1.5.4. Шунтирование электрической дуги резистором.

Схема шунтирования дуги резистором приведена на рис.1.5.7. Процесс отключения выключателя В описывается системой уравнений:

Графическое решение этой системы показано на рис.1.5.8.

При наличии сопротивления r_ш, шунтирующего электрическую дугу, динамическая ВАХ дуги из линии U_дг = f(I_дг) превращается в линию U = f(I_дг+I_ш). По мере развития дуги, в точке 1, происходит изменение знака производной dU/dI. При этом возникает импульс ЭДС самоиндукции, способствующий вытеснению тока из дуги в шунтирующее сопротивление. Дуга гаснет, а ток быстро снижается по прямой I_шr_ш из точки 2 в точку 3 до величины I_ост, определяемой суммарным сопротивлением r и r_ш. Остаточный ток должен быть отключен выключателем Р, который может иметь более облегченную конструкцию, чем В, так как разрывает гораздо меньший ток.

Из рис.1.5.8 следует, что наличие шунтирующего сопротивления позволяет снизить перенапряжение при гашении электрической дуги с U_max до U_max1. Для еще большего снижения перенапряжения необходимо применять нелинейное шунтирующее сопротивление, величина которого уменьшается с ростом тока (рис.1.5.9).

К недостаткам применения шунтирования электрической дуги активным сопротивлением следует отнести наличие дополнительного выключателя, который выключается с задержкой времени относительно основного.

На электропоездах постоянного тока серии ЭТ и ЭД шунтирование электрической дуги активным сопротивлением применено в быстродействующем контакторе, защищающем цепь электрического торможения.

1.5.5. Отключающая способность электрического аппарата.

Отключающая разрывная способность аппарата характеризуется значением отключаемого тока при определенном напряжении, и индуктивности цепи и условиях монтажа. Различают номинальный I_н откл, предельный I_{пред откл} и критический I_{кр откл} отключаемый ток. Кроме этого, еще можно выделить ток I_р, при котором возможно гашение электрической дуги за счет расхождения контактов электрического аппарата.

В эксплуатации аппарат должен многократно отключать номинальный ток, без повреждений. При типовых испытаниях аппараты оперативной коммутации должны отключать этот ток 180 раз, а аппараты защиты – 60 раз. При номинальном токе отключения электрическая дуга должна гаснуть у края дугогасительной камеры, но не выходить за ее пределы. Таким образом, номинальный отключаемый ток определяется конструкцией дугогасительной камеры.

Зависимость максимального напряжения дуги от отключаемого тока имеет максимум, соответствующий номинальному отключаемому току, а зависимость времени горения дуги от отключаемого тока будет иметь минимум в этой же точке (рис.1.5.10).

С редняя мощность, выделяемая в дуге, зависит от конструкции дугогасительной камеры и является величиной постоянной. Ее можно вычислить зная номинальный отключаемый ток, время горения дуги и индуктивность отключаемой цепи:

.

Таким образом, номинальный отключаемый ток зависит от индуктивности отключаемой цепи:

.

Предельный отключаемый ток аппарат должен отключить без существенных повреждений ограниченное число раз (обычно 6 раз с интервалом 2 минуты). При этом допускается выхлоп электрической дуги за пределы дугогасительной камеры на 140…180 мм при U_C = 3 кВ, но при условии, чтобы не происходило переброса электрической дуги на другие аппараты или заземленные части. Величину предельного отключаемого тока определяют экспериментально несколькими последовательными отключениями с постепенным увеличением тока. Границу выхлопа ионизированного газа из дугогасительной камеры определяют при помощи экрана из листовой стали с отверстиями. Экран соединяют через плавкий предохранитель с тем выводом источника питания, к которому подключена нагрузка. Если ионизированный воздух достигнет экрана, то происходит перегорание предохранителя. Значение тока, при котором происходит перегорание предохранителя, соответствует предельному отключаемому току.

Критический отключаемый ток – это наименьший ток, при отключении, которого дуга может удлиняться за счет воздействия магнитного растягивания.

При отключаемом токе меньше критического интенсивность магнитного растягивания недостаточна, и дуга устойчиво горит между разомкнутыми контактами, не выходя на дугогасительные рога. Таким образом, процесс гашения дуги в дугогасительной камере при некоторой индуктивности можно охарактеризовать экспериментальной зависимостью t_дг = f(I_откл) (рис.1.5.11).

Возможны следующие варианты гашения электрической дуги:

1. 0 < I_откл < I_р – гашение дуги происходит за счет расхождения контактов электрического аппарата.

2. I_р < I_откл < I_{кр откл} – дуга устойчиво горит на разомкнутых контактах аппарата. Ток слишком велик, чтобы дуга погасла за счет расхождения контактов и слишком мал для магнитного растягивания.

3. I_{кр откл} < I_откл < I_н откл – дуга гаснет внутри дугогасительной камеры.

4. I_н откл < I_откл < I_{пред откл} – дуга гаснет за пределами дугогасительной камеры.

5. I_откл > I_{пред откл} – дуга не гаснет, выходит за пределы дугогасительной камеры и возможен её переброс на заземлённые части.