9.4 Вимикання індуктивного кола змінного струму

Процес гасіння дуги в колі з великою індуктивністю, при , відповідає випадку, коли струм відстає від напруги практично на 90 . Явище є характерним для режиму короткого замикання в промислових сітках змінного струму. Процес відновлення напруги здійснюється за короткий проміжок часу ~ десятків або сотень мкс е.р.с. джерела струму, що змінюється із частотою 50 Гц (тобто T=0.02 c.=20 мс=2·10⁴ мкс.), за такий час можна приймати сталою. М иттєва е.р.с. джерела , що відповідає перехідному процесу на дуговому проміжку, носить назву відновлюваної напруги промислової частоти. Відновлення напруги на дуговому проміжку може відбуватись аперіодично (рис. 9.8.а.), або через коливальний процес (рис. 9.8.б.).

В першому випадку, при аперіодичному процесі, напруга не може бути більшою е.р.с. джерела .

В другому випадку відновлювана напруга може теоретично бути нескінченно велика, а практично вона не перевищує 2 . Частота, період і амплітуда коливань залежать від індуктивності, ємності, опору джерела та сітки. Частота, як правило, лежить в межах 1–2·10³ Гц. Для активного навантаження струм і напруга співпадають по фазі із е.р.с. Струм і е.р.с. переходять через нуль одночасно – відновлювана напруга проміжку є рівною нулю. Тим самим вимикання активного навантаження проходить суттєво легше, ніж індуктивної. (рис. 9.8.в.).

9.4 Вимикання змінного струму трьохфазної сітки

П ри вимиканні апаратом трифазного струму особливості процесу обумовлені тим, що струми в кожній із фаз проходять через 0 не одночасно, а із зсувом в часі. Характер процесу відключення трьохфазних індуктивних кіл пояснено на рис. 9.9. Припустимо, що в момент часу t₀ усі три полюси

апарату розмикаються і на них виникають дуги.

1. Струм I фази i₁, що першим проходить через нуль, в момент часу t₁ переривається і в подальшому лишається рівним нулю. По двох інших фазах проходять струми i₂ і i₃, які мають стати рівними за величиною і знаходяться в протифазі.

2. В момент зникнення струму i₁ відбувається скачкоподібна зміна фази і двох інших струмів, що лишились. Їх вектори змінять положення і будуть протилежними.

3. Амплітуди струмів i₂ і i₃ зменшуються в раз.

4. Починаючи з моменту часу t₁, їх миттєві значення змінюються за синусоїдним законом.

5. В момент часу t_2-3 обидва струми досягають нульового значення. Відбувається остаточне вимикання трифазного кола, дуги на полюсах 2 та 3 обриваються.

6. Характер зміни напруг на полюсах наступний: в момент t₁, коли струм i₁ припиняється, вектори напруг і змінюються скачком. Вони тепер в протифазі одна до другої. Напруга , яка діє в фазі, що відключається першою, скачком зростає в 1.5, на величину .

7. Таким чином, напруга на I-му полюсі буде відновлюватись від нуля до 3/2 .

8. В момент остаточного розриву трихфазного кола (це – момент t_2-3) напруги на полюсах 2 та 3 відновлюються до значення .

9. Після вимикання двох останніх фаз векторна діаграма напруг приймає свій початковий вигляд. Причому зміна напруги відбувається скачком.

Цей опис характера процесів зроблено для трьохфазного короткого замикання. Вид навантаження Н може вплинути на характер процесів.

Так, при вимиканні двигунів в обмотках статора з’являється проти е.р.с., що знаходиться в проти фазі з напругою джерела. Це приводить до зменшення відновлюваної напруги.

В процесі гасіння дуги змінного струму до переходу його через нульове значення відновлювана міцність міжконтактного проміжку є невеликою у вимикаючого апарату і, звичайно, в цей час не створюється необхідних передумов для гасіння дуги.

Інтенсивний ріст міцності наступає за переходом струму через нуль. Тому загальна умова гасіння дуги при змінному струмі відноситься до цієї стадії процесу.

Умова гасіння дуги змінного струму, що відноситься до розрахунку дугогасящих пристроїв формулюється так: дуга змінного струму буде погашена, якщо за переходом струму через нульове значення крива відновлюваної міцності міжконтактного проміжку вимикаючого апарату буде лежати вище кривої відновлюваної напруги на цьому проміжку.

Це – фактично повторення з певними уточненнями того, що було сказано в лекції 8, та на початку даної лекції, і є основним правилом для різних типів апаратів та кіл.