 |
3.4.1. Процесс отключения постоянного тока.
|
|
|
|
После момента размыкания контактов (МРК) (рис. 3. 2) – начинает увеличиваться сопротивление дуги, т. к. столб дуги охлаждается дугогасителем. Напряжение на дуге uд растет но, при успешном гашении, будет меньше восстанавливающейся прочности межконтактного промежутка.
Рис. 3. 2. Отключение цепи постоянного тока
В конце процесса отключения ток составляет единицы или доли ампера, затем резко уменьшается (вследствие роста сопротивления дугового канала), возникает перенапряжение Umax на промежутке. Затем избыточные заряды (на емкости С) растекаются через сопротивление утечки по изоляции Rш, и напряжение спадает до U0.
В конце процесса отключения цепи, когда i @ 0 напряжение на промежутке будет выражаться из (3. 1)
.
Следовательно, перенапряжение определяется индуктивностью цепи и скоростью снижения тока (при отключении производная тока – отрицательна). Поэтому применение интенсивных отключающих устройств часто оказывается недопустимым, вследствие чрезмерных перенапряжений, которые не должны превышать уровень изоляции установок.
В процессе отключения ток цепи уменьшается до нуля, начиная с начального значения – I0 = U0/R. Для обеспечения гашения дуги производная тока по времени должна быть отрицательной на всем диапазоне ее изменения от I0 до нуля. Из уравнения контура (3. 1)
.
Для этого необходимо создать превышение по абсолютной величине напряжения дуги uд над разностью (U0 – iR). В дугогасительных устройствах применяются следующие способы, позволяющие повысить падение напряжения на дуге:
1. растягивание дуги; при этом характеристика перемещается параллельно самой себе в сторону больших падений напряжения;
|
|
|
2. деление дуги на ряд коротких дуг – используются околоэлектродные падения напряжения;
3. повышение давления газов в дуговом промежутке;
4. движение дуги в газовой среде или, наоборот, обдувание дуги газами;
5. соприкосновение электрической дуги с поверхностью твердого изоляционного материала.
Последние три метода повышают падение напряжения на дуговом промежутке за счет увеличения градиента напряжения в стволе дуги.
Рис. 3. 3. Условие гашения дуги постоянного тока, цифрами обозначено:
1 – uд = f(iд); 2 – (U0 – iR)
Условие гашение дуги постоянного тока.
На всем диапазоне изменения тока от I0 до нуля при отключении цепи вольтамперная характеристика uд = f(iд) (1) должна лежать выше реостатной характеристики (U0 – iR) (2) отключаемой цепи. При пересечении этих характеристик, в зоне между точками их пересечения производная di/dt будет положительной, и условия гашения дуги нарушатся (рис. 3. 3 а).
Существует два варианта расчета дуги постоянного тока.
1. Задана вольтамперная характеристика uд = f(iд) дугогасительного устройства (рис. 3. 4). Построением касательных к этой кривой можно найти отключаемый ток Ix при заданном напряжении источника U0 или допустимое напряжение источника Ux при заданном токе I0.
Рис. 3. 4. Расчет при заданной вольтамперной характеристике дугогасительного устройства
2. Если заданы отключаемый ток и напряжение (рис. 3. 5), следует подобрать такую характеристику коммутирующего устройства uд = f(iд), которая будет лежать выше прямой (U0 – I0) (кривая 2) или касаться ее в одной точке (кривая 3). Кривая 1 не обеспечивает гашения дуги и отключения цепи, так как лежит ниже прямой (U0 – I0).
Рис. 3. 5. Расчет при заданном токе I0 или напряжении U0
Напряжение на дуге зависит от величины тока и определяется вольтамперной характеристикой дугогасительного устройства. Различают два вида этих характеристик: динамическую и статическую.
|
|
|
Динамическая вольтамперная характеристика относится к условиям, когда ток и напряжение дуги изменяются во времени.
Статическая вольтамперная характеристика – относится к установившемуся режиму горения дуги, когда ток и напряжение дуги неизменны во времени. Состояние это квазистационарное, так как в столбе дуги постоянно происходят динамические процессы изменения состояния элементарных частиц дугового газа.
Эмпирическая формула статической вольтамперной характеристики дуги
,
где U0э = 10…20 В – приэлектродное падение напряжения, В; l д – длина дуги, м; v д – скорость движения дуги в поперечном направлении, м/с; iд – ток дуги, А.
Дугогасительные устройства рассчитывают из условия гашения дуги. Параметры дугогасительного устройства должны быть такими, чтобы его вольтамперная характеристика 1 была на графике выше реостатной характеристики цепи – прямой 2, заданной величинами отключаемого тока I0 и напряжения источника питания U0 (рис. 3. 3 а).
Когда известна вольтамперная характеристика дугогасительного устройства 1 и реостатная характеристика цепи 2, можно приближенно оценить время гашения дуги. Если обозначить DU = |L (di/dt)|.
При L = const, находится время гашения дуги tг, когда ток изменяется от начального значения до нуля
. (3. 3)
Интеграл в (3. 3) вычисляется графически (заштрихованная площадь S на рис. 3. 3, б). Зависимость 1/DU = f(i), построена по величинам DU для разных токов, найденных по рис. 3. 3, а.
|
|
|
