Пучков Л.В. Прикладная электротехника - файл n12.htm

Пучков Л.В. Прикладная электротехника
скачать (118.7 kb.)
Доступные файлы (22):
n1.htm8kb.02.07.2007 11:02скачать
n2.htm21kb.02.07.2007 11:02скачать
n3.htm8kb.02.07.2007 11:02скачать
n4.htm24kb.02.07.2007 11:02скачать
n5.htm22kb.02.07.2007 11:02скачать
n6.htm50kb.02.07.2007 11:02скачать
n7.htm7kb.02.07.2007 11:02скачать
n8.htm11kb.02.07.2007 11:02скачать
n9.htm6kb.02.07.2007 11:02скачать
n10.htm18kb.02.07.2007 11:02скачать
n11.htm29kb.02.07.2007 11:02скачать
n12.htm41kb.02.07.2007 11:02скачать
n13.htm5kb.02.07.2007 11:02скачать
n14.htm9kb.02.07.2007 11:02скачать
n15.htm24kb.02.07.2007 11:02скачать
n16.htm10kb.02.07.2007 11:02скачать
n17.htm4kb.02.07.2007 11:02скачать
n18.htm10kb.02.07.2007 11:02скачать
n19.htm10kb.02.07.2007 11:02скачать
n20.htm29kb.02.07.2007 11:02скачать
n21.htm8kb.02.07.2007 11:02скачать
n22.htm19kb.02.07.2007 11:02скачать

n12.htm

 Раздел 19. Коммутационные и атмосферные перенапряжения. Электрическая дуга.



АТМОСФЕРНЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ.

Атмосферные перенапряжения - это кратковременные повышения напряжения на элементах электроустановки под действием атмосферного электричества. Иногда их называют внешними, так как они вызваны внешними по отношению к электроустановке причинами - грозовой природной деятельностью. Поэтому управлять ими невозможно, остается только защищаться.

По своему характеру атмосферные перенапряжения представляют собой апериодический импульс, то есть "всплеск" напряжения с крутым фронтом (быстрым нарастанием) и пологим "хвостом" (постепенным спадом до номинального значения). Длительность всего процесса измеряется тысячными долями секунды, но последствия его могут быть катастрофическими, так как амплитуда атмосферных перенапряжений может достигать несколько миллионов вольт.

Различают три типа гроз - тепловые, фронтальные и зимние. Тепловые грозы охватывают небольшой район, кратковременны и характерны для Верхневолжья и вообще северо-запада России. Фронтальные грозы охватывают значительную территорию, более длительны и характерны для Средней Волги и вообще континентальных степных районов России. Зимние грозы - явление чрезвычайно редкие и в большинстве случаев бывают в горных районах и предгорьях. Гроза любого типа развивается и действует на некоторой территории. Следовательно, атмосферным перенапряжениям наиболее подвержены территориально распределенные электроустановки, то есть электрические сети.

Для Центра России можно считать, что на каждые 100 км воздушных ЛЭП приходится 10-20 прямых ударов молнии в год при 20-40 грозовых часов в году. Но атмосферные перенапряжения вызываются не только прямыми ударами молнии.

Из рисунка видно, что молния является одной из стадий развития электрического разряда между скоплениями электричества разной полярности или между скоплением электричества любой полярности и объектом, имеющим нулевой потенциал. Следовательно, при грозовой деятельности происходит образование, разделение и скопление электричества. Почему и как это происходит, здесь рассматривать не будем. Факт тот, что непосредственной причиной атмосферных перенапряжений является наличие облаков, туч и участков земной поверхности, заряженных электричеством противоположной полярности.

Можно различать три типа воздействия атмосферного электричества на электроустановки:

- электростатическая индукция, при которой на элементах электроустановки накапливается заряд противоположного знака по отношению к заряду проходящих вблизи облаков и туч;

- электромагнитная индукция, при которой на элементах электроустановки наводится напряжение под действием магнитного поля произошедшего вблизи грозового разряда (молнии);

- прямой удар молнии в электроустановку.

Наименее опасны атмосферные перенапряжения от электромагнитной индукции, так как они крайне редки и не превышают нескольких десятков киловольт. Перенапряжения от электростатической индукции достигают 300кВ. При плохом заземлении нетоковедущих частей электроустановки накопленный на них электрический заряд может создавать такой потенциал, что произойдет пробой на токоведущие части. Максимальную опасность представляют прямые удары молнии в электроустановку, при которых перенапряжения могут достигать несколько миллионов вольт, а ток молнии через пораженный элемент электроустановки - сотен килоампер. Поэтому защита от атмосферных перенапряжений - это практически защита от прямых ударов молнии и от волн перенапряжения, распространяющихся от мест удара по электрически связанной сети. Средства защиты известны каждому электроэнергетику - это молниеотводы, грозозащитные тросы, разрядники и искровые промежутки. Надежная работа этих средств возможна только при качественной изоляции токоведущих частей и при нормированном сопротивлении заземляющего контура.

Атмосферные перенапряжения опасны. Поэтому эксплуатационный персонал обязан проводить подготовку к грозовому сезону не менее тщательно, чем подготовку к прохождению зимнего максимума нагрузок.

КОММУТАЦИОННЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ.

Коммутационные перенапряжения - это кратковременные повышения напряжения при включении и отключении, то есть при коммутации электрических цепей. Иногда их называют внутренними, так как они вызваны внутренними причинами - переключениями в самой электроустановке. По своему характеру они представляют собой высокочастотные быстро затухающие колебания. Амплитуда этих колебаний в предельных случаях может достигать двойного номинального напряжения при включении и четырех - семикратного при отключении. В этих случаях с ними борются так же, как и с атмосферными (внешними) перенапряжениями, то есть установкой разрядников в расчетных точках схемы электроустановки. Обычно коммутационные перенапряжения меньше предельно допустимых перенапряжений и надобность в специальных разрядниках отсутствует.

Электромагнитные процессы при перенапряжениях сильно зависят от схемы электроустановки и ее параметров, в частности, от соотношения активного и реактивного сопротивлений коммутируемой цепи и от характера реактивного сопротивления - индуктивное оно или емкостное. Следовательно, эти процессы многообразны, сложны и, главное, индивидуальны (конкретны) для каждой электроустановки. Поэтому ограничимся рассмотрением коммутационных перенапряжений в наиболее часто встречающемся в эксплуатации случае - отключение электрической цепи с сопротивлением индуктивного характера (электродвигатели, трансформаторы и т.п.).

Абсолютно точное описание процесса отключения высоковольтной электрической цепи с комплексной нагрузкой и всех сопутствующих ему явлений невозможно даже при использовании высшей математики. Однако, если основываться на сравнительно простых качественных, то есть не числовых соображениях, то можно получить результат, хорошо согласующийся с эксплуатационной практикой.

Контакты даже самых быстродействующих высоковольтных выключателей размыкаются при отключении не мгновенно, а за вполне определенное время - время отключения - То. Для каждого выключателя оно известно, так как замеряется при наладке и эксплуатационных проверках. Можно предположить, что при отключении поверхность соприкосновения неподвижных НК и подвижных ПК контактов уменьшается пропорционально времени t, как показано на рисунке для втычных (розеточных) контактов.



Эта поверхность фактически является площадью поперечного сечения проводника коммутируемой электрической цепи. Самая тщательная притирка контактов выключателя не в состоянии устранить их переходного сопротивления Rв во включенном положении. При изучении свойств сопротивлений мы установили, что сопротивление проводника обратно пропорционально его площади поперечного сечения - площадь вдвое меньше, сопротивление вдвое больше. Возрастание сопротивления, по закону Ома, ведет к снижению тока. В момент размыкания контактов сопротивление скачком изменяется до бесконечности, а первоначальный ток нагрузки Iв достигает нулевого значения.

Эти простые соображения иллюстрируются приведенным выше графиком, из которого для произвольного промежуточного момента времени 0< tп 0 можно записать пропорцию, основанную на линейной зависимости сопротивления от времени в процессе размыкания контактов выключателя:

Rп/Rв= T0/(T0 - tп)

Отсюда легко найти линейную зависимость сопротивления от времени:

Rп= RвT0 /(T0 - tп)

Падение напряжения на этом сопротивлении и ток в нем определяются по закону Ома:

Uп=iп Rп= iп RвT0 /(T0 - tп); iп= Uп(T0 - tп) /RвT0

Напомним, что нас интересует оценка коммутационных перенапряжений при отключении электрической цепи с сопротивлением индуктивного характера. В этом случае величина перенапряжения определяется скоростью изменения тока в цепи, то есть производной тока по времени (вспомните законы электромагнитной индукции - ЭДС электромагнитной индукции определяется не абсолютной величиной тока, а скоростью его изменения...). Чем ближе точка tп к точке T0 на графике, то есть чем ближе завершение процесса отключения, тем больше оснований заменить производную тока по времени так называемыми конечными приращениями (попросту - разницей двух смежных значений к промежутку времени между этими значениями). Большой погрешности при этом не будет.

Поэтому с учетом того, что ток в момент отключения T0 равен нулю, можно записать:

di/dt=(0- iп)/ (T0 - tп)=- iп / (T0 - tп)=- Uп(T0 - tп) /RвT0 (T0 - tп)=- Uп/RвT0

Баланс номинального напряжения Uн, приложенного к активно- индуктивной электрической цепи и падений напряжений в этой цепи определяется вторым законом Кирхгофа:

Uн= iп Rп + L di/dt= Uп)- LUп/RвT0= Uп(1-L/ RвT0)

Отношение индуктивности L электрической цепи к ее активному сопротивлению Rв

t=L/ Rв=Генри/Ом= Ом/сек/Ом=сек

имеет размерность времени, называется постоянной времени этой цепи и является важной ее характеристикой - при отключении активно- индуктивной цепи ток в ней уменьшается за это время почти в три раза, точнее, в е=2,718 раза (для тех, кто связан с эксплуатацией реакторных установок - сравните t с периодом реактора...). С учетом этого из предыдущих формул может быть найдена величина коммутационного перенапряжения при отключении электрической цепи с сопротивлением индуктивного характера:

Uп= Uн/(1-t/T0)

Следует помнить, что эта формула приблизительна, так как выведена из упрощенных соотношений, но тем не менее качественно верна. Для чего мы занимались всеми этими математическими упражнениями? Дело в том, что из этой формулы могут быть извлечены очень полезные сведения.

Во-первых, можно рассчитать, что для предельных значений коммутационных перенапряжений при отключениях (см. начало этого параграфа) получается:

Uп=4*Uн при t=0,750*Т0 и Сos(j)=0,80

Uп=7*Uн при t=0,857*Т0 и Сos(j)=0,76

Во-вторых, непосредственно из этой формулы видно, что теоретические пределы коммутационных перенапряжений при отключении достигаются при следующих численных значениях тех же величин:

t=0, Сos(j)=1, Uп= Uн,

t= Т0, Сos(j)=0, Uп= Ґ .

Эти равенства означают, что при отключении электрических цепей с "чисто активным" сопротивлением коммутационных перенапряжений не будет, а при "чисто индуктивном" сопротивлении эти перенапряжения будут бесконечны. Кавычки употреблены здесь потому, что в реальных электрических цепях ничего "чистого" не бывает, о чем мы неоднократно говорили и ранее. Следовательно, коммутационные перенапряжения возникают при отключении любых нагрузок, однако слишком больших величин они не достигают из-за возникновения между разошедшимися контактами выключателя электрической дуги. К изучению свойств электрической дуги мы сейчас и приступим...

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

Каждый видел электродуговую сварку металлов и имеет представление об электрической дуге. Точно такая же "сварочная" электрическая дуга, только гораздо более мощная, возникает между разошедшимися подвижными и неподвижными контактами высоковольтного выключателя при отключении нагрузки или короткого замыкания.

Электрическую дугу постоянного тока впервые получил в 1802 году русский физик Василий Владимирович Петров (1761-1834гг.). Он назвал ее "дугой", потому что в земных условиях (в поле тяготения) между горизонтальными электродами она выгибается вверх так, как показано на рисунке. Происходит это за счет тепловой конвекции молекул воздуха - нагретый дугой воздух устремляется вверх и увлекает ее за собой. В невесомости восходящих потоков нагретого воздуха нет, так как сами понятия "верх" и "низ" там отсутствуют. Поэтому, например, на орбитальной станции "Мир" электрическая дуга будет иметь вид широкого эллипсоида (почти шара) при любом расположении электродов.

Электрическая дуга всегда горит в газовой среде. Даже в масляных выключателях она горит не в трансформаторном масле, а в газовом пузыре под высоким давлением, так как масло под действием высокой температуры дуги испаряется, разлагаясь на газовые составляющие. Именно газовая среда обусловливает то, что электрический ток в стволе (канале) дуги всегда конвекционный, то есть электрические заряды переносятся самими носителями электричества - электронами и ионами (вспомните главу "Природа электрического тока"). Следовательно, электрическая дуга может существовать только при наличии этих носителей, при их отсутствии она гаснет. Это не означает, что в вакууме дуга невозможна - там носители электричества образуются не из газовой среды (которой нет), а из материала электродов.

Процесс образования носителей электричества в межэлектродном промежутке называется ионизацией. Процесс поставки носителей электричества в этот промежуток из материалов электродов называется эмиссией. Процесс ликвидации носителей электричества в межэлектродном промежутке называется деионизацией. Она происходит в виде двух одновременно протекающих процессов - рекомбинации и диффузии. Рекомбинация - это воссоединение отрицательного электрона с положительным ионом в нейтральный атом. Диффузия - это удаление носителей электричества из зоны горения дуги за счет естественной их конвекции или искусственно, например, за счет дутья, как в воздушных выключателях.

Процессы ионизации и деионизации идут непрерывно и встречно. В зависимости от того, какой из них преобладает, электрическая дуга развивается, горит устойчиво или гаснет. В электроустановках дуга возникает самопроизвольно, а гасится принудительно. Главной причиной возникновения электрической дуги при отключении является инерционность электрической цепи, то есть стремление сохранить неизменным прежнее установившееся состояние, конкретно, протекающий в ней до отключения электрический ток. Этот ток действительно сохраняется, протекая по "мосту" из ионизированных газов между разошедшимися подвижными и неподвижными контактами выключателя. Но это, так сказать, глобальная причина возникновения дуги. Физические же причины ее возникновения проявляются на молекулярном и атомном уровнях с участием электронов и ионов. На этом уровне под микроскопом можно было бы увидеть, что даже тщательно притертые контакты соприкасаются во включенном положении не сплошной поверхностью, а множеством площадок разного размера. Под нагрузкой через эти площадки протекает ток, плотность которого обратно пропорциональна их размерам. При этом образуются зоны местного перегрева, и возникает термоэлектронная эмиссия, то есть выход электронов из материала контактов под действием повышенного нагрева. Таким образом, некоторое количество носителей электричества возле замкнутых контактов высоковольтного выключателя всегда имеется.

В процессе расхождения неподвижных и подвижных контактов выключателя при отключении количество и суммарный размер площадок соприкосновения уменьшается, но в другой пропорции, нежели ток. Это способствует возникновению еще больших местных перегревов и увеличению термоэлектронной эмиссии. В момент разрыва электрической цепи, то есть в момент отключения Т0 имеется достаточное количество электронов, чтобы под действием коммутационного перенапряжения зажглась электрическая дуга и ток в цепи не прерывался. С этого момента в дуговом промежутке начинают действовать дополнительные факторы ионизации (термическая ионизация за счет разогрева газа до высоких температур, ударная ионизация за счет соударения электронов, разгоняемых электрическим полем и т.д.), которые здесь рассматриваться не будут. Важно знать, что при этом ионизация увеличивается, количество носителей электричества возрастает и это способствует развитию электрической дуги. Но одновременно вступают в действие и деионизирующие факторы - рекомбинация и диффузия носителей электричества, растягивание и охлаждение электрической дуги, принудительное дугогашение. В реальных электроустановках дугу не удается погасить только в редчайших случаях. Тогда происходят аварии. Причинами их обычно бывают эксплуатационные недоработки и гораздо реже - конструктивные недостатки оборудования.

Внешне представляется, что электрическая дуга возникает и развивается мгновенно. В действительности она является завершающей стадией электрического разряда в разрыве электрической цепи, то есть в межэлектродном промежутке.

На рисунке представлена качественная (не числовая) вольтамперная характеристика электрического разряда постоянного тока в воздушном промежутке. Предполагается, что минимально необходимое для начала разряда количество носителей электричества было получено под действием постороннего ионизирующего фактора, например рентгеновского облучения данного промежутка.

При подъеме напряжения на промежутке с нуля ток через него возрастает в соответствии с законом Ома, то есть в прямой линейной пропорциональности напряжению. Это означает, что с ростом напряжения в создании тока участвует все больше и больше носителей электричества. Наконец, в точке 1 характеристики все носители, полученные под действием постороннего ионизирующего фактора, оказываются исчерпанными и через промежуток устанавливается неизменный ток Iн, который называется током насыщения, так как он до предела насыщен имевшимися носителями электричества и больше ему "насыщаться" нечем.

Дальнейший подъем напряжения при неизменном токе Iн приводит в точке 2 характеристики к возникновению и развитию автоэлектронной эмиссии, то есть к насильственному вырыванию свободных электронов из материала отрицательного электрода (катода) под действием очень большой напряженности электрического поля. Напряжение в точке 2 может быть и не очень большим, но почти все оно "падает" на ничтожном расстоянии от катода. Поэтому напряженность электрического поля здесь может достигать 30 миллионов Вольт на сантиметр. Под действием поля такой напряженности вырванные из катода электроны разгоняются до громадных скоростей и вызывают в окружающем воздухе ионизацию ударом или толчком, то есть разбивают встречающиеся на их пути молекулы на положительные ионы и электроны. Носителей электричества в промежутке становится более чем достаточно, и ток скачкообразно возрастает до точки 3. На участке 2-3 разряд становится видимым. Поэтому он называется коронным или просто короной. Многие эксплуатационники видели корону вокруг проводов ЛЭП-110кВ и выше, а слышали ее шелест или шипение, наверное, все электроэнергетики.

В конце концов, ионизация воздуха в промежутке достигает такой величины, что он "пробивается". В электроустановках пробой выглядит в виде искр, в природе - в виде молнии. Искры и молния называются разрывным электрическим зарядом. Производимый в точке 3 разрывной заряд возвращает весь процесс в точку 0 и все начинается сначала, но так как воздушный промежуток остается насыщенным носителями электричества, во второй раз точка 3 достигается гораздо быстрее, чем в первый. Искры могут следовать одна за другой беспрерывно. Под действием их высокой температуры происходит тепловая (термическая) ионизация воздуха. Количества носителей электричества становится достаточно для образования непрерывного проводящего ствола (канала) между электродами - электрической дуги. Поскольку воздушный промежуток перекрывается (замыкается) дугой, напряжение на нем резко падает. Таким образом, электрическая дуга устойчиво горит при относительно малом напряжении, но большом токе.

На переменном токе все происходит точно так же, только процесс электрического разряда возникает и развивается обособленно при положительной и отрицательной полуволне тока. Характеристики электрической дуги переменного тока - изменение тока и напряжения во времени и вольтамперная характеристика- изображены на рисунке. Выше отмечалось, что для отключаемой электрической цепи дуга является средством сохранения предыдущего установившегося состояния. Состояние реальных цепей электроустановок определяется током, так как напряжение при использовании генераторов напряжения (а не тока) остается одним и тем же для всех состояний. Следовательно, протекающий в дуге ток будет таким же, каким он был в электрической цепи до размыкания контактов высоковольтного выключателя пи отключении. На рисунке показан один период (две полуволны, два полупериода) этого тока - от момента размыкания неподвижных НК и подвижных ПК контактов выключателя до момента разрыва тока при гашении дуги. В большинстве типов современных выключателей дуга гасится не более, чем за один-полтора периода. На верхнем рисунке ток (синяя синусоида) показан отстающим на 900 от напряжения (красная синусоида), так как рассматривается отключение электрической цепи с индуктивным сопротивлением.

Сопротивление самой электрической дуги - активное, но не обычное, а нелинейное. Это означает, что ток в дуге и напряжение на ней не подчиняются закону Ома. Поэтому та расчетная формула для сопротивления дуги, которую мы выводили при изучении закона Ома, может быть записана только в дифференциальной форме:

R= -D U/D i = - dU/di

Эта формула выражает угол наклона вольтамперной характеристики к горизонтальной оси в любой точке этой характеристики. Иногда говорят, что электрическая дуга имеет отрицательное сопротивление. Но это условно. Знак "минус" свидетельствует о том, что вольтамперная характеристика дуги - падающая (убывающая), так как напряжение и ток изменяются встречно - при увеличении тока в дуге напряжение на ней уменьшается и наоборот. Речь идет о напряжении, возникающем на дуге при ее горении, а не номинальном напряжении коммутируемой электрической цепи. Если вспомнить (см. выше), что электрический ток в стволе (канале) дуги всегда конвекционный, то объяснить убывающий вид ее вольтамперной характеристики не трудно.

Между зажимами работающего на холостом ходе источника напряжения будет его номинальное напряжение. Такое же напряжение будет между концами подсоединенных к этим зажимам и не замкнутых проводников. Можно считать, что любой разрыв замкнутой электрической цепи является вынесенными в точки разрыва зажимами источника напряжения. Следовательно, на любом разрыве цепи будет напряжение. Разошедшиеся пи отключении контакты высоковольтного выключателя образуют разрыв. Если бы электрическая дуга не зажглась, то на этом разрыве сначала бы появился "всплеск" коммутационного перенапряжения, а затем восстановилось бы номинальное напряжение. В данном случае оно так и называется - восстанавливающееся или возвращающееся напряжение генератора. Но дуга зажигается.

Возникновение дуги равносильно замыканию разрыва проводником. При этом падение напряжения на бывшем разрыве становится равным падению напряжения на замыкающем проводнике, то есть определяется его сопротивлением и током. Ток в дуге остается таким же, каким он был в электрической цепи до размыкания контактов высоковольтного выключателя (см. выше). Сопротивление же дуги - изменяющееся, так как зависит от количества носителей электричества, участвующих в конвекции (переносе) тока через разрыв. Чем больше ток, тем больше носителей в нем участвует, тем меньше сопротивление дуги и тем меньше напряжение на ней. Поэтому напряжение на дуге изменяется по "седлообразной" периодической кривой, как показано выше на рисунке. "Седло" этой кривой соответствует максимуму мгновенного тока. Процесс зажигания, горения и гашения электрической дуги переменного тока может быть описан следующим образом (увеличим предыдущий рисунок):

Дуга зажигается в точке 1 при напряжении зажигания Uз и гаснет в точке 3 при напряжении гашения Uг. В окрестности максимума мгновенного тока в его "переносе" через разрыв участвовало большинство носителей электричества. Поэтому в точке 2 напряжение на дуге минимально. При снижении мгновенного тока от максимума до нуля усилился процесс деионизации, так как для меньшего тока нужно меньшее количество носителей электричества. Сопротивление дуги возросло и, соответственно, возросло напряжение на ней до величины Uг< Uз. В момент прохождения тока через нуль дуга гаснет. Если за время снижения тока от максимума до нуля деионизация не достигла достаточного уровня, то в точке 4 дуга загорится повторно. В высоковольтных выключателях имеется принудительное дугогашение. Поэтому через один-два полупериода тока к моменту его прохождения через нуль удается обеспечить необходимый уровень деионизации разрыва и дуга погаснет окончательно. При этом между разошедшимися контактами выключателя после небольшого переходного процесса восстановится номинальное напряжение Uв.

В качестве примера всего сказанного выше познакомьтесь с кинематической схемой выключателя 6кв типа ВЭС-6, использующегося в схемах собственных нужд АЭС. Схема его работы следующая: при включении выключателя вначале замыкаются дугогасительные контакты 7, которые в полностью включенном положении шунтируются главными контактами 6. При отключении выключателя вначале размыкаются главные контакты 6, а затем дугогасительные контакты 7. Дуга, возникающая при размыкании дугогасительных контактов , под действием электродинамических сил контура тока и тепловых конвекционных потоков поднимается вверх и входит в дугогасительную камеру III. Часть дуги между металлокерамическими наконечниками неподвижного дугогасительного контакта "а" и рогом 9 оказывается зашунтированным катушкой магнитного дутья 11. Участок дуги, шунтированный катушкой, быстро гаснет и через катушку начинает протекать полный ток, протекающий через выключатель. Между полюсными наконечниками электромагнита создается интенсивное магнитное поле, пронизывающее камеру перпендикулярно плоскости, в которой движется дуга. Это магнитное поле взаимодействует с током дуги. При этом намотка катушки электромагнита такова, что дуга втягивается в камеру (это и есть реализация принципа "электромагнитного дутья"). Оба основания дуги бегут вверх по рогам, а дуга, поднимаясь по камере, входит в вырезы керамических пластин, приобретая зигзагообразную форму, длина ее увеличивается, она отдает тепло керамическим пластинам. Благодаря этому происходит рекомбинация ионов и деионизация дуги и при очередном переходе тока через нуль дуга гаснет. При отключении малых токов (до 1000А) напряженность магнитного поля, создаваемого катушкой электромагнитного дутья, весьма мала и не может обеспечить быстрое втягивание дуги в камеру. Для улучшения гашения дуги от таких токов применяется цилиндр воздушного поддува 5. При движении подвижных контактов цилиндр опускается и вытесняет воздух через трубку в зону горения дуги. Благодаря этому длительность горения дуги в наиболее тяжелых случаях отключения токов до 1000А и когда коэффициент мощности близок к нулю не превышает 0,08 сек. Привод выключателя (система ломающихся рычагов) выполняется с целью обеспечения необходимой скорости движения контактов. Она должна быть такова, чтобы к моменту перехода тока через нулевое значение и погасания дуги расстояние между контактами было достаточным, чтобы обеспечить необходимую электрическую прочность промежутка и исключить возможность повторного зажигания дуги.

Существуют быстродействующие высоковольтные выключатели, которые могут гасить дугу в любой момент времени, а не только при прохождении тока через нуль. В цепях с такими выключателями принимаются специальные меры по ограничению перенапряжений. Постоянный ток вообще не переходит через нуль. При его отключении приходится "рвать" полный нагрузочный ток. Быстро этого делать нельзя, иначе будут громадные перенапряжения. Поэтому в выключателях постоянного тока не используются сильные средства дугогашения, например, не существует маслонаполненных выключателей постоянного тока. Высоковольтные ЛЭП постоянного тока отключаются путем "запирания" выпрямителей на передающем конце линии. Что же касается выключателей постоянного тока низкого напряжения (например, автоматов гашения поля в цепях возбуждения генераторов), то, при внешней похожести их на автоматы переменного тока 0,4кВ, наиболее часто используется несколько иной принцип, суть которого в следующем. Падение напряжения на дуге примерно постоянно и составляет около 30В (речь идет о так называемом "катодном падении напряжения") вне зависимости от длины дуги. Суть его упрощенно в следующем - положительные ионы концентрируются у катода, отрицательные - у анода, чем и создается противо-ЭДС 30В. Как уже отмечалось, постоянный ток через нуль не переходит. Для того, чтобы его "запереть" при отключении АГП, дуга разбивается на ряд коротких промежутков, притом количество промежутков выбирается таким, чтобы "набрать" противо-ЭДС примерно вдвое выше, чем номинальное напряжение отключаемой цепи. Так, например, если требуется разорвать цепь с напряжением 300В, дуга разбивается на 20 промежутков (итого набирается противо-ЭДС 600В). Поскольку противо-ЭДС направлена встречно напряжению сети, происходит быстрое снижение тока до нуля, а охлаждение дуги производится способом, аналогичным описанному выше.

 

© 1999 Л.В. Пучков, Редакция 2000 А.Н. Бугаев.

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации