5.2. Дугогасительные системы

Э лектрическую дугу между контактами можно рассматривать как проводник с током (рис. 67). Проходящий ток создает магнитный поток, силовые линии которого замыкаются вокруг проводника. Во внутренней зоне плотность силовых линий магнитного поля больше, чем во внешней. Следовательно, возникает электродинамическая сила, которая

стремится вытолкнуть дугу и разорвать ее, т.е. погасить. Если в зоне дуги создать дополнительное магнитное поле, то эффект гашения повысится.

Электродинамическую силу, действующую, на дугу, можно определить по формуле (87).

F=μ₀ H I l. (87)

Следовательно, чем больше ток в цепи, тем больше электродинамическая сила, растягивающая дугу.

На рис. 68 представлены кривые зависимости длительности горения дуги от величины тока: 1 – без магнитного дутья, 2 – с магнитным дутьем.

В зоне I дуга гасится за счет механического растяжения. С ростом тока увеличивается необходимый для гашения раствор контактов. Следовательно, при заданной скорости движения контактов (20 – 80 см/с) необходимо большее время для достижения критической длины Error: Reference source not foundдуги(раствора контактов) без магнитного дутья, чем с дутьем.

В зоне II процесс гашения определяется электродинамической силой. Чем больше ток дуги, тем больше сила, растягивающая дугу, тем быстрее она гаснет.

Величина напряжения отключаемой цепи утяжеляет процесс гашения только в области малых токов до 30 А.

В зависимости от способа создания магнитного дутья различают системы с последовательным (сериесным) включением дугогасительной катушки, с параллельным и системы с постоянным магнитом.

В случае применения сериесной катушки (рис. 69) через нее идет ток отключаемой цепи.

При параллельном соединении (рис.70) катушка включается на полное напряжение источника.

Пример системы магнитного дутья показан на рис. 71. Катушка расположена на стальном сердечнике 2, к торцам которого примыкают стальные полоски 3. В результате взаимодействия дуги 4 с магнитным полем катушки 1 возникает сила F, которая

перемещает дугу в дугогасительную камеру 5.

Когда отключаются малые токи, катушка должна иметь большое число витков, чтобы быстро погасить дугу. Но за счет сильного магнитного дутья возможен резкий обрыв тока, что приводит к перенапряжениям в

индуктивной цепи. Поэтому для дугогасительной катушки ток рекомендуется брать не более, чем в 3 раза больше отключаемого.

5.3. Дугогасительные камеры

Чтобы погасить дугу постоянного тока, надо принудительно свести ток дуги к нулю. Это можно достичь увеличением сопротивления дугового столба (вплоть до бесконечности).

Широко распространены щелевые дугогасительные камеры, выполненные из дугостойкого изоляционного материала: асбестоцемента, асбодина, различных керамик. Они применяются в сочетании с магнитным дутьем, которое загоняет дугу в пространство между стенками камеры. При соприкосновении со стенками камеры дуговой столб интенсивно охлаждается, что способствует гашению дуги.

Различают дугогасительные камеры с широкой и узкой щелями.

Если диаметр поперечного сечения дуги больше ширины щели, то щель называется узкой. В дугогасительной камере с узкой щелью происходит более интенсивное охлаждение дуги, чем с широкой щелью. На рис. 72 и 73 представлены узкая и широкая щели.

При отклонении больших токов дуга может пройти до края камеры и выйти за ее пределы. Чтобы предотвратить выход дуги и поглотить тепловую энергию, аккумулируемую в остаточном столбе дуги, не выходя из камеры, устанавливают пламягасительную решетку (рис .74), набранную из небольших металлических пластин. Пластины обладают хорошими теплоотводящими свойствами и увеличивают активное сопротивление дуги.

В процессе гашения дуги наблюдаются химические реакции в газе и образование окислов азота. При частом отключении электрической цепи окислы азота вызывают разрушение изоляции и коррозию металлических частей аппарата.

И з описания эксплуатации следует, что дугогасительная решетка не пригодна для частых отключений цепи. При большой частоте отключений

ее пластины разогреваются до высоких температур и не успевают остыть. Они оказываются неспособными охладить столб дуги.

Для решения частых отключений более пригодны щелевые дугогасительные камеры. Например, лабиринтная камера – более совершенна (рис. 75).

Конфигурация внутренних полостей такова, что дуга в ней сильно растягивается и тесно соприкасается со стенками.

Общий вид контактно-дугогасительного устройства с системой магнитного дутья представлен на рис. 76:

1 – катушка магнитного дутья;

2 – сердечник катушки;

3 – стенки щели;

4 – корпус камеры;

5 – контакты аппарата;

6 – дугогасительные рога, на которых гасится дуга.

Пример 18.

Определить мощность, отводимую поперечным потоком воздуха, скорость которого V = З см/с. Температура дугового столба Т = 5000К, температура окружающей среды Т_в =300⁰К, ток в дуге I = 50 А. Сравнить с мощностью, отводимой за счет теплопроводности в воздухе.

Решение.

Мощность, отводимая в воздухе с 1см длины дуги путём теплопроводности,

P_T=2,4(T/1000)² =2,4(5000/1000)² =60 Вт/см.

Диаметр дугового столба при относительной скорости движения его в среде определим по формуле Брона

Мощность, отводимая за счет конвекции,

P_K=4∙10^-2∙d·V· =4 10^{-2 ·}3,26·300· =

=2090 Вт/см.

Пример 19.

Определить скорость перемещения дуги в узкой щели дугогасительной камеры при условии, что поперечное магнитное поле в камере создается катушкой, имеющей W = 10 витков, и проходящий по ней ток дуги I_д = 400А. Ширина щели (рис. 77), в которую затягивается дуга, δ = 2мм. Расстояние между полюсами катушки (воздушный зазор) Δ = 2см.

Решение.

По формуле Кукекова скорость дуги, находящейся в узкой щели:

, где B -индукция в камере

δ Δ

Пример 20.

Определить время угасания дуги постоянного тока,

если индуктивность цепи L = O,1 • 10^-3 Гн, перенапряжение U = ЗО В остается величиной постоянной. Напряжение источника U_u = 400 B, сопротивление цепи R = 2Ом.

Решение.

У

становившийся ток цепи

Из выражения при L = 0,1∙10^-3Гн время угасания дуги

Пример 21.

Определить критическую длину дуги l_кр постоянного тока и критический ток дуги i_Kp для цепи с общим сопротивлением R=1,2 Ом при напряжении источника U_u = 400 B. Выражение вольт-амперной характеристики имеет вид

где i -ток дуги А, l – длина дуги, м; с и а - числовые коэффициенты: а = 0,5, С = 80.

Решение.

Для такой ВАХ [1]

Пример 22.

Определить число медных пластин решетки дугогасительного аппарата переменного тока, если пробивное напряжение для единичного промежутка U_пр1 =200В . Действующее напряжение цепи 600В.

Решение.

При ряде последовательных промежутков пробивное напряжение между пластинами распределяется неравномерно. При расчетах следует принимать среднее , значение пробивного напряжения в 1,5–2 раза меньше, т.е.

U_пр1= 100В. Тогда число пластин дугогасительной решетки определяется в соответствии с формулой

где U - напряжение сети; U_np – пробивное

напряжение.

т = 10 пластин.

Контрольные вопросы

1. Что такое электрическая дуга?

2. Определите условия гашения дуги постоянного тока.

3. Что такое критическая длина дуги?

4. Что такое критический ток дуги?

5. Представьте и объясните зависимость напряжения дуги от ее тока Uд (Iд).

6. Принцип действия и существующие системы магнитного дутья.

7. Представьте и объясните зависимость времени горения от величины тока дуги без магнитного дутья и с ним.

8. Какие существуют виды теплопередачи от дугового столба к окружающей среде?

9. Принцип действия и системы дугогасительных камер.

10. Назначение пламягасительной решетки.