Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Электрические и электронные аппараты - файл гашение дуги.doc


Загрузка...
Лекции - Электрические и электронные аппараты
скачать (6353.6 kb.)

Доступные файлы (19):

Автоматические воздушные выключатели.doc1636kb.06.12.2005 09:55скачать
введние.doc81kb.17.08.2006 15:53скачать
Выключатели переменного тока высокого напряжения.doc1822kb.21.11.2007 16:24скачать
гашение дуги.doc160kb.30.11.2005 10:32скачать
дуга.doc452kb.30.11.2005 10:32скачать
Измерительные преобразователи (датчики).doc1058kb.30.11.2007 11:15скачать
Контактные явления.doc584kb.23.02.2009 18:53скачать
Логические элементы.doc2326kb.31.03.2006 12:53скачать
Магнитные бесконтактные элементы.doc1467kb.23.12.2005 12:01скачать
Магнитные пускатели.doc172kb.31.10.2007 17:31скачать
Предохранители и автоматические выключатели.doc2007kb.07.11.2007 14:36скачать
тепловые процессы.doc339kb.30.11.2005 10:32скачать
эа непосредственного воздействия.doc544kb.31.10.2007 17:24скачать
эду в эа.doc315kb.30.11.2005 10:32скачать
Электромагнитные контакторы.doc476kb.31.10.2007 17:21скачать
Электромагнитные муфты.doc475kb.09.12.2005 13:44скачать
Электромагнитные реле.doc413kb.31.10.2007 18:36скачать
Электромагнитные явления.doc906kb.30.11.2005 10:33скачать
Электромагниты.doc297kb.23.11.2005 15:04скачать

гашение дуги.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...




Тема 6

Способы гашения электрической дуги
Задачи дугогасительных устройств состоит в обеспечении гашения электрической дуги за минимальное время с допустимым уровнем перенапряжений, малом износе контактов, минимальном объеме распыленных газов, с минимальным звуковым и световым эффектами.

Обычно раствор контактов выбирается из условия надежного гашения дуги при малых токах. Влияние растворов контактов на гашение дуги особенно отчетливо выражено при постоянном токе. При переменном токе это влияние имеет место лишь при напряжении выше 200 В.

В первой зоне дуга гасится за счет механического растяжения. По мере растяжения контактов увеличивается длина дуги и ее сопротивление. Когда длина дуги постоянного тока будет равна критической, создаются условия для ее гашения. С ростом отключаемого тока увеличивается критическая длина дуги.

В зависимости от типа дугогасительной системы критические значения токов (зона неотключаемых токов) лежит в пределах от нескольких ампер до 100 А. При малых токах дуга гаснет за счет механического растягивания. При значительных токах появляются электродинамические силы, быстро выдувающие дугу из межконтактного промежутка. Дуга в этом случае гаснет под действием этих сил.

^ Критические условия, когда механизм гашения дуги с помощью механического ее растягивания сменяется другим – электродинамическим воздействием на дугу, соответствуют зоне критических токов.

Начиная с токов в несколько десятков ампер электродинамические силы, действующие на дугу, оказывают влияние на скорость движения дуги. Эти силы, пропорциональные квадрату тока, приобретают решающие значения при гашении дуги с токами в сотни и тысячи ампер.

Конфигурация контактных систем в аппаратах управления такова, что электродинамические силы быстро выдувают дугу из пространства между контактами. Она растягивается этими силами независимо от величины раствора контактов.

Раствор контактов надо выбирать из условия гашения критических токов (^ 20-70 А   без магнитного дутья); (5-20   c магнитным дутьем), когда механическое растяжение играет определяющую роль.

Увеличение длины дуги при больших токах достигается за счет взаимодействия магнитных полей с током дуги, а раствор контактов играет здесь второстепенную роль.

При малом токе (5 А) увеличение раствора улучшает условия растяжения дуги и приводит к снижению времени ее горения.

При относительно больших токах увеличение раствора снижает скорость движения дуги вследствие уменьшения электродинамических сил на единицу длины дуги и увеличивает время горения дуги.

В дугогасительных устройствах используются следующие принципы гашения электрической дуги:

  механическое растяжение дуги;

  узкая продольная щель (воздействие на ствол дуги);

  узкая продольная щель в сочетании с магнитным дутьем;

  дугогасительные решетки;

  создание повышенного давления в среде горения дуги;

  гашение в трансформаторном масле;

  гашение в вакууме;

  применяется для гашения дуги силовых полупроводниковых приборов.
^ Гашение в узкой щели
Широко применяется в электрических аппаратах низкого напряжения. Для увеличения эффективности охлаждения ширина цели  делается меньше диаметра дуги dд. При этом возрастает сопротивление движения дуги. Кроме того, по мере втягивания дуги в щель она приобретает форму зигзага. При этом увеличивается не только длина дуги, но и отвод тепла от дуги.

Различают узкие и широкие щели. Если  > dд   широкая щель, если   dд   узкая щель. Так как диаметр дуги зависит от тока и скорости движения дуги, то для одних условий щель будет широкой, для других –узкой.

^ Ограничения при выборе ширины щели определяется той напряженностью магнитного поля, которая необходима для движения дуги в узких щелях. Она должна быть выше критической.

Напряженность быстро растет с уменьшением ширины щель и для весьма узких щелей становится практически трудно осуществимой.

В случае использования принудительного воздействия на дугу используют зигзагообразные узкие щели. Для ограничения выброса распаленных газов в дугогасительных камерах на их пути устанавливают металлические решетки. Газы, прохода через эти решетки деионизируются, охлаждаются и опасная зона их выброса резко сокращается.
^ Магнитные дутье
Электрическая дуга является своеобразным проводником с током, который может взаимодействовать с магнитным полем. Сила взаимодействия между током дуги и магнитным полем перемещает ее, т.е. создается так называемое «магнитное дутье».

Магнитное поле создается специальной катушкой, включенной последовательно или параллельно коммутируемой цепи, могут быть использованы и постоянные магниты.

Внутри электромагнитной катушки размещение ферромагнитный сердечник.

При протекания тока по катушке создается магнитное поле, направленное на передвижение электрической дуги в дугогасительную камеру с узкой щелью.

Сила, действующая на единицу длины дуги, P = IB, где B   индукция магнитного поля катушки в месте расположения дуги. Можно считать, что B = I и, следовательно, P = kI2. Это сила перемещает электрическую дугу сначала в воздухе, а потом в узкой щели и расходуется на преодоление аэродинамического сопротивления воздуха и силы трения дуги о стенки узкой щели дугогасительной камеры.

При параллельном включении катушка индукции не зависит от тока в дуге и сила пропорциональна этому току

P = B I I.



Из рисунка видно, что сила действующая на дугу при последовательной катушке пропорционально квадрату тока (кривая ^ 1). При параллельном ее включении (кривая 2).

При эти силы равны.

В кривой имеется две характерные области. В первой (^ I) время расчет с увеличением величины тока, во второй (II) – спадает.

В первой области сила P мала и гашение дуги происходит за счет ее удлинения расходящимся подвижным контактом. Чем больше ток, тем больше требуется длина дуги для ее гашения, и тем больше время гашения.

Во второй области, как только контакты разомкнутся с помощью ЭДУ дуги заводится в камеру и быстро гаснет. Наибольшая длительность горения дуги имеет место при I = 5А.

Из рисунка видно, что при малых токах сила, действующая на дугу при последовательной катушке меньше, чем при параллельной (кривая 3). Поэтому длительность горения дуги при последовательной катушке больше, чем при параллельной (кривая 4). За счет увеличения м.д.с. катушки максимум кривой 4 может быть снижен.

Вывод: последовательное магнитное дутье следует применять для гашения дуги с большими токами.
^ Преимущество ДУ с последовательной катушкой
- Хорошо работает в области больших токов (более 100 А). Обеспечивает малый износ контактов. Сдвигает дугу с рабочих поверхностей контактов.

- При изменении направления тока дуга меняет знак и магнитное поле. Сила, действующая на дугу не меняет своего направления при изменении направления тока дуги.

Система может работать как при постоянном, так и при переменном токе.

- Падение напряжения на катушке составляет доли вольта. Катушка выполнена проводом большого сечения.

- Высокая надежность при гашении номинальных и больших токов.

- Наиболее распространенный вариант построения ДУ.

Недостаток: большая затрата меди на катушку; нагрев контактов за счет тепла в дугогасительной катушке.

ДУ с параллельной катушкой имеет следующие недостатки:

- направление ЭДУ, действующего на электрическую дугу зависит от полярности тока. При изменении направления тока меняется направление движения дуги и ДУ становится неработоспособным.

- при к.з. снижается напряжение на источнике, питающем катушку. В результате гашение дуги идет неэффективно.

^ Такие ДУ применяются только при отключении небольших постоянных токов (5-10 А) и не применяются на переменном токе.

При использовании постоянных магнитов отсутствуют затраты на создание магнитного поля, резко сокращается расход меди, отсутствует подогрев контактов от катушки.

По сравнению с ДУ с параллельной катушкой ДУ с постоянными магнитами обладает высокой надежностью и может использоваться при любых значениях постоянного тока. За счет конструктивных мер можно сделать ДУ с постоянными магнитами работоспособным при любом направлении тока. Характеристики ДУ с постоянными магнитами аналогичных характеристикам ДУ с параллельной катушкой.
^ Дугогасительные решетки
Здесь используются околоэлектродные падения напряжения Uэ (в электрических аппаратах постоянного тока) и околокатодная электрическая прочность (в электрических аппаратах переменного тока).

После расхождения контактов, возникающая дуга под воздействием магнитного поля, движется вверх на ферромагнитной пластины и разбивается на ряд коротких дуг. На каждой пластине образуется анод и катод.

Падение напряжения на каждой паре пластин составляет 20-25 В. ^ При большом количестве пластин удается поднять статическую ВАХ электрической дуги и обеспечить условия гашения дуги постоянного тока.

Для того, чтобы дуга не образовала жидких мостиков между пластинами расстояние берется не менее 2 мм.

Недостаток дугогасительных решеток – явление прогорания пластин в ПКР при токе более 600 А. Для уменьшения коррозии пластины покрывают медью или цинком. Таким образом, гашение дуги постоянного тока достигается за счет большого падения напряжения на дуге, вследствие суммирования катодных и анодных напряжений каждого дугового промежутка при гашении дуги.

Процесс гашения дуги в дугогасительных решетках при переменном токе имеет свои особенности.

После расхождения контактов дуги за счет электромагнитных сил затягивается в решетку и делится также на ряд коротких дуг.

В результате ток проходит через нуль раньше своего естественного нуля. При этом облегчаются условия процесса восстановления напряжения. Уменьшается sinк цепи, длительность горения дуги. После прохождения тока через нуль около каждого катода восстанавливается электрическая прочность, достигая 300 В при малых токах и 70 В – при больших токах.

Благодаря высокой восстанавливающейся прочности число пластин при гашении переменного тока в 7-8 раз меньше, чем при гашении дуги постоянного тока.

Несмотря на быстрое гашение дуги, при частых коммутациях номинального тока пластины нагреваются до очень высокой температуры. В связи с этим число включений и отключений в час у контакторов с дугогасительными решетками не превышает 600. При больших частотах коммутации приходится использовать электромагнитное дутье и керамическую камеру.

В высокочастотных аппаратах (5-10 кГц) в ферромагнитных пластинах наводятся вихревые токи, которые не втягивают, а отталкивают дугу от решетки. Такая же сила возникает и при использовании латунных пластин, хотя они обладают более высокой восстанавливающей прочностью, и нашли применение в высокочастотных аппаратах.

Следует иметь в виду, что применение электромагнитного дутья и керамической камеры на повышенных частотах малоэффективно – дуга горит многие сотни полупериодов.

Применение деионизационных решеток полезно только при частоте f  2 кГц.

При больших частотах (до 10 кГц) применяют двух контактную систему (система главных и дугогасительных контактов). При этом гашение дуги осуществляется дугогасительным контактом, который шунтирует главный контакт, в узкой щели при частотах до 10 кГц.

^ Гашение дуги высоким давлением
С ростом давления возрастает плотность газа, увеличивается теплопроводность и отвод тепла от дуги. На этом принципе основано гашение дуги в предохранителях низкого напряжения. При этом давление во внутреннем герметизированном объеме зависит от отключаемого тока и индуктивности коммутируемой цепи.

.

При перегорании плавной вставки дуга загорается и выделяет энергию, которая расходуется на повышение давления.

В ряде аппаратов (предохранители, пакетные выключатели) стенки дугогасительных камер выполняются из газогенерирующего материала – фибры. Благодаря высокой температуры дуги такие стенки выделяют газ и давление в объеме поднимается до 10-15 мПа за доли полупериода. Из-за резкого подъема напряжения на дуге ток обрывается до своего естественного нуля, не достигнув максимального значения. В таких аппаратах проявляется эффект токоограничения (кроме фибры применяют органическое стекло, винипласт).

В высоковольтных электрических аппаратах используется воздействие на дугу потока сжатого воздуха или других газов. Омывая дугу с большой скоростью он охлаждает ее и при прохождении тока через нуль обеспечивается деионизация дугового столба.

Воздух при высоком давлении обладает также высокой электрической прочностью, что создает высокую скорость нарастания электрической прочности промежутка. Давление в воздушных выключателях 1-4 мПа. При этом возможно поперечное и продольное дутье. Наиболее распространено продольное дутье (вдоль оси дуги). В этом случае уменьшается отключаемый ток с ростом скорости восстановление напряжения.

Одним из способов дальнейшего увеличения номинальное напряжение и допустимых токов к.з. является применение новых дугогасящих газов – элегаза (электротехнический газ). Его электрическая прочность в 2,5 раза выше, чем у воздуха и при давлении 0,2 мПа близка к электрической прочности трансформаторного масла. Его дугогасящая способность в 5 раз выше, чем у воздуха. Элегаз является инертным газом, не вступающим в реакцию с кислородом и водородом, слабо разлагается дугой.

Основной его недостаток – высокая температура сжижения. Это заставляет при высоком давлении прибегать к подогреву газа. Воздушные дугогасительные устройства вытесняются элегазовыми.
^ Гашение в трансформаторном масле
Под действием энергии дуги происходит взрывоподобное разложение трансформаторного масла на водород и газы в виде паров масла. Водород обладает исключительно высокой теплопроводностью и является одним из лучших дугогасящих средств. Температура газа достигает 2000-30000К. За сотые доли секунды давления поднимается до 2-4 мПа. При этом происходит эффективное охлаждение дуги потоками газа, вытекающими из камеры со скоростью звука.

Поскольку давление и эффективность гашения дуги зависят от ее энергии, то чем больше отключаемый ток, тем быстрее происходит гашение. При малых токах из-за недостатка энергии дуги процесс гашения затягивается.

В выключателях на 220-500 кВ приходится включать большое число дугогасительных камер последовательно, так как каждая камера работает при напряжении не более 100 кВ.
^ Гашение дуги в вакуумной среде
В таких ДУ контакты расходятся в среде с давлением 10-4 Па, при котором плотность воздуха мала.

При размыкании контактов контактное нажатие непрерывно уменьшается, а переходное сопротивление растет.

Благодаря диффузии частиц, высокая электрическая прочность вакуума и скорость ее восстановления обеспечивает гашение дуги при первом прохождении тока через нуль.

Созданы ДУ до 100 кА при ^ U = 10 кВ на отключаемый ток 40 кА при U = 160 кВ.
Гашение электрической дуги с помощью силовых полупроводниковых приборов
Это бесконтактная коммутация с помощью тиристоров и симисторов. В высоковольтных аппаратах тиристоры включаются последовательно, так как Uн тиристора не превышает 3-5 кВ.






Рис. Дуговой разряд между контактами аппарата

Рис. Вольт-амперная характеристика электрической дуги постоянного тока








Рис. Вольт-ампер-ная характеристика электрической дуги переменного тока

Рис. Диаграмма изменения тока и напря-жения дуги во времени при переменном токе

Рис. Схематическое устройство дугогаситель-ной системы с роговыми разрядниками








Рис. Принцип дейст-вия электромагнитного дугогасительного устройства

Рис. Гашение дуги при помощи поперечного воздушного дутья

Рис. Гашение дуги в предохранителях высокого напряжения





Рис. Гашение дуги в масле

Рис. Гашение дуги при помощи продольного воздушного дутья





Рис. Принцип действия устройства с деионным гашением дуги

Рис. Схема дугогасительного устройства при помощи магнитного дутья и деионной решетки




^ Дугогасящая среда

Свойства к дугогашению

Воздух

1

Азот

1

Кислород

1,8

Углекислый газ

2,6

Водяной пар

3,8

Водород

7,5



Скачать файл (6353.6 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации