Деление длинной дуги на ряд коротких дуг.

Н апряжение на дуге складывается из катодного U _к, анодного U _а падений напряжений и напряжения ствола дуги U _сд:

U _д = U _к + U _а + U _сд = U _э + U _сд.

Если длинную дугу, возникшую при размыкании контактов, затянуть в дугогасительную решетку из металлических пластин, то она разделится на N коротких. Каждая короткая дуга будет иметь свое катодное и анодное падения напряжений U _э. Дуга гаснет, если:

U < n * U _э,

где U - напряжение сети; U _э - сумма катодного и анодного падений напряжения (20-25 В в дуге постоянного тока).

Дугу переменного тока также можно разделить на N коротких дуг. В момент прохождения тока через нуль околокатодное пространство мгновенно приобретает электрическую прочность 150-250 В. Дуга гаснет, если U < (150–250)* n.

3. Гашение дуги в узких щелях. Если дуга горит в узкой щели, образованной дугостойким материалом, то благодаря соприкосновению с холодными поверхностями происходит интенсивное охлаждение и диф­фузия заряженных частиц в окружающую среду. Это приводит к быстрой деионизации и гашению дуги.

4. Движение дуги в магнитном поле ( магнитное дутьё ). Электрическая дуга мо­жет рассматриваться как проводник с током. Если дуга находится в маг­нитном поле, то на нее действует сила, определяемая по правилу левой ру­ки. Если создать магнитное поле, направленное перпендикулярно оси дуги, то она получит поступательное движение и будет затянута внутрь щели дугогасительной камеры.

В радиальном магнитном поле дуга получит вращательное движение. Магнитное поле может быть создано постоянными магнита­ми, специальными катушками или самим контуром токоведущих частей

Быстрое вращение и перемещение дуги способствует ее охлаждению и деионизации.

Рис. 4 Способы гашения дуги: а – деление длинной дуги на короткие; б – затягивание дуги в узкую щель дугогасительной камеры; в – вращение дуги в магнитном поле; г – гашение дуги в масле: 1 – неподвижный контакт; 2 – ствол дуги; 3 – водородная оболочка; 4 – зона газа; 5 – зона паров масла; 6 – подвижный контакт

4. Основные способы гашения дуги в аппаратах выше 1 кВ.

В коммутационных аппаратах свыше 1 кВ дополнительно применяются способы гашения дуги:

1. Гашение дуги в масле.

В масляных выключателях контакты размыкаются в масле, однако вследствие высокой температуры дуги масло разлагается и дуговой разряд происходит в газовой среде. (рис. 5, г). Вокруг дуги образуется газовый пузырь, состоящий в основном из водорода (70-80 %); быстрое разложение масла приводит к повышению давления в пузыре, что способствует ее лучшему охлаждению и деионизации. Водород обладает высокими дугогасящими свойствами. Соприкасаясь непосредственно со стволом дуги, он способствует ее деионизации. Внутри газового пузыря происходит непрерывное движение газа и паров масла. Один грамм масла дает приблизительно 1500 см³ газа, приведенного к комнатной температуре и атмосферному давлению.

Гашение дуги в масляных выклю­чателях происходит наиболее эффективно при применении дугогасительных камер, которые ограничивают зону дуги, спо­собствуют повышению давления в этой зоне и образованию газового дутья сквозь дуговой столб.

2. Газовоздушноедутье.

Рис. 5. Газовоздушное дутьё

Охлаждение дуги улучшается, если создать направленное движение газов - дутье. Дутье вдоль или поперек дуги способствует проникновению газовых частиц в ее ствол, интенсивной диффузии и охлаждению дуги. Газ создается при разложении масла дугой (масляные выключатели) или твердых газогенерирующих материалов (автогазовое дутье). Более эффективно дутье холодным неионизированным воздухом, поступающим из специальных баллонов со сжатым воздухом (воздушные выключатели).

3. Многократный разрыв цепи тока.

В выключателях высокого напряжения применяют многократный разрыв дуги в каждой фазе. Такие выключатели имеют несколько гасительных устройств, рассчитанных на часть номинального напряжения. Число разрывов на фазу зависит от типа выключателя и его напряжения. В выключателях 500-750 кВ может быть 12 разрывов и более. Чтобы облегчить гашение дуги, восстанавливающееся напряжение должно равномерно распределяться между разрывами.

При отключении однофазного КЗ восстанавливающееся напряжение распределится между разрывами следующим образом:

U 1/ U 2 = (C 1+ C 2)/ C 1

где U ₁, U ₂ - напряжения, приложенные к первому и второму разрывам; С ₁ – емкость между контактами этих разрывов; C ₂ – емкость контактной системы относительно земли.

Рис. 6. Распределение напряжения по разрывам выключателя (2 разрыва на фазу): а – распределение напряжения по разрывам масляного выключателя; б – емкостные делители напряжения; в – активные делители напряжения.

Так как С ₂ значительно больше C ₁, то напряжение U ₁ > U ₂. Для выравнивания напряжения параллельно главным контактам выключателя (ГК) включают емкости или активные сопротивления. Их значения подбирают так, чтобы напряжение на разрывах распределялось равномерно. В выключателях с шунтирующими сопротивлениями после гашения дуги между ГК сопровождающий ток, ограниченный по значению сопротивлениями, разрывается вспомогательными контактами (ВК).

Шунтирующие сопротивления уменьшают скорость нарастания восстанавливающегося напряжения, что облегчает гашение дуги.

4. Гашение дуги в вакууме.

Высокоразреженный газ (10^-6-10^-8 Н/см ²) обладает электрической прочностью, в десятки раз большей, чем газ при атмосферном давлении. Если контакты размыкаются в вакууме, то сразу же после первого прохождения тока в дуге через нуль прочность промежутка восстанавливается и дуга не загорается вновь.

5. Гашение дуги в газах высокого давления.

Воздух при давлении 2 МПа и более обладает высокой электрической прочностью. Это позволяет создавать достаточно компактные устройства для гашения дуги в атмосфере сжатого воздуха. Еще более эффективно применение высокопрочных газов, например шестифторисгой серы SF ₆ (электрический газ). Это инертный газ, плот­ность которого превышает плотность воздуха в 5 раз. Электрическая проч­ность элегаза в 2—3 раза выше проч­ности воздуха; при давлении 0,2 МПа электрическая прочность элегаза сравни­ма с прочностью масла. В элегазе при атмосферном давлении может быть погашена дуга с током, который в 100 раз превышает ток, отключаемый в воздухе при тех же условиях. Молекулы элегаза улавливают электро­ны дугового столба и образуют отно­сительно неподвижные отрицательные ионы. Потеря электронов делает дугу неустойчивой, и она легко гаснет. В струе элегаза поглощение электронов из дугового столба происходит еще интенсивнее.

В элегазовых выключателях приме­няют автопневматические дугогасительные устройства, в которых газ в про­цессе отключения сжимается поршне­вым устройством и направляется в зо­ну дуги. Элегазовый выключатель представляет собой замкнутую систему без выброса газа наружу. Он применяется в выключателях, отделителях, короткозамыкателях и другой аппаратуре высокого напряжения.

Ход работы

Задание 1. Начертите и объясните вольтамперную характеристику дуги.

Задание 2. Начертите схему классификации способов гашения электрической дуги.

Задание 3. Перечислите виды дугогасительных устройств

Задание 4. Изучите дугогасительное устройство контактора КТ60, начертите его конструкцию и опишите способ гашения дуги в этом коммутационном аппарате

Задание 5. Изучите дугогасительное устройство вакуумного выключателя BB-TEL, начертите его конструкцию и объясните  способ гашения дуги

Контрольные вопросы

1. Дайте определение электрической дуги.

2. Опишите процесс возникновения электрической дуги.

3. Назовите условия, которые надо создать для гашения дуги в цепи постоянного тока.

4. Какие условия требуются для гашения дуги в цепи переменного тока?

5. Какое отключение называется безыскровым разрывом?

6. Как происходит гашение дуги её делением на короткие дуги в аппаратах до 1000В?

7. В чём особенность многократного разрыва цепи тока в высоковольтных аппаратах?

Практическое занятие 4 Изучение устройства и эксплуатации вакуумных выключателей

Цель: Изучить устройство и работу вакуумных выключателей серии ВВ/ТЕL