 |
3.3 Восстанавливающееся напряжение и восстанавливающаяся электрическая прочность
|
|
|
|
3. 3 Восстанавливающееся напряжение и восстанавливающаяся электрическая прочность
Восстанавливающееся напряжение – напряжение на коммутирующем органе, нарастающее в процессе отключения цепи.
Восстанавливающаяся электрическая прочность – электрическая прочность свойственная данному коммутирующему органу и нарастающая во времени при отключении. Восстанавливающаяся прочность определяется тем максимальным напряжением, которое способен выдержать без пробоя коммутирующий орган в данный момент времени.
В процессе отключения электрической цепи межконтактный промежуток превращается из проводника электрического тока в диэлектрик. Когда контакты замкнуты и по ним проходит ток, сопротивление их мало, а электрическая прочность промежутка равна нулю. Когда аппарат погасит возникшую на его контактах дугу и столб ионизированного газа рассеется, электрическое сопротивление образовавшегося слоя будет равно практически бесконечности. Электрическая прочность промежутка станет равной пробивному напряжению (Uпр) образовавшегося слоя изоляции, т. е. в процессе отключения цепи восстанавливающаяся электрическая прочностью промежутка, нарастает от 0 до Uпр. В то же время растет напряжение на контактах от мВ (на замкнутых контактах) до напряжения источника питания.
Отключение цепи происходит при соревновании процессов роста восстанавливающейся прочности промежутка и напряжения на нем.
В контактных аппаратах переменного тока наиболее интенсивный рост восстанавливающейся прочности наблюдается за переходом тока через нуль и продолжается в течение десятков и сотен микросекунд. В бесконтактных аппаратах на основе тиристоров электрическая прочность восстанавливается быстрее – 10…20мкс после перехода тока через нуль.
|
|
|
Характерные стадии процесса отключения:
1. начало процесса – замкнутое состояние контактов;
2. образование расплавленного металлического мостика, вследствие увеличения сопротивления в контактах и выделения тепла в контакте;
3. взрыв металлического мостика под действием тепла. Пары металла могут обладать изоляционными свойствами, поэтому может наступить мгновенный обрыв цепи, сопровождающийся перенапряжением, которое пробьет облако паров металла и возобновится протекание тока;
4. образование электрической дуги или искры;
5. в процессе гашения дуги, увеличения ее электрического сопротивления и уменьшения тока в цепи дуговой разряд переходит в другие разновидности самостоятельного разряда – тлеющий, таунсендовский (искровой);
6. превращение промежутка в диэлектрик (рассеивание ионизированных частиц).
3. 4. Общий вид уравнения отключения электрической цепи
Цепь отключается успешно, если кривая восстанавливающейся прочности межконтактного промежутка аппарата будет лежать выше кривой восстанавливающегося напряжения на этом промежутке.
В простейшем случае контур состоит из последовательного активного сопротивления R, индуктивности L, отключающих контактов и источника напряжения U0. В переходном процессе участвует емкость С (параллельно контактам) (рис. 3. 1).
Рис. 3. 1. Отключаемый контур
В общем случае решается система двух уравнений: 1) уравнение контура и 2) уравнение электрической дуги, возникающей на контактах аппарата. Уравнение контура
. (3. 1)
Одна из разновидностей вольтамперной динамической характеристики электрической дуги:
. (3. 2)
Здесь iд и uд – ток (А) и напряжение дуги, соответственно; lд – длина дуги, м; q = Q0/P0 – постоянная времени, с; P0 – удельная отводимая мощность, Вт/м; Q0 – тепловая энергия, содержащаяся в единице длины дуги, Дж/м. q и P0 важные тепловые параметры, определяются свойствами дугогасительного устройства. Чем мощнее дугогасительное устройство, тем больше P0lд и тем меньше q. Обычно q измеряется десятками или сотнями микросекунд, а P0 – сотнями и тысячами ватт. U0. – неизменное напряжение при постоянном токе и синусоидальная функция времени при переменном.
|
|
|
Уравнение (3. 2) – нелинейное, уравнение контура (3. 1) тоже может быть нелинейным, если R и L зависят от тока. Поэтому совместное решение этих уравнений весьма трудная задача, и процессы отключения цепей постоянного и переменного тока трактуются обычно раздельно.
|
|
|
