Пособие Теория электрических аппаратов

окружающей среды в которой горит дуга и увеличением напряжения в приэлектродных областях. В этом случае на всем протяжении процесса

лежала выше внешней характеристики цепи.

Рис. 5.9. ВАХ дуги и внешняя характеристика электрической цепи

Также условия гашения электрической дуги можно добиться за счет изменения активного сопротивления электрической цепи путем введения добавочного сопротивления (Rдоб.), рисунок 5.10.

70

До момента размыкания контактов по цепи протекает ток и

жет превысить источник ЭДС (E), если цепь будет подключена по схеме, представленной на рис. 5.12.

Рис. 5.12. Электрическая схема, при которой максимальное напряжение (Umax) может превысить источник ЭДС (E)

Из-за утечки по изоляции и остаточному столбу дуги емкость С разрежается, и напряжение снижается с максимального значения напряже-

при гашении электрической дуги. Максимальное значение напряжения

5.4. Электрическая дуга переменного тока. Процесс отключения дуги переменного тока

При частоте питающей сети равной 50 Гц и выше ток в дуге изменяется достаточно быстро, и происходят процессы, которые необходимо рассматривать с помощью динамической ВАХ дуги переменного тока, представленой на рис.5.13.

72

Рис. 5.13. Динамическая ВАХ дуги переменного тока

Напряжение дуги сначала поднимается до точки 1, затем с ростом тока падает до точки 2. После прохождения тока через максимум динамическая ВАХ поднимается и проходит через точку 3 в связи с уменьшением тока. В отрицательный полупериод процесс повторяется.

При высокой частоте питающего напряжения динамическая ВАХ имеет более сглаженный вид. Мгновенные значения напряжения и тока дуги имеют почти синусоидальный вид.

5.5. Отключение электрической цепи переменного тока с активным сопротивлением

В общем случае процесс отключения цепей переменного тока протекает легче, чем в цепях постоянного тока, так как при отключении цепи постоянного тока необходимо создать условие, чтобы ток, протекающий через электрическую дугу, стал равен нулю “0”. Естественным образом при переменном токе это условие выполняется дважды за период питающей сети - ток дуги проходит дважды через нулевое значение. Здесь достаточно лишь создать условие, при котором не произошел бы повтор-

73

ный пробой междугового промежутка. Тяжесть гашения дуги переменного тока зависит от характера отключаемой нагрузки, которая чаще всего носит активный, индуктивный или активно-индуктивный характер.

Отключение активной цепи переменного тока происходит по схеме замещения ( н = 1 – чисто активная нагрузка), представленной на рис.5.14. Рассмотрим временные диаграммы тока и напряжения для электрической цепи с дугой переменного тока и активной нагрузкой (Зона I – дуга горит, II – дуга не горит), которые показаны на рис.5.15.

Рис. 5.14. Схема замещения цепи переменного тока с активным сопротивлением и электрической дугой

Пусть контакты разошлись в момент времени t=0 и между ними загорелась дуга. К концу первого полупериода из-за уменьшения тока и воздействия дугогасящего устройства сопротивление дугового промежутка и напряжение на дуге увеличиваются. При подходе тока к нулю, к дуге подводится малая мощность, температура ее уменьшается, что приводит к замедлению термической ионизации и способствует процессу деионизации с последующим погасанием дуги. Напряжение, при котором дуга гаснет, называется пиком гашения ( г).

Резкий рост напряжения дуги к концу полупериода приводит к тому, что ток в цепи обрывается до своего естественного прохождения через ноль.

После гашения дуги число заряженных частиц в дуговом промежутке уменьшается, и сопротивление дугового промежутка сильно возрастает, при этом возрастает электрическая прочность промежутка и напряжение зажигания ( заж). При прохождении напряжения через ноль электрическая прочность промежутка начинает возрастать не с нуля, а со значения “а ” (начальная прочность), ее величина зависит от свойств дугогасящего устройства. Чем эффективнее дугогасящее устройство, тем больше начальная прочность.

74

напряжения на промежутке и дуга загорается вновь.

Напряжение, появляющиеся на контактах после прохождения тока через ноль, называется восстанавливающимся, оно зависит от напряжения источника и параметров отключаемой цепи. В нашем случае при н = 1 при прохождении тока через ноль к контактам приложено си-

нусоидальное напряжение источника.

Вмомент времени “ ” дуга снова гаснет, и процессы повторяются,

кмоменту времени “ ” из-за расхождения контактов длина дуги увеличивается в результате напряжение зажигания выше, чем во втором полупериоде.

Окончательное гашение происходит в момент времени “ ”. Для случая, когда электрическая прочность растет по кривой “а −в ”, гашение дуги происходит при первом же прохождении тока через нулевое значение.

5.6. Отключение электрической цепи переменного тока с индуктивностью

Рассмотрим процесс гашения дуги в цепи с большой индуктивностью ≤1. Пример такой цепи представлен на рис.5.16. Сложность от-

75

ключения таких цепей заключается в том, что из-за несовпадения по фазе тока и напряжения в момент перехода тока через ноль восстанавливающееся напряжение может быть близко по величине к амплитудному значению напряжения источника. Напряжение на промежутке восстанавливается с большой скоростью, что может привести к повторным пробоям и длительному горению электрической дуги.

где = 2 √ (период изменения восстанавливающегося

напряжения). Поэтому выключатели,

используемые для размыкания больших мощностей, находятся в тяжёлых условиях, так как им прихо-

дится отключать большие токи с большой скоростью восстановления напряжения из-за низких значений и .

На рис.5.18 отображены процессы, происходящие во время размыкания контактов в цепи с преобладающей индуктивной нагрузкой.

76

5.7. Способы гашения дуги

5.7.1. Растягивание электрической дуги

Напряжение электрической дуги можно представить следующим выражением:

где д – напряжение дуги;

–падение напряжение в приэлектродных областях;

–градиент напряжения (напряжённость столба дуги);

д– длина дуги.

Таким образом, за счёт увеличения длины дуги обеспечивается подъём вольтамперной характеристики выше внешней характеристики электрической цепи. При токе в 100 А и напряжении в 220 В напряжённость столба дуги составляет = 6÷8 В/см, при этом длина дуги будет равной д=20 – 30см. Но данная мера ведет к увеличению габаритов электриче-

77

ского аппарата, так как гашение требует значительного растяжения.

5.7.2.Повышение давления в межконтактном промежутке

Вданном случае наблюдается ухудшение условий термической ионизации и улучшение процессов деионизации. Такой способ используется в разборных предохранителях, корпус которых выполнен из газогенерирующего материала – фибры.

5.7.3.Перемещение электрической дуги в воздушной среде

При перемещении электрическая дуга хорошо охлаждается, уменьшается диаметр столба, усиливаются диффузионные процессы, растёт падение напряжения на дуге.

Перемещение электрической дуги может осуществляться: 1. При помощи электродинамических сил (рис.5.19).

При возникновении электрической дуги между контактами на неё действует электродинамические усилия, что приводит к перемещению электрической дуги вдоль контактов. Скорость перемещения дуги зависит от величины тока д. На рис. 5.20 приведены характеристики д = ( д) для различных значений тока дуги. Как видно из рисунка, скорость перемещения увеличивается с ростом тока дуги.

78