Характеристики дуги

U_пр >> U_заж > U_{горения}

Дуга – разогретая плазма.

Nⁿ = 10⁸ 10¹² 1/см³ – концентрация плазмы (не высоко ионизированная плазма – смесь заряженных и нейтральных частиц), ионизация чисто термическая – столкновение частиц, никакого ускорения нет.

E_д = U_д/l_д , В/см – средний градиент напряжения в канале дуги.

Ударная ионизация происходит вблизи катода.

ΔК, Δа – приэлектродные пространства. Началом разряда может быть ударная ионизация. Ударная ионизация может быть только у катода, в стволе дуги – только термическая.

Лекция 3 Вопросы отключения цепей переменного тока. Характеристики электрической дуги.

В конце процесса выключения соревнуются 2 процесса: восстановление электрической прочности промежутка U_пр(t) и восстановление напряжения на контактах U_В(t). (Ток переходит через ноль, напряжение растет U_В(t)).

ХарактеристикуU_пр(t) можно менять от U_2пр(t) до U_1пр(t), применяя различные.

Основные способы гашения дуги в выключателях более 1кВт (длинная дуга).

Понятие длинной и короткой дуги.

Воспользуемся рисунком распределения напряженности на дуге.

U_э = U_к+U_а  приэлектродное падение напряжения

U_д  напряжение в столбе (канале) дуги.

Если U_cт = E_ст*l_ст  E_ст*l_Д  U_э, то дуга длинная и способы ее гашения основаны на воздействии на канал дуги (>1кВ).

Если U_cт<U_э, то дуга короткая, для гашения дуги используются процессы у электродов (главным образом) (<1кВ).

Применение дугогасительных решеток (деионизационных решеток)

U_э = 25В на постоянном напряжении

n_{ПЛАСТИН} = Uист/25 - 1

 U_э=250В на переменном напряжении

n_{ПЛАСТИН} = 2Uист/250 – 1 U_{СЕТИ MAX}=2U_ИСТ

Постоянное напряжение отключать сложнее, чем переменное, т.к. переменный ток переходит через ноль.

Здесь используется свойство, что у короткой дуги U_э=const и не зависит от тока.

F_э1=i₁B₂l, [H]

B₂=H₂

H₂=i₂/(2a)

=_r_o

_o=410^-6 Гн/м

Под действием электромагнитной силы дуга вытягивается со скоростьюV_л. Начальный изгиб дуги может иметь место при нагреве дуги. Для воздуха при нормальном и повышенном давлении пробивное напряжение U_пр(t) в зависимости от времени можно описать следующей функциональной зависимостью, справедливой только правой ветви кривой Пашена.

При атмосферном давлении сначала пробивается маленький промежуток, а при разряжении – сначала большой, а потом маленький.

В глубоком вакууме имеет место зависимость:

T₀ – температура на поверхности канала дуги при переходе тока через ноль (6000К)

Р – давление газа

l – расстояние между контактами (l мм)

– скорость движения газа

r – радиус канала дуги

t – текущая координата по времени.

Что надо сделать чтобы U_пр:

• разводить контакты (l_мк)

• увеличивать давление (Р) – установка ДГК

• уменьшить температуру (Т)

• увеличивать скорость ()

• уменьшать радиус канала дуги (r)

• не вошло разделение на последовательные промежутки

• турбулентное движение газа (при Р)

• обдувание определенным потоком.

Основные способы гашения дуги в выключателях свыше 1кВ:

• газовоздушное холодное дутье вдоль , лучше поперек

• гашение дуги в масле (образование масляного пузыря)

• многократный разрыв в контактах полюсов (уменьшение энергии на один промежуток и скорости нарастания ПВН)

• гашение дуги в газах в/д

• применение высокопрочных газов SF₆ – элегаз

• применение глубокого вакуума, как высокопрочного промежутка (10^-410^-5 Па)

Сравнение прочностей разных сред

l_мк = 1cм

Среда	Uпр, кВ
Воздух	30
SF6	80
Масло трансформаторное	170
Глубокий вакуум (10^-410^-6 Па)	280 (30 кВ/мм)

Вакуумный выключатель

1– электроды (ǿ1020 см)

2 - подвижный контакт

3 - подвижный контакт

4 – главные экраны

5 – стеклокерамическая оболочка (изолятор)

6 – торцы (сталь)

Вакуумный выключатель срезает токи, поэтому перегружает источник

Здесь надо зажечь дугу. Это делают так, чтобы первоначальная дуга на микронеровности прижималась к электроду. Материал контактов должен быть мягким, чтобы происходила эррозия (поставка паров металла от контакта в промежуток).

Способы гашения дуги в выключателях до 1кВ

• вытягивание дуги, чтобы E_дl_д > U_ист (тогда происходит самопогашение дуги)

• деление длинной дуги на ряд коротких металлических пластинок

• гашение дуги в плоских щелях (в плоских щелях возрастает сопротивление дуги)

• применение ЭМП для перемещения дуги (для ее охлаждения).

ЛЕКЦИЯ 4

Выбор выключателей

Понятие о нормировании, о коммутационной способности выключателей.

Выбор разъединителей.

Речь идет о выборе аппаратов до 1 кВ.

	Аппараты		Расчетные величины
1	UНОМ, кВ (UРАБ.НАИБОЛЬШЕЕ)		UСЕТИ.НОМ, кВ
2	IНОМ, А KпIНОМ	 	IНОРМАЛЬНОЕ. РАСЧ. A IПРОДОЛЖИТЕЛЬНОЕ РАСЧ.= IРАБ.НАИБОЛЬШЕЕ = = IУ ТЯЖЕЛЕННЫЙ РЕЖИМ
Kп – допустимый коэффициент перегрузки
3	IВКЛЮЧЕНИЯ НОМ iВКЛЮЧ.НОМ	 	Iп0

Т_а = L_э/r_э

Т_а - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ

i_КЗ = i_п + i_а

i_а - апериодическая составляющая тока КЗ

i_п - периодическая составляющая тока КЗ

L_э - эквивалентная индуктивность сети

R_э - эквивалентное активное сопротивление сети

K_уд = (12)

F_ЭМ  i₁  i₂

Наибольшая сила будет в средней фазе

i¹,i²,i³ – 3 вида КЗ

(3) – вид КЗ, когда накоротко замкнуты все три фазы.

Максимум силы связан с максимумом тока.

Проверка на контактную надежность при включении проводится на импульсное амплитудное значение и действующее значение тока.

i_п(t) - реально затухает, но мы рассматриваем незатухающую составляющую.

4

IОТКЛЮЧЕНИЯ НОМ., кА

 

IП iп

Iп0 - начальное значение периодической составляющей тока КЗ.

i_П - значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени .

Расчетное время расхождения контактов:  = 0,01+t_{СВ.ОТКЛ}, с

t_{СВ.ОТКЛ} - собственное время отключения выключателя

t_В.ОТКЛ - полное время отключения

t_В.ОТКЛ = t_{СВ.ОТКЛ} + t_Д

t_Д - время горения дуги 0,020,03 сек

t_{СВ.ОТКЛ} – время от момента подачи импульса на отключение выключателя к моменту расхождения дугогасительных контактов.

_{НОРМИРОВАННОЕ} – нормированная асимметрия тока КЗ.

_НОРМ = i_A.НОРМ/(2I_{ОТКЛ.НОМ})100%

5

IПРЕДЕЛЬНЫЙ СКВОЗНОЙ^ДИНАМИЧ.НОМ iПР.СКВ^ДИНАМИЧ.НОМ

 

IП0 iУДАРНЫЙ

Если i_а,ном < i_о. или _НОРМ =0 , то завод-изготовитель разрешает делать проверку по следующему условию, т.е. проверять по полному току:

Сквозной ток идет через выключатель, когда на соседнем элементе КЗ.

6

I^2ТЕРМИЧtТЕРМИЧ



интеграл Джоуля

t_ОТКЛ = t_РЗ + t_В,ОТКЛ

t_ОТКЛ - время существования КЗ

t_РЗ - установка релейной защиты

t_В,ОТКЛ - полное время отключения.

Если t_ОТКЛ < t_ТЕРМИЧ, то проверка проводится по условию: I²_ТЕРМИЧt_ТЕРМИЧ 

I_ТЕРМИЧ- нормативный ток термической стойкости

t_ТЕРМИЧ - прельно-допустимое воздействие I_ТЕРМИЧ

Если t_ОТКЛ  t_ТЕРМИЧ ,то проверка проводится по условию: I²_ТЕРМИЧt_ТЕРМИЧ 

7

В,НОРМ



В,РАСЧ

[вКт/мкс]

Для простейших оценок_В,РАСЧ можно оценить расчетным способом

n-число оставшихся подключенных линий

Если _В,РАСЧ0,4 кВ/мкс, то выключатель подходит, т.к. в РФ все выключатели имеют_В,НОРМ> 0,4 кВ/мкс (проверка по электрической прочности промежутка)

Рассмотрим действие электромагнитных сил между двумя бесконечно тонкими проводниками:

F_Э1 = i₁  [B_2,l₁]  sin(B₂,l₂)

sin(B₂,l₂) = 1

F_Э1 = i₁  B₂  l₁

B₂ =M_rM₀H=M_rM₀i₂/(2a)

M_r = 1 для воздуха

M₀ = 4  10^-7 Гн/м

Если l_Д  E_Д / U_Д > U сети, то дуга гаснет