Условия гашения дуги постоянного тока. Аналитическая и графическая формы записи условия. Способы выполнения условия

Условие гашения дуги на контактах ЭА при отключении R-L цепи (см.3.3)

Условие гашения дуги вытекает из анализа баланса U отключаемой цепи

U_C=iR+U_Д+ Ldi/dt.

Нужно выполнить di/dt<0 или Ldi/dt<0, но оно Ldi/dt=(U_C-iR)- U_Д<0

Нужно чтобы U_Д> U_C- iR – условие гашения дуги постоянного тока.

Дуга погаснет, если U_C станет недостаточным чтобы поддержать дугу с данным напряжением.

Для окончательного гашения дуги необходимо, чтобы данное неравенство выполнялось во всем диапазоне токов I_K= U_C/R (момент размыкания контактов) до 0.

Графически это условие изображается превышением ВАХ дуги (кривая 2) над зависимостью U_C- iR=ƒ(I) (линия 1). Эта линия называется линией нагрузки. Крутизна этой линии определяется значением сопротивления нагрузочного резистора R.

Построение л.н. ведется по двум точкам:

1) х.х.(контакты разомкнуты) I=0, U_C- iR= U_C.

2) к.з. (замкнуты) при этом I= U_C/R, U_C- iR=0

При взаимном расположении ВАХ и л.н. представленной на рис.3.3 процесс гашения дойдет лишь до точки 1, которая является точкой устойчивого горения дуги.

Для окончательного гашения дуги необходимо превышение ВАХ дуги над л.н. на всём диапазоне тока. ВАХ касающаяся л.н. называется критической и длина дуги крит. ВАХ назыв. критической, т.о. для надёжного гашения дуги пост тока необходимо, чтобы ВАХ дуги при max растворе контактов лежала выше критической.

Расчет времени горения дуги на контактах ком. аппарата

при отключении цепи.

Определяется из соотн-я для превышения ВАХ дуги над ЛН (рис 3.3):

ΔU_д = -Ldi/dt, t_д= . Для случая, если ΔU_д=const (ВАХ // ЛН):

.

Хар-ка разбивается на участки и:

1) Для ↓t_д и ↓σ_из необходимо ↑ Δu_дi.

2) В нормально сконструированном ДУ

Способы уменьшения времени горения дуги на контактах ЭА, Дугогасительные устройства:

Принципы дугогашения вытекают из условий гашения дуги пост. и ~ тока:

; .

Механическое растяжения дуги. На этом принципе работает рубильник. Однако напряжённость Е_СТ в неподвижной открытой дуге всего 1…2 В/мм Þ при отключении: при А и U=220 В: l_ст.кр=25 см – критическая длина дуги.

при А и U=220 В: l_ст.кр=2 м – это неприемлемо.

В чистом виде этот принцип используется только в маломощных ЭА.

Увеличение напряжённости Е_ст столба дуги. Несколько способов:

а) перемещение дуги в холодном воздухе.

Q_ст¯Þ ОТИ¯ и деионизация­ ÞR_ст.д. ­ – U_ст.д­Þ Е_ст.д­.

Для перемещения дуги используется электродинамич. дутьё: послед-но с контактами вкл. катушку: при sinα=1

Недостаток: зависимость от тока отключаемой цепи.

б) Стеснение дуги стенками узкой щели. Щель образуется стенками дугогасит. камеры (асбоцемент или жаропрочная керамика). При ширине щели < Æ столба дуги растёт теплоотдача. Для перемещения дуги в щель использ-ся магнитное дутьё.

в) Гашение дуги в газе повышенного давления

Р­®ОТИ¯, деионизация­®n_э¯–R_ст­–U_ст­–Е_ст­.

Кроме того с ростом давления растёт теплопроводностьÞтеплоотдачаÞQ­–Е_ст­

, где к=0,5…1.

Этот способ повышения Е_ст прим-ся в предохранителях и др. КЭА с герметизированной дугогасит. камерой.

Энергия, выделяемая в дуге повышает давление внутри камеры. Часто герметичные ДК выполняются из газогенерирующего материала (оргстекло, вулканизирующая фибра и т.д.). Под действием высокой температуры такой мат-л способен выделить 1000-2000 см³ газа из 1 грамма.

Использование приэлектродного падения напряжения.

.

В коротких дугах (хар-но для НН) в основном напр-е падает на приэлектродных областях. Увеличивают кол-во приэл. областей путём разделения дуги пластинами-электродами. Для реализации этой идеи ставят решётку из медных пластин, в к-ую дуга загоняется магн. дутьём. Также делают стальную решётку, в к-ую дуга загоняется из-за взаимодействия тока дуги с пластинами решётки. Кол-во пластин опр-ся из условия гашения дуги: , .

Для надёжного гашения дуги требуется не менее 10 пластин.

Эфф-ть гашения дуги с помощью решётки в ЭА ~ тока в 7…8 раз>, чем на пост. токе.

Недостатки ДР: снижение эфф-ти дугогашения при частой ком-ции цепи вследствие нагрева пластин эл. дугой. Решетка м. отказать. ДР прим-ся в КА, работающих с частотой 600 и менее включений в час. При больших – ставят камеру с узкой щелью. Рассмотренные принципы дугогашения хар-ны для ЭА НН. ЭА ВН хар-ся существенно большим отключаемым током при сущ-но большем напр-ии. Погасить такую дугу чрезвычайно сложно. Все ЭА ВН – это аппараты перем. тока.

Принципы гашения дуги ВН.

1. Гашение дуги в минеральном масле. При ­ температуре масло разлагаетсяÞ газовый пузырь: Н₂ 70-80%, пары масла. Причём водородная область непосредственно контактирует с дугой. При этом:

а) масло разлагается с большой скор-тьюÞрезко растёт давление до 5…8 МПа

б) Дуга горит в Н₂, коэф-т диффузии к-го α_д=10000Þбыстрая диффузия заряженных частиц.

в) взрывообразное разложение масла создаёт газовое дутьё.

Два типа масляных выключателей:

* Баковые. Большой объём масла выполняет роль не только дугогасит. среды, но и изоляции токоведущего контура от бака.

* Маломасляные. Изоляция твёрдая. Недостатки: низкая надёжность по сравнению с баковыми и низкая отключающая способность.

Обдув дуги газом высокого давления. Движение газа в ДУ носит турбулентный хар-р. При этом из зоны дуги интенсивно удаляются заряж. частицы. Т.о. ­Р, ­теплоотдача, вынос частиц обеспечивают­U_ВП и ­ .

Гашение дуги в вакууме. Вакуум хар-ся:

­эл. прочностью. При Р=10^-4 Па эл.пр. достигает 100 кВ/мм.

­­ скоростью нарастания U_ВП. Спустя 10 мс после 0 тока U_ВП достигает значения, соответствующему холодному вакууму. Это объясняется ­ скоростью диффузии.

U_ВП=f(t) межконт. пром-ка в вакууме идёт на неск-ко порядков выше, чем в др. средах.

Всё это позволяет в вакуумных ДК гасить дугу в первый 0 тока, иметь малый раствор контактов и небольшое контактное усилие (т.к. нет окисления).

Основные преимущества вакуумных ДК:

1) простота обслуж-я.

2) Высокое быстродействие из-за малого зазора

3) Высокая износостойкость

4) пожаро- и взрывобезопасность

5) малые габариты и масса

6) малая мощность управления.

Недостаток: сложность герметизации и высокая стоимость.

Гашение дуги в газе с сильно выраженными электроотрицательными свойствами. Молекулы такого газа способны захватить свободные электроны, превращаясь в тяжёлые отрицат. ионы SF₆.

Основные свойства SF₆: электроотрицательные свойства, высокая удельная теплоёмкость(в 4 раза>, чем у воздуха), высокая эл. прочность, высокая инертность.