежутке сначала резко падает, а затем изменяется незначительно.
Второй участок (область 2) кривой, представляющий собой область тлеющего разряда, характеризуется высоким падением напряжения у катода (250 – 300 В) и малыми токами. С ростом тока возрастет падение напряжения на разрядном промежутке.
Таунсендовский разряд (область 3) характеризуется чрезвычайно малыми значениями тока при высоких напряжениях.
Электрическая дуга сопровождается высокой температурой и связана с этой температурой. Поэтому дуга – явление не только электрическое, но и тепловое.
В обычных условиях воздух является хорошим изолятором. Так, для пробоя воздушного промежутка в 1 см требуется приложить напряжение не менее 30 кВ. Для того чтобы воздушный промежуток стал проводником, необходимо создать в нем определенную концентрацию заряженных частиц: отрицательных – в основном свободных электронов, и положительных – ионов. Процесс отделения от нейтральной частицы одного или нескольких электронов с образованием свободных электронов и ионов называется ионизацией.
Ионизация газа может происходить под действием света, рентгеновских лучей, высокой температуры, под влиянием электрического поля и ряда других факторов. Для дуговых процессов в электрических аппаратах наибольшее значение имеют: из процессов, происходящих у электродов, – термоэлектронная и автоэлектронная эмиссии, а из процессов, происходящих в дуговом промежутке, – термическая ионизация и ионизация толчком.
Гашение магнитного поля
Гашение магнитного поля, процесс быстрого размагничивания, сведения до нуля магнитного поля возбуждения в электрических машинах. Необходимость Г. м. п. часто встречается в условиях нормальной эксплуатации, однако этот процесс имеет особое значение при аварийных режимах, вызванных повреждениями изоляции внутри электрической машины или на её выводных зажимах. Простейшим способом Г. м. п. является отключение обмотки возбуждения. Но быстрое размыкание электрической цепи с большой индуктивностью сопровождается возникновением на её зажимах высокого напряжения, способного пробить изоляцию. Поэтому при Г. м. п. обмотку возбуждения замыкают либо на разрядное сопротивление, либо на встречно действующую эдс.
Оптимальными являются такие условия гашения магнитного поля, при которых продолжительность процесса гашения наименьшая, а напряжение на обмотке возбуждения не превышает допустимое по условиям электрической прочности изоляции. Сокращение времени процесса Г. м. п. уменьшает размеры возможного ущерба вследствие аварии. Г. м. п. осуществляется: 1) при ионном независимом возбуждении электрических машин — переключением возбудителя в инверторный режим с одновременным повышением его напряжения; в этом случае энергия, запасённая в обмотке возбуждения машины, отдаётся в сеть; 2) при ионном самовозбуждении, коротком замыкании и электромашинном возбуждении — размыканием обмотки возбуждения или переключением её на разрядные сопротивления, а также противовключением возбудителя. Управляемые вентили в системе возбуждения позволяют переключать обмотку возбуждения без разрыва цепи.
В СССР для Г. м. п. в турбогенераторах, гидрогенераторах, синхронных компенсаторах и крупных машинах постоянного тока применяют автоматы гашения поля — АГП, основным элементом которых является дугогасительная решётка (см. Дугогасительное устройство). При коротком замыкании в обмотке статора 7 (рис.) сигнал о замыкании поступает на расцепитель 8, который размыкает главные контакты 3, а затем дугогасительные 4. Возникшая дуга магнитным полем втягивается в решетку 5, где она разбивается на несколько коротких дуг постоянной длины между пластинами решётки, которые служат своеобразным нелинейным разрядным сопротивлением. По мере уменьшения силы тока в обмотке возбуждения машины сопротивление дуги, шунтирующей обмотку, увеличивается, что обеспечивает оптимальные условия Г. м. п. АГП применяют как при ионном и электромашинном возбуждении, так и при ионном самовозбуждении.