Содержание

Способы гашения электрической дуги

При разрыве электрической цепи, находящейся под током, между контактами возникает дуговой разряд, представляющий собой поток заряженных частиц – электронов и ионов, перемещающихся с большой скоростью между контактами. Высокая температура дуги (около 10 000° С в стволе дуги и до 2000-3000° С на ее поверхности) может привести к плавлению металлов и разрушению контактов, а ионизация окружающей среды – к пробою и перекрытию изоляции. Поэтому необходимо быстро прервать ток, который после размыкания контактов идет в цепи через электрическую дугу.

В тяговых аппаратах применяют следующие способы гашения дуги: механическое, роговое и электромагнитное.

Механическое гашение электрической дуги осуществляется удлинением ее посредством увеличения расстояния между контактами. Этот способ нашел применение в аппаратах с ручным приводом, например в выключателях управления, контроллерах управления, а также реле и др. Недостатком этого способа является малая скорость гашения дуги, большая длина дуги, повышенное подгорание и оплавление контактов.

Роговое гашение электрической дуги происходит при ее удлинении под действием силы воздушной тяги, появляющейся в результате поднимания нагретого дугой воздуха вверх и электродинамических усилий между элементами дуги и рогами, направленных также снизу вверх. Под действием этих сил электрическая дуга быстро перемещается кверху, увеличиваясь по длине, и разрывается. Роговое гашение электрической дуги используют в роговых разрядниках и в дугогасящих устройствах тяговой электроаппаратуры.

Электромагнитное гашение дуги вызывается взаимодействием магнитного потока, создаваемого специальной дугогасительной катушкой, и тока электрической дуги.

При конструировании дугогасительных устройств обычно одновременно принимают несколько способов гашения дуги. Дугогасительное устройство контактора с электромагнитным (основным) и роговым (вспомогательным) гашением (рис. 32) состоит из катушки 5, камеры 1 с полюсными наконечниками 2 и рогов Зкб. Дугогасительную катушку выполняют из шинной меди, намотанной на ребро, и укрепляют ее на сердечнике 4.

В аппаратах, осуществляющих коммутацию цепей со сравнительно небольшим током, катушку наматывают из изолированного медного провода круглого сечения. Дугогасительную катушку устанавливают непосредственно за верхним дугогасительным рогом и включают последовательно с контактами. Дугогасительную камеру выполняют из асбоцементных листов, пропитанных льняным маслом для улучшения изоляционных свойств, или из специальной дугостойкой керамики. Камеру закрепляют в полюсных наконечниках из листовой стали. Полюсные наконечники, соединяясь с сердечником дугогасительной катушки, образуют магнитопровод, благодаря которому сокращается рассеивание магнитного поля и магнитные потоки сосредоточиваются в дугогасящем пространстве камеры.

В электрической цепи аппарата ток идет в следующем направлении: от провода I, через дугогасительную катушку, неподвижный 7 и подвижный 8 контакты к проводу //. При данном направлении тока в дугогасительной катушке (против часовой стрелки) направление магнитного поля внутри камеры указано стрелкой

(см. рис. 32). Одновременно вокруг дуги образуется магнитное поле, направленное против часовой стрелки. Магнитное поле дуги, взаимодействуя с магнитным полем дугогасительной катушки, создает силу заставляющую дугу перемещаться внутрь камеры. Направление вилы В определяется по правилу левой руки. Дуга, перемещаясь по рогам внутрь дугогасительной камеры, все более удлиняется, охлаждается о стенки камеры, сопротивление ее резко возрастает и дуга гаснет.

Изменение направления тока в электрической цепи приводит к изменению направления линий магнитной индукции вокруг электрической дуги. Одновременно изменяется направление тока в дугогасительной катушке, последовательно соединенной с цепью, а это вызывает изменение направления магнитных линий поля гашения. Таким образом, направление выдувания электрической дуги остается прежним – внутрь камеры.

Сила взаимодействия между магнитным потоком дугогасящего устройства при однородном поле гашения, перпендикулярно направленном к электрической дуге (при а=90°),

^ = ?/
дЛ (12)

где /д – длина дуги, см;

В – магнитная индукция, Тл; 1 – отключаемый ток, А,

В соответствии с законом Ома для магнитной цепи

(13)

если пренебречь магнитным сопротивлением стали и учитывать только расстояние между полюсами, сопротивление

где /да – намагничивающая сила катушки дугогашения, А, создающая магнитный поток Ф в пространстве гашения электрической дуги;

б – расстояние между полюсами магнитной системы, см: а – площадь поперечного сечения поля гашения, см

2; ро=0,4я10-8 – магнитная проницаемость воздуха, Гн/см. Подставляя данные в уравнение (12), получим

Из уравнения (15) следует, что сила, действующая на дугу, пропорциональна квадрату отключаемого тока. Поэтому при последовательном включении дугогасительной катушки с контактами аппарата увеличение тока в электрической цепи повысит эффективность гашения дуги при выключении дуги.

⇐Контактные соединения, контактные материалы | Электрооборудование трамваев и троллейбусов | Расчет обмоток электромагнита⇒

19 Возникновение и гашение электрической дуги

Лекция  19: «Возникновение и гашение электрической дуги».

При разрыве электрической цепи высокого напряжения всегда возникает электрическая дуга, которая представляет из себя мост из ионизированных газов между контактами. Этот мост обладает высокой температурой и высокой проводимостью, приближающейся к проводимости металла. Мост, или как его еще иначе называют, дугоразрядная плазма, состоит из положительных ионов и электронов. При расхождении контактов между ними появляется электрическое поле, напряжённость которого тем больше, чем меньше расстояние между контактами и чем выше напряжение приложенное между контактами. Свободные электроны, всегда имеющиеся в газе, под действием сил электрического поля устремляются к аноду, производя на своём пути ионизацию толчком нейтральных молекул. Из большого количества различных ионизирующих факторов в выключателях действуют следующие:

1)    ионизация ударом или толчком;

2)    автоэлектронная эмиссия;

3)    термическая или тепловая ионизация;

4)    термоэлектронная эмиссия.

1)    Ионизация ударом возникает в начальный момент расхождения контактов, когда при малом расстоянии между ними имеет место большая разность потенциалов. Свободные электроны под действием электрического поля со всё увеличивающейся скоростью начинают перемещаться от катода к аноду, увеличивая при этом занос кинетической энергии, равной

Рекомендуемые файлы

Те электроны, которые имеют достаточный занос кинетической энергии при столкновении с нейтральными молекулами могут выбить из них один или несколько электронов, в результате чего появятся дополнительные электроны и положительные ионы, которые, разгоняясь в электрическом полем, также могут произвести ионизацию ударом.

Наименьшая разность потенциалов, пройдя которую на пути свободного пробега электрон приобретает скорость, достаточную для ионизации ударом, называется потенциалом ионизации, который для различных газов колеблется в пределах от 16¸24В. Для паров металла этот потенциал ионизации равен от 6¸7,5В.

2)    Автоэлектронная эмиссия возникает и существует в начальный момент размыкания контактов. В этот момент напряжённость электрического поля достигает такой величины,  которой достаточно для вырывания электронов с поверхность катодов. Этому процессу способствует также высокая температура в точках контакта на катоде, имеющая место при разрыве больших по величине ионов. Сущность автоэлектронной эмиссии заключается в том, что под действием сильного электрического поля свободные электроны вырываются с поверхности катода и принимают участие в ионизации ударом. В результате ударной ионизации и автоэлектронной эмиссии между контактами зажигается электрическая дуга, вследствие чего появляются другие, более эффективные ионизирующие факторы, зависящие от высокой температуры дуги.

3)             Термическая или тепловая ионизация возникает под действием высоких температур в стволе дуги. При нагреве увеличивается скорость теплового движения молекул, при этом кинетическая энергия молекул достаточна для ионизации их в дуговом промежутке. Сущность термической ионизации заключается в распаде нейтральных молекул на заряженные частицы вследствие теплового движения.

Пары металла начинают ионизироваться при температуре приблизительно равной 4000 °К, тогда как газы начинают ионизироваться при температуре приблизительно равной 9000¸10000 °К. В дуговом промежутке всегда имеются пары металла, так как они появляются при размыкании контактов.

4)    При высоких температурах возникает термоэлектронная эмиссия, которая представляет из себя выброс потока электронов с поверхности катода. Свободные электроны, которые имеются в металлах, не могут покинуть его вследствие наличия потенциального барьера. При высокой температуре нагрева катода некоторые из электронов приобретают скорость, достаточную для его преодоления. Из  всех рассмотренных выше факторов, главную  роль в процессе ионизации играет термическая ионизация.

При горении дуги имеет место не только ионизация газов и появление заряженных частиц, но и обратный процесс – деионизация заряженных частиц. При зажигании дуги преобладает процесс ионизации газов, при устойчивом горении дуги оба процесса уравновешивают друг друга, при гашении дуги преобладает процесс деионизация. Необходимо отметить что процесс ионизации в дуговом промежутке развивается самостоятельно, тогда как интенсивный процесс деионизации требует применения специальных средств: дутьё сжатым воздухом, дутьё газовое, масляное, магнитное. С помощью этих средств температура дуги уменьшается, а так как высокая температура является основным фактором ионизации газа, то отсюда ясно, что будет проходить усиленная деионизация дуги.

Образующиеся в дуге положительные ионы под действием электрического поля перемещаются к катоду и вблизи его на расстоянии 10-4 см концентрация положительных ионов становится наибольшей и образуется положительный объёмный заряд. Он создаёт с катодом электрическое поле большей напряжённости, которой достаточно для вырывания электронов из катода, часть из которых рекомбинируется, а часть увлекается к аноду. Образованные нейтральные молекулы по инерции двигаясь к катоду, бомбардируют его и образуют катодную петлю с температурой 1500°. 

На процесс гашения дуги существенно влияет  свойства той среды, в которой горит дуга: чем больше теплопроводность, электрическая прочность температура термической ионизации теплоёмкость газовой среды,  тем легче погасить дугу. Наилучшим дугогасящими свойствами обладает водород, пары воды, воздух и т.д.


lk– область катодного сияния;

lo – область объёмного положительного заряда;

lст – длина столба дуги;

lа – анодное пространство;

Uд – напряжение на дуге;

Uк – катодное падение напряжения;

Uа – анодное падение напряжения;

Uст – падение напряжения в столбе дуги.

В современных отключающих устройствах для ускорения гашения дуги применяют:

1)    Увеличение скорости расхождения контактов в целях быстрого увеличения дуги.

2)    Воздушное или газовое дутьё, направленное вдоль или поперёк дуги.

 

Поперечное дутьё, приводит к перемещению дуги в сторону дутья и является наиболее эффективным, так как дуга обладает большой длиной и поверхностью, лучшее охлаждение, интенсивнее диффузия. В воздушных выключателях воздух поступает из специального бак со сжатым

воздухом – ресивером. Дутьё возникает при расхождении контактов. В масляных выключателях для дутья используются газы водорода, образующиеся при разложении масла под действием высокой температуры дуги. В таких выключателях создаётся продольно – поперечное дутьё при помощи гасительных камер различных конструкций.

3)    Перемещение дуги  в окружающей её среде даёт тот же эффект, что и поперечное дутьё. Перемещение дуги в среде возможно:

А) Под действием электродинамических сил.

Б) При взаимодействии тока в дуге с какой-либо массой из магнитного материала.

В) При помощи магнитного дутья.

1 – роги выключателя;

2 – катушка магнитного дутья.

Катушку магнитного дутья располагают так, чтобы её магнитный поток был направлен перпендикулярно дуге и создавал усилия, перемещающую дугу вверх.

4)    Приведение дуги в тесное соприкосновение с твёрдым диэлектриком.

В трубчатых предохранителях трубки заполнены кварцевым песком. Тесное соприкосновение дуги с диэлектриком – песком приводит к сильной деионизации дуги вследствие её сильного охлаждения.

Рекомендуем посмотреть лекцию “2 Научная дисциплина муниципального права”.

5)    Расщепление молекул дуг на ряд мелких параллельных дуг. В кварцевых предохранителях, заполненных кварцевым песком, применяют несколько параллельных вставок. Возникает несколько параллельных дуг малого сечения, что ускоряет гашение.

6)   


Разделение длинной дуги на ряд последовательных дуг.

Если приложенное к контактам напряжение окажется меньше суммы катодных и анодных напряжений коротких дуг, то они быстро погаснут.

 

     В этом рисунке для ускорения гашения электрической дуги применяется многократный разрыв цепи тока.

Электрическая дуга в высоковольтных выключателях. Методы гашения электрической дуги



Описание процесса отключения электрической цепи переменного тока при коротком замыкании

При размыкании контактов выключателя ток не прерывается. Согласно закону Ленца в цепи возникает ЭДС ЕL=-Ldi/dt, препятствующая изменению тока. Последний находит для себя путь через газовый промежуток между расходящимися контактами выключателя, который перекрывается электрической дугой.

Чтобы прервать ток, дуга должна быть погашена. В цепях переменного тока благоприятные условия для гашения дуги возникают каждый раз, когда ток приходит к нулю, т.е. 2 раза в течение каждого периода. Диаметр дугового столба, температура и ионизация газа резко уменьшаются. В некоторый момент времени ток приходит к нулю и дуговой разряд прекращается. Однако цепь еще не прервана.

После нуля тока в газовом промежутке, еще в некоторой мере ионизованном, продолжается процесс деионизации, т.е. процесс превращения его из проводника в диэлектрик, а в электрической цепи начинается процесс восстановления напряжения на контактах выключателя от относительно небольшого напряжения на дуге до напряжения сети. Эти процессы взаимосвязаны. Исход взаимодействия дугового промежутка с электрической цепью зависит от соотношения между энергией, подводимой к промежутку, и потерями энергии в нем, зависящими от дугогасительного устройства выключателя.

Если в течение всего переходного процесса потери энергии преобладают, дуга не возникнет вновь и цепь будет прервана. В противном случае дуга возникнет вновь и ток будет проходить еще в течение половины периода, после чего процесс взаимодействия повторится. Функция выключателя заключается не столько в том, чтобы «погасить» дугу, а скорее в том, чтобы исключить возможность ее нового зажигания путем эффективной деионизации промежутка различными искусственными средствами. При этом используется исключительное свойство газа – быстро, в течение нескольких микросекунд, превращаться из проводника в диэлектрик, способный противостоять восстанавливающемуся напряжению сети.

Для понимания устройства и работы выключателей необходимо ознакомиться с физическими процессами в дуговом промежутке в процессе отключения. В этой статье рассмотрены методы гашения дуги в воздушных и масляных выключателях.

Физические процессы в дуговом промежутке выключателя при высоком давлении

Электрической дугой, точнее дуговым разрядом, называют самостоятельный разряд в газе, т.е. разряд, протекающий без внешнего ионизатора, характеризующийся большой плотностью тока и относительно небольшим падением напряжения у катода. Ниже рассмотрена дуга высокого давления, т.е. дуговой разряд при атмосферном и более высоком давлении.

Различают следующие области дугового разряда:

  • область катодного падения напряжения;
  • область у анода;
  • столб дуги.

Область катодного падения напряжения представляет собой тончайший слой газа у поверхности катода. Падение напряжения в этом слое составляет 20-50 В, а напряженность электрического поля достигает 105106 В/см. Энергия, подводимая из сети к этой области, используется на выделение электронов с поверхности катода.

Механизм освобождения электронов может быть двояким:

  • термоэлектронная эмиссия при тугоплавких и огнеупорных электродах (вольфрам, уголь), температура которых может достигнуть 6000 К и выше
  • автоэлектронная эмиссия, т.е. вырывание электронов из катода действием сильного электрического поля при «холодном» катоде.

Плотность тока на катоде достигает 3000-10000 А/см5. Ток сосредоточен на небольшой ярко освещенной площадке, получившей название катодного пятна. Освобождающиеся электроны движутся через дуговой столб к аноду.

У анода положительные ионы приобретают ускорение в направлении к катоду. Электроны уходят в анод и образуют в тонком слое отрицательный заряд. Падение напряжения у анода составляет 10-20 В.

Процессы в дуговом столбе представляют наибольший интерес при изучении выключателей, поскольку для гашения дуги используют различные виды воздействия именно на дуговой столб. Последний представляет собой плазму, т.е. ионизованный газ с очень высокой температурой и одинаковым содержанием электронов и положительных ионов в единице объема.

Высокую температуру в дуговом столбе создают и поддерживают электроны и ионы, участвующие в тепловом хаотическом движении нейтральных молекул и атомов, но имеющие также направленное движение в электрическом поле вдоль оси дуги, определяемое знаком заряда частиц. Этому движению препятствует нейтральный газ. Происходят частые соударения электронов и ионов с нейтральными частицами. Поскольку длина свободного пробега электронов при высоком давлении мала, потеря энергии при упругих столкновениях с молекулами и атомами, приходящаяся на каждое столкновение, мала и недостаточна для ионизации частиц. Однако число столкновений, претерпеваемых электронами, весьма велико. В результате энергия электронов передается нейтральному газу в виде тепла.

Средняя энергия «электронного газа» не может сколько-нибудь заметно превысить среднюю энергию нейтрального газа, поскольку дополнительная энергия, приобретаемая электронами и ионами в своем направленном движении вдоль оси лугового столба, мала по сравнению с тепловой энергией газа. Следовательно, ионы, электроны, а также нейтральные атомы и молекулы находятся в тепловом равновесии. При этом удельная ионизация дугового столба полностью определяется температурой и при изменении одной из этих величин неизбежно изменяется и другая.

Поскольку при высоком давлении газа атомы и молекулы подавляющим образом преобладают над электронами и имеют почти ту же высокую температуру, большая часть возбужденных и ионизованных атомов и молекул получается при соударениях между нейтральными частицами, а не при столкновениях с электронами. Таким образом, электроны ионизуют не непосредственно при соударениях с нейтральными частицами (как это происходит в вакууме), а косвенно, повышая температуру газа в дуговом столбе. Такой механизм ионизации называют термической ионизацией. Источником энергии, необходимой для термической ионизации, является электрическое поле.

В дуговом столбе имеются потери энергии, которые в установившемся состоянии уравновешиваются энергией, получаемой из сети. Основная часть энергии уносится из дугового столба возбужденными и ионизованными атомами и молекулами. Вследствие разности концентраций заряженных частиц в дуговом столбе и окружающем пространстве, а также разности температур ионы диффундируют к поверхности дугового столба, где происходит их нейтрализация. Эти потери должны восполняться образованием новых ионов и электронов, связанным с затратой энергии. В установившемся состоянии градиент напряжения в столбе дуги всегда таков, что имеющая место ионизация компенсирует потери электронов через рекомбинацию. Градиент напряжения зависит от свойств газа, состояния, в котором он находится (спокойное, турбулентное), а также от давления и тока. При повышении давления газа градиент напряжения увеличивается вследствие уменьшения свободного пробега электронов. С увеличением тока градиент напряжения уменьшается, что объясняется увеличением площади сечения и температуры дугового столба. Дуговой столб стремится принять такое сечение, чтобы в рассматриваемых условиях потери энергии были минимальны.

Вольт-амперные характеристики дуги

Зависимость градиента напряжения Е=dU/dl в столбе дуги от тока при очень медленном изменении последнего представляет собой статическую характеристику дуги (рис.1,а), зависящую от давления и свойств газа.

Рис.1. Вольт-амперные характеристики дуги:
а – статическая характеристика;
б – динамические характеристики

В установившемся состоянии каждой точке характеристики соответствуют некоторое сечение и температура дугового столба. При изменении тока дуговой столб должен изменить свое сечение и температуру применительно к новым условиям. Эти процессы требуют времени, и поэтому новое установившееся состояние наступает не сразу, а с некоторым запозданием. Это явление называют гистерезисом.

Допустим, что ток внезапно изменился от значения I1 (точка 1) до значения I2 (точка 2). В первый момент дуга сохранит свои сечения и температуру, а градиент уменьшится (точка 2′). Подводимая мощность будет меньше необходимой для проведения тока I2. Поэтому сечение и температура начнут уменьшаться, а градиент увеличиваться, пока не наступит новое установившееся состояние в точке 2 на статической характеристике. При внезапном увеличении тока от значения I1 до значения I3 градиент напряжения увеличится (точка 3′). Подводимая к дуге мощность будет больше необходимой для проведения тока I3. Поэтому сечение и температура столба начнут увеличиваться, а градиент напряжения уменьшаться, пока не наступит новое установившееся состояние в точке 3 на статической характеристике.

При плавном изменении тока с некоторой скоростью градиент напряжения не успевает следовать за изменением тока в соответствии со статической характеристикой. При увеличении тока градиент напряжения превышает значения, определяемые статической характеристикой, а при уменьшении тока градиент напряжения меньше этих значений. Кривые E=f(I) при изменении тока с некоторой скоростью представляют собой динамические характеристики дуги (сплошные линии на рис.1,б).

Положение этих характеристик по отношению к статической характеристике (см. пунктирную кривую) зависит от скорости изменения тока. Чем медленнее происходит изменение тока, тем ближе расположена динамическая характеристика к статической. В заданных условиях дугового разряда может быть только одна статическая характеристика. Число динамических характеристик не ограничено.

При анализе электрических цепей принято оперировать понятием сопротивления. Поэтому говорят и о сопротивлении дуги, понимая под этим отношение напряжения у электродов к току. Сопротивление дуги непостоянно. Оно зависит от тока и многих других факторов. По мере увеличения тока сопротивление дуги уменьшается.

Рис.2. Напряжение на дуге при переменном токе:
а – напряжение дуги как функция тока;
6 – напряжение дуги как функция времени

Вольт-амперная характеристика дуги переменного тока показана на рис.2,а. В течение четверти периода, когда ток увеличивается, кривая напряжения лежит выше статической характеристики. Следующую четверть периода, когда ток уменьшается, кривая напряжения лежит ниже статической характеристики.

Дуга зажигается в точках 1 и 3 и угасает в точках 2 и 4. На рис.2,б показана характеристика дуги как функции времени. Интервалы 2-3 и 4-1 соответствуют неустойчивому состоянию, при котором происходит интенсивное взаимодействие дуги с постоянными цепи R, L и С. Эти короткие интервалы времени, продолжительность которых составляет несколько микросекунд, используются для интенсивной деионизации промежутка между контактами выключателя, чтобы воспрепятствовать новому зажиганию дуги. В зависимости от условий процесс взаимодействия может закончиться двояко: или дуга погаснет и цепь будет прервана, или дуга возникнет вновь и процесс взаимодействия повторится через половину периода при более благоприятных условиях.

Гашение дуги в воздушных выключателях

В воздушных выключателях дуга гасится в потоке воздуха высокого давления. Гасительное устройство выключателя (рис.3,а) представляет собой камеру, в которой помещены два сопла, служащие одновременно контактами. Выхлопные стороны сопел соединены с областью низкого давления. При разведении контактов вследствие разности давлений возникает поток воздуха, направленный в сопла симметрично в обе стороны.

Рис.3. Дугогасительное устройство воздушного выключателя с двухсторонним дутьем:
а – схема;
б – распределение давления вдоль оси

На рис.3,б показано распределение давления вдоль оси. В середине промежутка между соплами имеется точка торможения потока, давление в которой обозначено через рo.

В обе стороны от этой точки давление уменьшается и достигает в горловинах сопел приблизительно половины рo. За горловинами давление продолжает падать до давления выхлопа.

Процесс гашения дуги протекает следующим образом. Между размыкающимися контактами возникает дуга, которая под действием воздушного потока быстро переносится вдоль оси. При этом опорные пятна дуги перемещаются внутрь сопел по потоку, как показано на рис.3. Дуга в промежутке между соплами имеет цилиндрическую форму.

Рис.4. Распределение температуры в поперечном направлении на участке между соплами:
а – дуга;
в – тепловой пограничный слой

Распределение температуры в поперечном направлении показано на рис.4. В зоне дуги а она составляет приблизительно 20000 К и резко спадает к тепловому пограничному слою в, образующемуся около дуги. Здесь температура изменяется в пределах от 2000 К до температуры холодного воздуха. По мере подхода тока к нулю диаметр цилиндрической части дуги быстро уменьшается. При токе, равном нулю, он меньше 1 мм. Однако температура в этой части дуги еще очень высока (15000 К).

Важнейшим фактором, способствующим гашению дуги, является турбулентность в пограничном слое между дугой и окружающим ее относительно холодным воздухом. Вследствие высокой температуры дуги плотность газа в столбе приблизительно в 20 раз меньше, чем в окружающей среде. Поэтому скорость газа внутри дугового столба значительно выше скорости в соседних слоях (скорость обратно пропорциональна корню квадратному из плотности). Вследствие диффузии частиц из области с большой скоростью в область с малой скоростью и обратно в пограничном слое возникают значительные срезывающие силы, образуются вихри и весь объем приобретает высокую турбулентность. В дуговой столб вносится относительно холодный неионизованный газ, вследствие чего столб теряет свою однородность. Он расщепляется на тысячи тончайших проводящих нитей, непрерывно изменяющих свою форму и положение (рис. 5).

Рис.5. Влияние турбулентности на столб дуги вблизи нуля тока (схема)

Они имеют высокую температуру и высокую удельную ионизацию и окружены холодным слабо ионизованным газом. Известно, что скорость диффузии из цилиндрического объема обратно пропорциональна квадрату диаметра. Чем тоньше ионизованные нити, тем быстрее происходит обмен частиц с окружающей более холодной и менее ионизованной средой. Турбулентность увеличивает диффузию во много раз. Она проявляется особенно резко в горловинах сопел, где скорость плазмы максимальна – 6000 м/с. После нуля тока в течение короткого промежутка времени, исчисляемого микросекундами, происходит распад проводящего канала и дальнейшее уменьшение температуры определяется тепловым пограничным слоем, остывание которого происходит значительно медленнее.

Рис.6. Схема замещения, поясняющая влияние сопротивления дуги и емкости

Рис. 7. Взаимодействие дуги с электрической цепью

Существенное влияние на процесс отключения оказывает сопротивление дуги и емкость, включенная параллельно дуговому промежутку (рис.6). Если пренебречь сопротивлением дуги, ток i0=Imsinɷt подходит к нулю практически линейно (рис.7). Однако сопротивление дуги не равно нулю. Поэтому ток iB в дуговом промежутке выключателя уменьшается:

(1)

где t0 – момент размыкания контактов.

Как видно из рисунка, напряжение на дуге изменяется в соответствии с вольт-амперной характеристикой. Скорость снижения тока существенно уменьшается в течение последних 5…10 мкс до прихода его к нулю. Это время мало, но оно в несколько раз больше постоянной времени дуги и поэтому существенно влияет на состояние дуги при нуле тока (точка 1). Дуга легко угасает. Сопротивление дуги видоизменяет и кривую ПВН. Процесс восстановления напряжения начинается в точке 1; напряжение достигает максимума в точке 2, когда iL=iC=0.

Этап возможного теплового пробоя

Если температура газа в промежутке не снизится до некоторого критического значения, определяемого свойством газа и давлением, промежуток сохранит свою проводимость после нуля тока (точка 1) и под действием ПВН возникнет ток остаточной проводимости (рис.8).

Рис.8. Погасание дуги с задержкой,
вызванной появлением тока остаточной проводимости

При благоприятных условиях он невелик и быстро затухает (точка 2). Однако если процесс охлаждения недостаточно интенсивен, ток остаточной проводимости увеличивается; происходит повторный разогрев плазмы, возобновляется процесс ионизации и дуга возникает вновь. Это явление получило название теплового пробоя, так как электрический пробой невозможен, поскольку промежуток ионизован и не приобрел еще электрической прочности.

Произойдет такой пробой или нет, зависит от исхода двух взаимосвязанных процессов, протекающих в промежутке, из которых один определяется интегралом во времени подводимой мощности (произведения тока и напряжения на промежутке), а второй – интегралом во времени потерь, вызванных теплопроводностью и конвекцией. Это означает, что процесс взаимодействия продолжится до тех пор, пока ток не исчезнет или дуга не возникнет вновь. Явление теплового пробоя характерно для первых 20 мкс после нуля тока в условиях, когда скорость восстанавливающеюся напряжения велика, например при неудаленных КЗ.

Этап возможного электрического пробоя

Если тепловой пробой не произошел, межконтактный промежуток продолжает подвергаться воздействию ПВН. Дуговой канал имеет еще повышенную температуру и пониженную плотность. Спустя несколько сотен микросекунд после нуля тока, когда ПВН достигает максимального значения, наступает этап возможного электрического пробоя. В основе его лежит не баланс энергий, а процесс образования электронов в электрическом поле. Если увеличение концентрации электронов превысит некоторое критическое значение, то произойдет образование искры, которая перейдет в дуговой разряд.

Гашение дуги в масляных выключателях

В масляных выключателях контакты размыкаются в масле, однако вследствие высокой температуры дуги, образующейся между контактами, масло разлагается и дуговой разряд происходит в газовой среде. Приблизительно половину этого газа (по объему) составляют пары масла. Остальная часть состоит из водорода (70%) и углеводородов различного состава. Газы эти горючи, однако в масле горение невозможно из-за отсутствия кислорода. Количество масла, разлагаемого дугой, невелико, но объем образующихся газов велик. 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 гасительных камер, которые ограничивают зону дуги, способствуют повышению давления в этой зоне и образованию газового дутья сквозь дуговой столб. На рис.9 приведена схема простейшей гасительной камеры.

Рис.9. Схема простейшей гасительной камеры масляного выключателя

В процессе отключения контактный стержень 1 перемещается вниз. Между контактами 1 и 2 возникает дуга. Происходит интенсивное газообразование и давление в камере быстро увеличивается. Относительно холодный газ, образующийся на поверхности масла, перемешивается с плазмой дуги. Пограничный слой приходит в турбулентное состояние, способствующее деионизации. Однако дуга не может погаснуть до тех пор, пока расстояние между контактами не достигнет некоторого минимального значения, определяемого восстанавливающимся напряжением. Этот минимальный промежуток образуется, когда подвижный контакт еще находится в камере. Когда стержень покидает пределы камеры, газы с силой выбрасываются наружу. Возникает газовое дутье, направленное по оси, способствующее гашению дуги.

После погасания дуги контактный стержень продолжает свое движение, чтобы обеспечить необходимое изоляционное расстояние в отключенном положении.

Напряжение на дуге масляного выключателя по крайней мере в 3 раза больше, чем у воздушного выключателя. Электрическая прочность промежутка восстанавливается быстрее (со скоростью около 2 кВ/мкс). Поэтому при одинаковом токе КЗ дугогасительное устройство масляного выключателя может быть рассчитано на вдвое большее напряжение и вдвое большее волновое сопротивление, чем устройство воздушного дутья.

Характерные свойства воздушных и масляных выключателей

В воздушных выключателях дутье в дуговом промежутке создается от внешнего источника энергии и не зависит от отключаемого тока. После нуля тока восстанавливающееся напряжение оказывается приложенным к короткому промежутку, заполненному горячим ионизованным газом. Скорость восстановления электрической прочности промежутка определяется охлаждением газа и удалением его из промежутка потоком свежего воздуха. Это требует времени и поэтому процесс восстановления электрической прочности промежутка запаздывает.

Рис.10. Характеристики восстанавливающейся электрической прочности
дугового промежутка воздушного выключателя

На рис.10 приведены типичные кривые восстанавливающейся электрической прочности дугового промежутка воздушного выключателя. Они имеют S-образную форму. При этом основная стадия процесса восстановления электрической прочности промежутка протекает со скоростью, не превышающей 1-2 кВ/мкс, и начинается спустя 10-15 мкс после нулевого значения тока. С увеличением отключаемого тока запаздывание увеличивается, а скорость восстановления электрической прочности уменьшается. Нижняя пунктирная кривая соответствует случаю неудовлетворительной работы выключателя, поскольку процесс восстановления электрической прочности промежутка протекает слишком медленно. Номинальный ток отключения воздушною выключателя ограничен восстанавливающейся электрической прочностью промежутка.

В масляных выключателях для образования газовою дутья используется энергия самой дуги. Давление в гасительной камере и сила дутья в первом приближении пропорциональны отключаемому току. Чем больше последний, тем эффективнее деионизация промежутка и быстрее восстанавливается его электрическая прочность. Однако по мере увеличения тока увеличиваются механические напряжения в частях гасительной камеры. Поэтому номинальный ток отключения ограничен механической прочностью гасительной камеры.

Характерные свойства воздушных и масляных выключателей проявляются при отключении асимметричного тока КЗ. Как известно, быстродействующие выключатели при наличии соответствующей релейной защиты размыкают свои контакты, когда апериодическая составляющая отключаемого тока еще не успевает затухнуть. Следовательно, эти выключатели должны быть способны отключать как симметричный, так и асимметричный ток, т.е. ток, не смещенный или смещенный относительно оси времени в зависимости от условий. Асимметрия тока β (относительное содержание апериодической составляющей в токе КЗ) определяется как отношение апериодической составляющей к амплитуде периодической составляющей тока КЗ к моменту τ размыкания контактов выключателя

(2)

Асимметрия отключаемого тока зависит от постоянной времени цепи Тa=Х/(ɷR), а также от τ – времени размыкания контактов выключателя с учетом времени срабатывания релейной защиты. Чем больше постоянная времени и чем быстрее размыкаются контакты выключателя, тем больше асимметрия отключаемого тока. Наибольшую постоянную времени имеют генераторы, трансформаторы и реакторы. Поэтому наибольшую асимметрию следует ожидать при КЗ вблизи генераторов и сборных шин станций. Расчеты показывают, что асимметрия тока, отключаемого быстродействующими выключателями, установленными в главных РУ мощных станций, может достигнуть 80%. Менее быстродействующие выключатели в этих же условиях могут встретиться с асимметрией порядка 40-50%. Выключатели, установленные в распределительных сетях, встречаются с асимметрией, не превосходящей 20%.

При наличии апериодической составляющей в отключаемом токе:

  • увеличивается действующее значение тока;
  • промежутки времени между моментами, когда ток достигает нуля, становятся неодинаковыми: они попеременно больше или меньше полупериода;
  • уменьшается скорость изменения тока di/dt при подходе его к нулевому значению;
  • уменьшается возвращающееся напряжение на полюсе выключателя.

Увеличение действующего значения тока и изменение промежутков времени между нулевыми значениями тока могут при неблагоприятных условиях привести к значительному увеличению выделяемой энергии по сравнению с энергией, выделяемой при отсутствии апериодической составляющей тока. Энергия, выделяемая в дуге, определяет ионизацию газа в промежутке, а в масляных выключателях – также количество образующихся газов и давление в камере, следовательно, механические напряжения в элементах выключателя, степень оплавления контактов и др.

Уменьшение скорости изменения тока при подходе его к нулю уменьшает ионизацию промежутка к моменту погасания дуги, что облегчает процесс отключения.

Уменьшение возвращающегося напряжения также облегчает процесс отключения.

Рис.11. Возвращающееся напряжение при асимметрии отключаемого тока

Как видно из рис.11, периодическая составляющая тока КЗ iп смещена по отношению к напряжению сети на угол φ, близкий к π/2. Если фаза замыкания α=φ, то апериодическая составляющая тока отсутствует, момент прихода тока к нулевому значению и погасания дуги близок к моменту максимума напряжения. Возвращающееся напряжение определяется ординатой ab. При замыкании в любой другой момент времени в составе отключаемого тока появляется апериодическая составляющая и момент прихода тока к нулю смещается. В рассматриваемом случае при α=27° возвращающееся напряжение после большой полуволны тока определяется ординатой а’b’, а после малой полуволны – ординатой а”b” (при построении кривых периодическая и апериодическая составляющие тока приняты условно незатухающими).

Из приведенного анализа следует, что при наличии апериодической составляющей в отключаемом токе появляется ряд новых факторов, влияющих на процесс отключения, часть которых утяжеляет этот процесс, другая часть облегчает его.

Итоговое действие апериодической составляющей зависит от свойств выключателя.

Масляные выключатели, отключающая способность которых ограничена механической прочностью гасительной камеры, имеют при отключении большого тока значительный запас в восстанавливающейся электрической прочности дугового промежутка. Увеличение действующего значения отключаемого тока, обусловленное наличием апериодической составляющей, увеличивает тяжесть отключения, поскольку увеличивается энергия, выделяющаяся в дуге, а облегчающие факторы, вносимые апериодической составляющей тока КЗ (уменьшение скорости подхода тока к нулю и уменьшение возвращающегося напряжения), масляными выключателями не используются. О таких выключателях говорят, что они чувствительны к току, поскольку энергия, выделяющаяся в дуге, определяется в основном током.

Воздушные выключатели, отключающая способность которых ограничена электрической прочностью промежутка, используют облегчающие факторы, вносимые апериодической составляющей тока (уменьшение скорости снижения тока и возвращающегося напряжения). Увеличение действующего значения отключаемого тока, вызываемое апериодической составляющей, не увеличивает тяжести отключения, поскольку вносимые утяжеляющие и облегчающие факторы компенсируются. О таких выключателях принято говорить, что они чувствительны к напряжению.

При выборе выключателя по отключающей способности следует учитывать асимметрию отключаемого тока КЗ. Однако нормированные (номинальные) значения асимметрии βном установлены одинаковыми как для масляных, так и для воздушных выключателей.



Дуговой разряд. Гашение электрической дуги — Electric-Zone

Электрическая дуга (дуговой разряд) — физическое явление, один из видов электрического разряда в газе.

Дуга появляется вследствие пробоя при увеличении напряжения между двумя электродами (это могут быть контакты выключателя, провода и др.)  до определённого значения.
Напряжение электрического пробоя зависит от расстояния между электродами, среды в которой он происходит, изоляции и пр. Во время пробоя между электродами обычно возникает искровой разряд, импульсно замыкая электрическую цепь.

При пробое в воздухе электроны в искровых разрядах ионизируют молекулы в воздушном промежутке между электродами. При достаточно высокой мощности источника напряжения, в воздушном промежутке образуется плазма. Плазма является хорошим проводником, поэтому сопротивление воздушного промежутка резко падает, при этом искровые разряды превращаются в дуговой разряд — являющийся плазменным тоннелем. Эта дуговой разряд является по сути проводником, и замыкает электрическую цепь между электродами, средний ток увеличивается ещё больше нагревая дугу до 5000–50000 K.

После поджига, дуга может сохраняться даже при разведении электрических контактов до некоторого расстояния.

При эксплуатации высоковольтных электроустановок  неизбежно появление электрической дуги. Взаимодействие электродов с плазмой дуги приводит к их нагреву, частичному расплавлению, испарению, окислению и другим видам коррозии и к многим другим негативным последствиям, вследствие чего появляется потребность в применении различных дугогасящих устройств.

Рис 1. Дуговой разряд между контактами разъединителя.

Задача дугогасительных устройств (ДУ) состоит в том, чтобы обеспечить гашение дуги за малое время с допустимым уровнем пере­напряжений при малом износе  частей аппарата, при минимальном объ­еме выбрасываемых раскаленных газов, с минимальными звуковыми и световыми эффектами.

Для эффективного гашения электрической дуги либо повышают скорость восстановления электрической прочности межконтактного промежутка с помощью дугогасительных устройств, повышая  давление в пространстве горения дуги, используя инертный газ, вакуум, либо понижают скорость восстановления напряжения на контактах, применея шунтирующие  резисторы  и  увеличивая  количества разрывов  на полюс.

В коммутационных аппаратах низкого напряжения (ниже 1000 В) и высокого напряжения до 6 кВ на большие токи применяют дугогаси­тельные устройства, в которых используются практически все спосо­бы гашения дуги постоянного тока.

Кроме того, в таких дугогасительных устройствах для увеличе­ния скорости движения дуги и усиления интенсивности ее охлаждения применяют специальное магнитное дутье, а при малых токах, когда магнитное дутье малоэффективно, применяют воздушное дутье.

В коммутационных аппаратах на напряжение более 6 кВ для эффективного воздействия на столб дуги применяют воздух высокого давления, трансформаторное масло, инертный газ, вакуум.

Способ гашения электрической дуги отключения

Изобретение относится к области электроаппаратостроения и может быть использовано для гашения электрической дуги в коммутационных аппаратах.

Известен способ гашения дуги [1] затопленными струями дугогасящей жидкости. Дуга изгибается по потоку и одновременно деформируется ее сечение от круглого к овальному. При этом образуется электрический разряд, который принимает вид тонкой плазменной оболочки с развитой поверхностью теплообмена, повторяющей форму струи жидкости. Плазма разряда деионизируется и дуга гасится. На границе дуги и дугогасящей жидкости образуется парогазовая полость, затрудняющая теплоотвод от дуги, что увеличивает время коммутации и ограничивает величину коммутируемых токов при использовании этого способа гашения дуги в высоковольтных коммутационных аппаратах.

Известен способ гашения дуги [2] затопленными струями дугогасящей жидкости. Дуга изгибается по потоку и одновременно деформируется ее сечение от круглого к овальному. При этом образуется электрический разряд, который принимает вид тонкой плазменной оболочки с развитой поверхностью теплообмена, повторяющей форму струи жидкости. Процесс воздействия на дугу сопровождают контролем одного из ее параметров, в качестве которого выбирают толщину дуги. Толщину дуги измеряют с помощью электрических зондов или фотодиодов. Когда толщина дуги достигает определенной расчетной величины, инициируют с помощью разрядников, установленных в дугогасительной камере концентрично контактам, ударные волны, направленные перпендикулярно фронтальному участку дуги. Происходит интенсивное перемешивание плазмы дуги с холодным газом, образовавшимся при испарении дугогасящей жидкости, нарушение теплового баланса дуги и ее гашение.

Недостатками данного способа являются сложность измерения толщины дуги и возможность повторных пробоев межконтактного промежутка при возникновении коммутационных напряжений и, как следствие, большой разброс времен коммутации и коммутационные потери энергии.

Техническим результатом данного изобретения является снижение коммутационных потерь и увеличение надежности работы коммутационных аппаратов, использующих данный способ гашения дуги отключения.

Для достижения указанного технического результата в известном способе гашения электрической дуги отключения, при котором в процессе разведения контактов деформируют дугу затопленными струями дугогасящей жидкости, истекающими из полости контактов в дугогасительную камеру, при этом процесс воздействия на дугу сопровождают контролем по крайней мере одного параметра дуги и в момент достижения значения этого параметра определенной предварительно величины гашение дуги завершают с помощью дополнительного воздействия ударных волн, направленных перпендикулярно фронтальному участку дуги и генерированных с помощью разрядников, установленных в дугогасительной камере, концентрично контактам, предложено в качестве контролируемого параметра выбрать скорость изменения напряжения на дуге dU/dt, а датчик скорости изменения напряжения на дуге подключать с задержкой τ относительно времени команды на срабатывание коммутационного аппарата τ=τр. к.+0,5τудл.д., где τр.к. – время расхождения контактов, τудл.д – экспериментально полученное время удлинения дуги до резкого увеличения скорости изменения напряжения на дуге. При завершении гашения дуги в дугогасящей жидкости создают повышенное давление посредством работы разрядников, а также дополнительно введенного поршня-поплавка, размещенного на поверхности жидкости и стопоров, установленных на внутренней боковой поверхности дугогасительной камеры в плоскости на расстоянии Н от центральной плоскости контактного промежутка, Н=(4-5)h+3Vп.к./π(D2кам.-d2вк.)+hп, где h – межконтактный промежуток, Vп.к. – внутренний объем полости контактов, Dкам. – внутренний диаметр дугогасительной камеры, dвк. – наружный диаметр верхнего контакта, hп. – толщина поршня-поплавка. Дополнительно введенный поршень-поплавок изготавливается из изоляционного материала и имеет внутренние полости, заполненные, например, воздухом, так чтобы плотность поршня-поплавка была меньше плотности дугогасящей жидкости. Дополнительно введенный поршень-поплавок выполнен в виде кольца, внутренний диаметр которого соответствует наружному диаметру верхнего контакта, а наружный внутреннему диаметру дугогасительной камеры, а также поршень-поплавок имеет 6-8 сквозных осевых отверстий диаметром (5-7) мм, равномерно расположенных на радиусе 1,3dвн/2, где dвн – внутренний диаметр поршня-поплавка. Разрядники объединяют по времени срабатывания и геометрии расположения в дугогасительной камере по крайней мере в две группы по три разрядника в каждой группе, срабатывание групп разрядников осуществляют с интервалом (100-150) мкс, а разрядники в каждой группе размещают под углом 120° друг к другу.

На рис. 1 представлена геометрия потока дугогасящей жидкости и дуги отключения в одной из возможных конструкций, реализующих способ гашения дуги; на рис. 2 – разрез А-А на рис. 1; на рис. 3 – блок-схема работы коммутационного аппарата; на рис. 4 – пример осциллограммы напряжения и теневых фотографий электрической дуги отключения в затопленной струе технической воды, 1,5 кВ/дел. , 200 мкс/дел., время экспозиции одного кадра – 25 мкс, t=500-700 мкс – время после расхождения контактов, υ=50 м/с – скорость затопленной струи дугогасящей жидкости, Im=60 кА – максимальный ток электрической дуги отключения.

Контакты – верхний подвижный 1 и нижний неподвижный 2, расположены соосно и вертикально в дугогасительной камере 3, заполненной дугогасящей жидкостью выше уровня контактного узла (от центральной плоскости межконтактного промежутка при расхождении контактов) на (4-5)h, где h – межконтактный промежуток (рис. 1). Верхний подвижный контакт 1 выполнен в виде стакана, стенки которого охватывают снаружи стенки неподвижного контакта 2, имеющего полость 4, заполненную дугогасящей жидкостью. На поверхности дугогасящей жидкости в дугогасительной камере 3 размещен поршень-поплавок 5, изготовленный из изоляционного материала. Поршень-поплавок 5 имеет внутренние полости 6, заполненные, например, воздухом, так чтобы плотность поршня-поплавка была меньше плотности дугогасящей жидкости. Поршень-поплавок 5 выполнен в виде кольца, внутренний диаметр которого соответствует наружному диаметру верхнего контакта 1, а наружный – внутреннему диаметру дугогасительной камеры 3, а также поршень-поплавок имеет 6-8 сквозных осевых отверстий 7 диаметром (5-7) мм, равномерно расположенных на радиусе 1,3dвн/2, где dвн – внутренний диаметр поршня-поплавка. На внутренней боковой поверхности дугогасительной камеры 3 в плоскости на расстоянии Н от центральной плоскости контактного промежутка установлены стопоры 8, Н=(4-5)h+3Vп.к./π(D2кам.-d2вк.)+hп, где h – межконтактный промежуток, Vп.к. – внутренний объем полости контактов, Dкам. – внутренний диаметр дугогасительной камеры, dвк. – наружный диаметр верхнего контакта, hп. – толщина поршня-поплавка. Концентрично контактам 1 и 2 в дугогасительной камере 3 установлены разрядники 9. Разрядники 9 объединены по крайней мере в две группы, по три разрядника в каждой группе, и в каждой группе размещены под углом 120° друг к другу. К каждому разряднику 9 подключена электрическая цепь, состоящая из коммутатора 10 и емкостного накопителя 11.

При подаче команды на срабатывание коммутационного аппарата (рис. 3) в полости 4 нижнего неподвижного контакта 2, заполненной дугогасящей жидкостью, известным способом создают повышенное давление. Верхний контакт 1 под воздействием давления начинает ускоренное движение, происходит разрыв контактов, в образующийся межконтактный промежуток истекает поток дугогасящей жидкости, воздействующий на электрическую дугу отключения. Дуга изгибается по потоку и одновременно деформируется ее сечение от круглого к овальному. При этом образуется электрический разряд, который принимает вид тонкой плазменной оболочки с развитой поверхностью теплообмена, повторяющей форму струи жидкости (рис. 1, 2). Осциллограмма напряжения на дуге U (рис. 4) имеет пологий участок (ab), который соответствует квазистационарному удлинению дуги на фронте затопленной струи жидкости (dU/dt≈3⋅106 В/с) и участок (bc) – резкого возрастания скорости изменения напряжения на дуге (dU/dt≈107 В/с). Участок (bc) связан с процессами в дуге на ее переднем фронте. Когда на 500-ой – 600-ой мкс после расхождения контактов и возникновения дуги на отрезке дуги перед передним фронтом струи жидкости начинают развиваться возмущения, интенсивность свечения дуги падает и на ее переднем фронте появляется темная область, разделяющая излучающий канал дуги на две части (700-ая мкс, рис. 4.). Возникновение темной области на переднем фронте дуги совпадает по времени с максимумом на осциллограмме напряжения. Скорость изменения напряжения на дуге dU/dt контролируют датчиком скорости изменения напряжения на дуге (рис. 3), который подключают с задержкой τ относительно времени команды на срабатывание коммутационного аппарата τ=τр.к.+0,5τудл.д., где τр.к. – время расхождения контактов, τудл.д. – экспериментально полученное время удлинения дуги до резкого увеличения скорости изменения напряжения на дуге (точка b на осциллограмме напряжения на дуге U (рис. 4)). При резком возрастании скорости изменения напряжения на дуге запускается система генерации ударных волн на основе разрядников 9 и подключенных к ним электрических цепей, состоящих из коммутаторов 10 и емкостных накопителей 11 (рис. 3). Система генерации ударных волн срабатывает по сигналу от генератора однократных импульсов, который запускается от блока регистрации сигнала с датчика скорости изменения напряжения на дуге. Срабатывание групп разрядников 9 осуществляют с интервалом (100-150) мкс, пока к межконтактному промежутку приложено коммутационное напряжение. Объем дугогасящей жидкости в полости контактов 1 и 2, а также размещение стопоров 8 выбирают таким, что ко времени τудл.д из полости контактов истекает 3/4Vп.к. дугогасящей жидкости и происходит фиксация поршня-поплавка 5. В дугогасительной камере 3 повышается давление и из отверстий 7 происходит истечение жидкости, а также газов, отведенных из парогазовой области, прилегающей к дуге, в пространство над поршнем-поплавком 5. Характер теплообмена дугового разряда при этом существенно изменяется, нарушается тепловой баланс, преобладающим становится процесс остывания дуги, пронизанной струями дугогасящей жидкости, она приобретает ячеистую структуру и гасится. Вероятность повторных пробоев сводится к минимуму за счет поддержания повышенного давления в дугогасительной камере 3 разрядниками 9.

Как показали эксперименты, использование данного способа позволяет снизить на 30% по сравнению с прототипом коммутационные потери при увеличении надежности работы.

Приведем один из конкретных примеров реализации способа. Дугогасительная камера и полости контактов заполнены технической водой с проводимостью σ0=2,8⋅10-2 См/м и температурой t=20°С. До срабатывания коммутационного аппарата давление воздуха над поверхностью поршня-поплавка Р=0,1 МПа. Наружный диаметр верхнего контакта dвк.=60 мм. Межконтактный промежуток h=5 мм. Толщина поршня-поплавка hп.=50 мм. Задержка подключения датчика скорости изменения напряжения на дуге относительно времени команды на срабатывание коммутационного аппарата τ=300 мкс. Пологий участок (ab) на осциллограмме напряжения, соответствующий квазистационарному удлинению дуги на фронте затопленной струи жидкости (dU/dt≈3⋅106 В/с) и участок (bc) – резкого возрастания скорости изменения напряжения на дуге (dU/dt≈10 В/с) (рис. 4). Давление в дугогасительной камере после фиксации поршня-поплавка P1=5 МПа. Скорость затопленной струи дугогасящей жидкости V=50 м/с. Максимальный ток электрической дуги отключения Im=60 кА.

Источники информации

1. Ахмеров Н.А., Герасимов В.П., Годонюк В.А, Грибков А.М., Егоров Ю.Я., Емельянов А.И., Жаворонков М.А., Смоляк А.И. Макет коммутатора постоянного тока многократного действия // ПТЭ. – 1983. – №4. – С. 132-136.

2. Азизов Э.А., Годонюк В.А., Емельянов А.И., Цветков Н.В., Ягнов В.А. Способ гашения электрической дуги отключения. Патент РФ №1757372 // Бюллетень изобретений и открытий. – 1994. – №10. – С. 203.





Принцип гашения дуги выключателя

Гашение дуги – одно из важных применений автоматических выключателей, потому что дуга не только вызовет повреждение цепи оборудования, но и повлияет на безопасность персонала. Таким образом, то, что необходимо для гашения дуги, состоит, как правило, из четырех общих методов гашения дуги, включая механическое гашение дуги, гашение магнитным ударом и т. Д. В этой статье я объясняю общие методы гашения дуги и принципы гашения дуги некоторых распространенных предохранители.

Во-первых, обсудите обычно используемые методы гашения дуги, в основном их четыре:

1. Механическое гашение дуги: дуга быстро растягивается ограничивающим устройством. Этот метод чаще всего используется в коммутационных устройствах.

2. Магнитная дуга с раздувом: под действием магнитного поля, создаваемого катушкой с магнитной продувкой, соединенной последовательно с контактом, дуга удлиняется под действием электромагнитной силы и вдувается в крышку дугогасящего вещества, состоящую из твердой среды, и находится в фазе с твердой средой.Контакт, дуга остывает и гаснет.

3. Метод гашения дуги через узкую щель (продольную щель): под действием электродвижущей силы магнитного поля, образованной дугой, дуга может удлиниться и войти в узкую (продольную) щель дугогасящего кожуха, а также несколько продольных щелей. разделить дугу На несколько сегментов и при контакте с твердой средой дуга быстро гаснет. Эта структура в основном используется в контакторах переменного тока.

4.Метод гашения электрической дуги: при разделении контактов образованная дуга под действием электроэнергии выталкивается в группу металлических решеток и разделяется на несколько сегментов. Каждая из изолированных металлических решеток эквивалентна. Для одного электрода наблюдается множество падений напряжения на аноде и катоде. Для дуги переменного тока около катода диэлектрическая прочность 150 В 250 В появится, когда дуга пересечет нулевое значение, так что дуга не может поддерживаться и гаситься. Поскольку эффект гашения дуги от сети намного сильнее, чем от постоянного тока, приборы переменного тока часто используют сетку для гашения дуги.

Эти методы предназначены в основном для некоторых выключателей низкого напряжения. Чтобы понять причины применения этих методов, необходимо пояснить принцип гашения дуги выключателя. Ниже приводится обсуждение некоторых широко используемых автоматических выключателей.

Принцип гашения дуги вакуумным выключателем

В момент отключения вакуумного выключателя из-за наличия емкости между двумя контактами пробой изоляции между контактами вызывает вакуумную дугу.Благодаря форме и структуре контакта столб вакуумной дуги быстро диффундирует в область вакуума за пределами столба дуги. Когда прерванный ток приближается к нулю, температура и давление дуги между контактами резко падают, так что дуга не может поддерживаться и гаситься. В течение нескольких мкс после гашения дуги уровень сопротивления давлению вакуумного зазора между двумя контактами быстро восстанавливается. При этом контакты достигли определенного расстояния, которое может выдерживать высокое восстанавливающееся напряжение.Следовательно, после того, как общий ток перейдет через ноль, дуга не загорится повторно и не разорвется. Это принцип его гашения дуги.

Принцип тушения дуги предохранителем высокого падения напряжения

Всем известно, что в высоковольтных и сильноточных ситуациях переключатели часто используют более сложные методы и конструкции для гашения дуги, в то время как высоковольтным предохранителям требуется только очень простой шланг для плавного и эффективного гашения дуги. Основная причина – да: во-первых, ток предохранителя с высоким падением напряжения не очень велик.Возникающая дуга не очень большая. Во-вторых, для гашения дуги используется воздух. Это немного похоже на принцип гашения дуги воздушного выключателя. Просто это другая структура.

Методы гашения дуги в автоматическом выключателе

Пока эта дуга поддерживается между контактами, ток через автоматический выключатель не прерывается окончательно, поскольку дуга сама по себе является проводящим путем для электричества. Для полного отключения тока автоматическим выключателем необходимо как можно быстрее погасить дугу.

Основным критерием проектирования автоматического выключателя является обеспечение соответствующей технологии гашения дуги в автоматическом выключателе для быстрого и безопасного отключения тока. Здесь обсуждаются принципы и методы гашения дуги.

Принципы гашения дуги в автоматическом выключателе

Прежде чем обсуждать методы гашения дуги, необходимо изучить факторы, ответственные за поддержание дуги между контактами. Это:

  1. разность потенциалов между контактами.
  2. ионизированные частицы между контактами

Принимая их по очереди,

При небольшом зазоре контактов п.о. между ними достаточно для поддержания дуги. Один из способов погасить дугу – развести контакты на таком расстоянии, чтобы p.d. становится недостаточным для поддержания дуги.

Однако этот метод неприменим в высоковольтной системе, где может потребоваться разделение нескольких счетчиков.

Ионизированные частицы между контактами стремятся поддерживать дугу.Если путь дуги деионизирован, гашение дуги будет облегчено. Это может быть достигнуто путем охлаждения дуги или удалением ионизированных частиц из пространства между контактами.

Методы гашения дуги в автоматическом выключателе

Существует два метода тушения дуги в выключателях

  1. Метод высокого сопротивления
  2. Метод низкого сопротивления или нулевого тока.
1.
Метод высокого сопротивления

В этом методе сопротивление дуги увеличивается со временем, так что ток снижается до значения, недостаточного для поддержания дуги.Следовательно, ток прерывается или дуга гаснет.

Основным недостатком этого метода является то, что в дуге рассеивается огромная энергия. Следовательно, он используется только в постоянном токе. автоматические выключатели заземления малой мощности переменного тока предохранители.

Сопротивление дуги можно увеличить на

  • Удлинение дуги – Сопротивление дуги прямо пропорционально ее длине.Длину дуги можно увеличить, увеличив зазор между контактами.
  • Охлаждение дуги – Охлаждение помогает в среде между контактами. Это увеличение дуги может быть получено за счет сопротивления газа. Эффективный охлаждающий поток, направленный вдоль дуги.
  • Уменьшение Х-сечения дуги – Если площадь Х-сечения дуги уменьшается, напряжение, необходимое для поддержания дуги, увеличивается. Другими словами, сопротивление пути дуги увеличивается.Поперечное сечение дуги можно уменьшить, пропустив дугу через узкое отверстие или уменьшив площадь контактов.
  • Разделение дуги – Сопротивление дуги можно увеличить, разделив дугу на несколько последовательных дуг меньшего размера. Каждая из этих дуг испытывает эффект удлинения и охлаждения. Дугу можно разделить, вставив между контактами несколько токопроводящих пластин.
2. Метод низкого сопротивления или нулевого тока

Этот метод используется только для гашения дуги в цепях переменного тока.

В этом методе сопротивление дуги поддерживается на низком уровне до нуля, когда дуга гаснет естественным образом и предотвращается повторное зажигание, несмотря на повышение напряжения на контактах.

В переменном токе В системе ток падает до нуля после каждого полупериода. При каждом нулевом значении тока дуга на короткое время гаснет.

Теперь среда между контактами содержит ионы и электроны, поэтому она имеет небольшую диэлектрическую прочность и может быть легко разрушена повышающимся контактным напряжением, известным как напряжение повторного зажигания.

Если такой пробой все же произойдет, дуга будет сохраняться в течение еще одного полупериода. Если сразу после обнуления тока диэлектрическая прочность среды между контактами нарастает быстрее, чем напряжение на контактах, дуга не зажигается повторно, и ток прерывается. Быстрое увеличение диэлектрической прочности среды вблизи нулевого тока может быть достигнуто с помощью

  • (a) заставляет ионизированные частицы в пространстве между контактами рекомбинировать в нейтральные молекулы.
  • (б) сметание ионизированных частиц и их замена неионизированными частицами.


Следовательно, настоящая проблема при прерывании дуги переменного тока заключается в быстрой деионизации среды между контактами, как только ток становится равным нулю, так что возрастающее контактное напряжение или напряжение повторного зажигания не может разрушить пространство между контактами. Деионизацию среды можно осуществить с помощью:

  • (i) удлинение зазора : электрическая прочность среды пропорциональна длине зазора между контактами. Следовательно, за счет быстрого размыкания контактов можно достичь более высокой диэлектрической прочности среды.
  • (ii) высокого давления . Если давление вблизи дуги увеличивается, плотность частиц, составляющих ‘разряд, также увеличивается. Повышенная плотность частиц вызывает более высокую скорость деионизации и, как следствие, повышается диэлектрическая прочность среды между контактами.
  • (iii) охлаждение: Естественное сочетание ионизированных частиц происходит быстрее, если им дать остыть.Следовательно, диэлектрическая прочность среды между контактами может быть увеличена за счет охлаждения дуги
  • (iv) Взрывное воздействие: Если ионизированные частицы между контактами сметать и заменять неионизированными частицами, диэлектрическая прочность среды может быть значительно увеличена. Это может быть достигнуто за счет струи газа, направляемого вдоль разряда, или нагнетания масла в контактное пространство.

Что такое дуга? | Дуга в автоматическом выключателе

Перед тем, как перейти к деталям гашения дуги или технологии гашения дуги , применяемой в автоматическом выключателе, мы должны сначала узнать , что такое дуга на самом деле.

Что такое дуга?

Во время размыкания токоведущих контактов в автоматическом выключателе среда между размыкающими контактами становится сильно ионизированной, в результате чего размыкающий ток получает низкий резистивный путь и продолжает течь по этому пути, даже если контакты физически разделены. Во время протекания тока от одного контакта к другому дорожка настолько нагревается, что начинает светиться. Это называется arc .

Дуга в автоматическом выключателе

Каждый раз при размыкании контактов автоматического выключателя при токе нагрузки возникает дуга в автоматическом выключателе , возникающая между разделяющими контактами.

Пока эта дуга поддерживается между контактами, ток через автоматический выключатель не прерывается окончательно, поскольку дуга сама по себе является проводящим путем электричества. Для полного отключения тока автоматическим выключателем необходимо как можно быстрее погасить дугу. Основным критерием проектирования автоматического выключателя является обеспечение соответствующей технологии гашения дуги в автоматическом выключателе для быстрого и безопасного отключения тока. Итак, прежде чем перейти к различным методам гашения дуги, используемым в автоматическом выключателе, мы должны попытаться понять, что такое дуга, и основную теорию дуги в автоматическом выключателе , давайте обсудим.

Термическая ионизация газа

Существует определенное количество свободных электронов и ионов, присутствующих в газе при комнатной температуре из-за ультрафиолетовых лучей, космических лучей и радиоактивности Земли. Этих свободных электронов и ионов настолько мало, что их недостаточно для поддержания проводимости электричества. Молекулы газа беспорядочно движутся при комнатной температуре. Было обнаружено, что молекула воздуха при температуре 300 o K (комнатная температура) движется случайным образом с приблизительной средней скоростью 500 метров в секунду и сталкивается с другими молекулами со скоростью 10 10 раз в секунду.

Эти беспорядочно движущиеся молекулы очень часто сталкиваются друг с другом, но кинетической энергии молекул недостаточно для извлечения электрона из атомов молекул. Если температура повышается, воздух нагревается и, следовательно, скорость молекул увеличивается. Более высокая скорость означает более сильный удар во время межмолекулярного столкновения. В этой ситуации некоторые молекулы отделяются от атомов. При дальнейшем повышении температуры воздуха многие атомы лишаются валентных электронов и ионизируются.Тогда этот ионизированный газ может проводить электричество из-за достаточного количества свободных электронов. Это состояние любого газа или воздуха называется плазмой. Это явление называется термической ионизацией газа .

Ионизация из-за столкновения электронов

Как мы уже обсуждали, в воздухе или газе всегда присутствует некоторое количество свободных электронов и ионов, но их недостаточно для проведения электричества. Когда эти свободные электроны сталкиваются с сильным электрическим полем, они направляются к точкам с более высоким потенциалом в поле и приобретают достаточно высокую скорость.Другими словами, электроны ускоряются в направлении электрического поля из-за высокого градиента потенциала. Во время своего путешествия эти электроны сталкиваются с другими атомами и молекулами воздуха или газа и извлекают полезные электроны со своих орбит.

После извлечения из родительских атомов электроны также будут двигаться в направлении того же электрического поля из-за градиента потенциала. Эти электроны аналогичным образом будут сталкиваться с другими атомами и создавать больше свободных электронов, которые также будут направлены вдоль электрического поля. Благодаря этому сопряженному действию количество свободных электронов в газе станет настолько большим, что газовые звезды будут проводить электричество. Это явление известно как ионизация газа из-за столкновения электронов.

Деионизация газа

Если все причины ионизации газа устранены из ионизированного газа, он быстро возвращается в свое нейтральное состояние за счет рекомбинации положительных и отрицательных зарядов. Процесс рекомбинации положительных и отрицательных зарядов известен как процесс деионизации.При деионизации путем диффузии отрицательные ионы или электроны и положительные ионы перемещаются к стенкам под действием градиентов концентрации и, таким образом, завершают процесс рекомбинации.

Роль дуги в автоматическом выключателе

Когда два токовых контакта просто размыкают, дуга перекрывает контактный промежуток, через который ток проходит по низкоомному пути, чтобы не было внезапного прерывания тока. Поскольку при размыкании контактов нет внезапного и резкого изменения тока, в системе не будет никаких аномальных перенапряжений при переключении. Если i – ток, протекающий через контакты непосредственно перед их размыканием, L – индуктивность системы, коммутируемое напряжение при размыкании контактов, может быть выражено как V = L. (di / dt), где di / dt – скорость изменения тока. относительно времени при размыкании контактов. В случае переменного тока дуга денежно гаснет при каждом нулевом значении тока. После прохождения каждого нулевого значения тока среда между разъединенными контактами снова ионизируется во время следующего цикла тока, и дуга в выключателе восстанавливается.Чтобы прерывание было полным и успешным, необходимо предотвратить повторную ионизацию между отдельными контактами после обнуления тока.

Если дуга в автоматическом выключателе отсутствует во время размыкания токоведущих контактов, может произойти внезапное и резкое прерывание тока, которое вызовет огромное коммутационное перенапряжение, достаточное для серьезной нагрузки на изоляцию системы. С другой стороны, дуга обеспечивает постепенный, но быстрый переход от токопроводящего к текущему состоянию размыкания контактов.

Прерывание дуги, гашение дуги или теория погашения дуги

Характеристики дугового столба

При высокой температуре заряженные частицы в газе быстро и беспорядочно перемещаются, но в отсутствие электрического поля результирующего движения не происходит. Когда в газе прикладывается электрическое поле, заряженные частицы приобретают дрейфовую скорость, накладываемую на их случайное тепловое движение. Скорость дрейфа пропорциональна градиенту напряжения поля и подвижности частиц. Подвижность частиц зависит от массы частицы, более тяжелые частицы снижают подвижность.Подвижность также зависит от длины свободного пробега, имеющейся в газе для случайного движения частиц. Поскольку каждый раз, когда частица сталкивается, она теряет направленную скорость и должна снова ускоряться в направлении электрического поля. Следовательно, чистая подвижность частиц снижается. Если газ находится под высоким давлением, он становится плотнее и, следовательно, молекулы газа приближаются друг к другу, поэтому столкновения происходят чаще, что снижает подвижность частиц. Полный ток заряженных частиц прямо пропорционален их подвижности.Следовательно, подвижность заряженных частиц зависит от температуры, давления газа, а также от природы газа. И снова подвижность частиц газа определяет степень ионизации газа.

Итак, из приведенного выше объяснения мы можем сказать, что процесс ионизации газа зависит от природы газа (более тяжелые или легкие частицы газа), давления газа и температуры газа. Как мы уже говорили ранее, интенсивность столба дуги зависит от наличия ионизированной среды между отдельными электрическими контактами, поэтому особое внимание следует уделять снижению ионизации или увеличению деионизации среды между контактами.Поэтому основной конструктивной особенностью выключателя является обеспечение различных методов регулирования давления, способов охлаждения различных сред дуги между контактами выключателя.

Тепловые потери от дуги

Тепловые потери от дуги в выключателе происходят из-за теплопроводности, конвекции, а также излучения. В автоматическом выключателе с гладким разрывом дуга в масле, дуга в желобах или узких пазах почти полностью теряет тепло за счет теплопроводности. В автоматическом выключателе с воздушным дутьем или в выключателе, где между электрическими контактами присутствует поток газа, потеря тепла дуговой плазмой происходит из-за процесса конвекции.При нормальном давлении излучение не является существенным фактором, но при более высоком давлении излучение может стать очень важным фактором отвода тепла от плазмы дуги. Во время размыкания электрических контактов в автоматическом выключателе возникает дуга, которая гаснет при каждом переходе тока через ноль, а затем снова восстанавливается во время следующего цикла. Окончательное гашение дуги или гашение дуги в автоматическом выключателе достигается за счет быстрого увеличения диэлектрической прочности в среде между контактами, так что восстановление дуги после перехода через нуль невозможно.Такое быстрое увеличение диэлектрической прочности между контактами выключателя достигается либо за счет деионизации газа в среде дуги, либо за счет замены ионизированного газа холодным и свежим газом.
Существуют различные процессы деионизации, применяемые для гашения дуги в автоматическом выключателе, давайте обсудим их вкратце.

Деионизация газа из-за повышения давления

Если давление на пути дуги увеличивается, плотность ионизированного газа увеличивается, что означает, что частицы в газе приближаются друг к другу и, как следствие, длина свободного пробега частиц уменьшается.Это увеличивает частоту столкновений, и, как мы обсуждали ранее, при каждом столкновении заряженные частицы теряют свою направленную скорость вдоль электрического поля и снова ускоряются по направлению к полю. Можно сказать, что в целом подвижность заряженных частиц снижается, поэтому напряжение, необходимое для поддержания дуги, увеличивается. Другой эффект повышенной плотности частиц – более высокая скорость деионизации газа из-за рекомбинации противоположно заряженных частиц.

Деионизация газа из-за снижения температуры

Скорость ионизации газа зависит от интенсивности удара во время столкновения частиц газа. Интенсивность удара при столкновении частиц снова зависит от скорости случайного движения частиц. Это случайное движение частицы и ее скорость увеличивается с увеличением температуры газа. Отсюда можно сделать такой вывод, если температура газа повышается; его процесс ионизации увеличивается, и также верно противоположное утверждение, что если температура снижается, скорость ионизации газа уменьшается, значит, деионизация газа увеличивается. Следовательно, для поддержания дуговой плазмы с пониженной температурой требуется большее напряжение.Наконец, можно сказать, что охлаждение эффективно увеличивает сопротивление дуги.
В автоматических выключателях разных типов используются разные методы охлаждения, которые мы обсудим позже, в ходе изучения автоматических выключателей.

Исследование эффекта гашения дуги воздушным потоком в двухструйном неравновесном поле: AIP Advances: Том 11, № 2

A. Модель двойного управления струей

Двухструйное гашение дуги основано на комплексном действии динамического электромагнитного поля вовлечение процесса сопряжения струи и дуги; следовательно, необходимо установить соответствующие управляющие уравнения. Ниже приведены основные предположения: 22,23 22. З. Ли, Дж. Ван и Х. Чжоу, «Подавление дуги постоянного тока в улучшенной многокамерной структуре», AIP Adv. 9 , 551151–551157 (2019). https://doi.org/10.1063/1.509763323. З. Ли, Дж. Ван и X. Чжоу, «Исследование структуры гашения многокамерной дуги на основе импульсного гашения», AIP Adv. 9 , 851041–851047 (2019). https://doi.org/10.1063/1.5113853
(1)

Дуговая плазма представляет собой тепловую плазму и удовлетворяет условиям локального термодинамического равновесия (ЛТР).

(2)

Дуга представляет собой высокотемпературную форму воздуха. Его теплопроводность, коэффициент, электрическая проводимость, теплоемкость при постоянном давлении и тепловые потери являются однозначными функциями температуры.

(3)

Дуга считается сжимаемым ламинарным потоком.

(4)

Дуга соответствует уравнению состояния газа, а плотность дуги является функцией давления и температуры.

(5)

Влияние силы Лоренца и вязкой диссипации на поток жидкости не учитывается.

(6)

Вязкостной нагрев не учитывается.

При сделанных выше предположениях дуговая плазма удовлетворяет уравнению Навье – Стокса и уравнению сохранения тока. Уравнения управления следующие: 24 24. З. Ли, Дж. Ван, Х. Чжоу, С. Хуанг, Р. Ян и З. Ся, «Влияние конструкции камеры на гашение дуги в многозазорной системе». Высокое напряжение 5 , 313–318 (2020).https://doi.org/10.1049/hve.2019.0064 Уравнение сохранения массы,
∂ρ∂t + ∇⋅ (ρv) = 0. (12)
Уравнение сохранения импульса,
ρ∂v∂t + (ρv⋅∇) v = ∇⋅ − PI + μ (∇v + (∇v) T) −23μ (∇⋅v) I . (13)
Уравнение сохранения энергии,
ρC∂T∂t + ρCv⋅∇T − ∇⋅ (k∇T) = ∂∂T5kBT2q (∇T⋅J) + E⋅J + Qrad. (14)
Уравнение состояния газа, уравнение закона Ома, уравнение сохранения тока,
∇⋅J = −∂ρ0∂t, (17)
Здесь ρ – плотность жидкости , что означает плотность газа в пространстве. t – время, а v – вектор скорости. P – давление газа в пространстве, I – это единичный тензор второго порядка, а μ – коэффициент вязкости. C – удельная теплоемкость при постоянном давлении, T – температура газа в пространстве, k – теплопроводность, k B – постоянная Больцмана, q – удельный заряд, J – вектор плотности тока, E – вектор напряженности электрического поля, а Q рад – потери теплового излучения. R – универсальная газовая постоянная. σ представляет электрическую проводимость, D представляет вектор электрического смещения, а J e представляет плотность внешнего тока. ρ 0 – плотность заряда, V – потенциал.

B. Настройка параметров моделирования

DJAEG имеет симметричную форму, и его внутренняя конструкция также приблизительно симметрична.Согласно модели цепной дуги, дугу также можно рассматривать как цилиндрическую структуру. Следовательно, хотя DJAEG является трехмерным в пространстве, поскольку структура устройства и модель дуги могут быть аппроксимированы как симметричные структуры, структура также может быть упрощена до двухмерной структуры при определенных условиях.

В моделировании используется двусторонне-симметричная структура двойной струи. Конструктивные параметры следующие: длина электрода 0,03 м, длина цилиндра гашения дуги 0.2 м, а диаметр цилиндра для гашения дуги составляет 0,03 м, как показано на рис. 7.

Внутреннее пространство цилиндра для гашения дуги задано как воздушная среда, и ее физические величины, такие как плотность, теплоемкость при постоянном давлении, теплопроводность, динамическая вязкость, электропроводность и коэффициент тепловыделения излучения зависят от температуры. Теплопроводность изоляционного материала составляет 0,26 Вт / (м · К), теплоемкость при постоянном давлении составляет 1700 Дж / (кг · К), а плотность составляет 1150 кг / м3.Параметры металлического электрода основаны на металлической меди. В процессе расчета относительная диэлектрическая проницаемость равна 1, а физическое и химическое воздействие высокой температуры на материал не учитывается.

Ламинарный поток жидкости существует только в воздушной среде, тогда как плотность тока существует почти во всех материалах, кроме изоляционных. Начальной температурой является стандартная температура (293,15 К), а давлением – стандартное атмосферное давление (1 атм Па). Потенциал клеммы заземления равен 0 В, а вход тока установлен на импульс тока молнии 10 кА 10/350 µ с в стандартной модели для подачи тока промышленной частоты 10 кА. Временной шаг моделирования составляет 0,1 мс, а общее время составляет 10 мс.

C. Анализ моделирования

Чтобы проверить способность DJAEG гасить дугу промышленной частоты, в данном документе используется программное обеспечение моделирования COMSOL MULTIPHCISC, чтобы проанализировать влияние DJAEG на гашение дуги и записать картину процесса гашения дуги. . Регистрируются поле скорости струи в DJAEG и электропроводность дуги.

Как показано на рис. 8 (a), через 0,3 мс две энергетические камеры для гашения дуги одновременно выходят струей, образуя столб струи с более высокой скоростью потока в цилиндре для гашения дуги.Как показано на фиг. 8 (b) и 8 (c), скорость потока струи из энергетической камеры гашения дуги непрерывно увеличивается с 0,3 мс до 1,0 мс, а скорость струи на выходе достигает максимума с максимальной скоростью около 3000 м. / с. Как показано на фиг. 8 (d) и 8 (e), скорость потока струи из камеры для гашения дуги непрерывно снижается. Струя полностью исчезла примерно через 3,5 мс, как показано на рис. 8 (f). От начала до конца высокоскоростного потока воздуха, выбрасываемого из DJAEG, струйный столб, образующийся в дугогасящем цилиндре, представляет собой своего рода сбалансированное поле течения.От 0 мс до 0,1 мс дуга находится в начальной стадии, как показано на рис. 9 (а). DJAEG начинается с металлического электрода, и его проводимость является наибольшей в непосредственной близости от электрода. От 0,1 мс до 0,3 мс, как показано на рис. 9 (b), дуга создает дугу в канале устройства и в конечном итоге формирует канал дуги, а ее электрическая проводимость также достигает тысяч (См / м). В то же время сформированный канал дуги будет генерировать сильную электромагнитную индукцию и запускать действие DJAEG. Поскольку интенсивность струй, испускаемых каждой дугой, гасящей энергетическую камеру, считается одинаковой, основной эффект общих струй, образованных схождением струй в цилиндре гашения дуги на канале дуги, является осевым.Под действием высокоскоростной струи канал дуги, расположенный в цилиндре гашения дуги, будет постепенно сжиматься с увеличением струи гашения дуги и окончательно гаситься. Следовательно, эффект гашения дуги зависит от скорости струи и времени поддержания струи. Диаграмма моделирования на рис. 9 (c) показывает, что дуга в цилиндре гашения дуги сжимается с 0,3 мс до 0,6 мс до тех пор, пока пространство не будет частично заполнено. отрезать. От 0,6 мс до 1,5 мс, как показано на рис.9 (d), по мере того, как скорость и интенсивность высокоскоростной струи продолжают увеличиваться, дуга в цилиндре гашения дуги изменяется от локальной спорадической трещины до общей большой трещины. Усеченная дуга не может быть повторно зажжена, потому что от столба дуги не поступает новая энергия. Его характеристики характеризуются постоянным снижением проводимости дуги. Как показано на фиг. 9 (e) и 9 (f), проводимость в цилиндре для гашения дуги снизилась до очень слабого уровня через 2 мс, а проводимость упала до уровня изолирующей среды через 4 мс.В это время дуга считается полностью погашенной. Поскольку высокоскоростной воздушный поток поддерживается в течение длительного времени (3,5 мс), явления повторного зажигания дуги в цилиндре гашения дуги не происходит.

Принимая во внимание реальную ситуацию, в двух энергетических камерах гашения дуги DJAEG есть задержки воздушного потока, поэтому устанавливается определенное время задержки струи. Разница во времени между камерами гашения дуги двух сопел была установлена ​​на 0,2 мс для дальнейшего моделирования.

Как видно из рис. 10 (а), через 0,3 мс первый воздушный поток выходит из энергетической камеры гашения дуги. Когда он задерживается на 0,2 мс, второй воздушный поток выпускается, как показано на рис. 10 (b). Поскольку интенсивность скорости потока струи во всех направлениях в цилиндре гашения дуги в это время разная, в цилиндре гашения дуги формируется неравновесное поле скорости потока. Поле скорости потока образует концентрированную скорость потока, которая складывается из осевого направления.В радиальном направлении, из-за разницы в интенсивности скорости потока, он будет оказывать определенное влияние на дугу в цилиндре гашения дуги. Это видно из рис. 10 (c), что от 0,5 мс до 1,2 мс первая струя и вторая струя постепенно достигают баланса в скорости струи через некоторый период времени. Как показано на фиг. 10 (d) –10 (f), с постепенным ослаблением интенсивности скорости потока первой струи, это неравновесное поле скорости потока появляется снова и продолжается до конца струи.Видно, что неравновесное поле течения будет оказывать определенное влияние на канал дуги. Его основные характеристики показаны на рис. 11 (а). Из-за влияния этого неравновесного поля скорости потока во время создания дуги дуга будет иметь определенную тенденцию к распространению в радиальном направлении. Однако из-за увеличения интенсивности потока струи из камеры для гашения дуги эта тенденция к диффузии сжимается в очень ограниченном диапазоне, которого недостаточно для формирования общей диффузии дуги.В то же время, тенденция локальной дуги к диффузии наружу в определенной степени ослабляет энергию локальной дуги. Удельная производительность показана на рис. 11 (б). Есть много областей диффузии проводимости в осевом направлении дуги в месте диффузии, но пик проводимости дуги в месте диффузии немного ниже, чем у дуги в других недиффузионных местах. ) –11 (е) показывает, что с увеличением интенсивности струи проводимость дуги дугогасящего цилиндра будет резко уменьшаться и постепенно достигнет процесса гашения.Из-за эффекта неравновесной струи, явление локальной диффузии, возникающее во время гашения дуги, приведет к образованию фрагментов дуги. На рис. 11 (d) и 11 (e) показано, что распределение электропроводности в цилиндре для гашения дуги является неравномерным во время процесса гашения дуги. Если в это время вводится новая энергия дуги, образовавшиеся фрагменты дуги могут далее развиться в новый канал дуги. Однако продолжительность струй, излучаемых DJAEG, достаточно велика, чтобы новая энергия дуги не могла вызвать эти фрагменты дуги.Таким образом, DJAEG может гарантировать, что погасшая дуга не загорится снова.

По сравнению с одноструйным дугогасящим промежутком, DJAEG обладает более сильной дугогасящей способностью и более длительным временем поддержания воздушного потока. Из моделирования видно, что поле равновесного потока, создаваемое DJAEG, более эффективно, чем поле неравновесного потока. Однако в практических промышленных приложениях реализовать равновесное поле течения очень сложно. Поле неравновесной скорости потока, создаваемое DJAEG, является опорным значением.По сравнению с одноструйным полем, способность гашения дуги значительно улучшена, и время, необходимое для гашения дуги, уменьшилось. Воздушный поток в неравновесном поле течения сохраняется более длительное время. Однако необходимо обратить внимание на возможность подавления повторного зажигания дуги после гашения неравновесного поля течения.

Инженерные пособия: Дуговые гасители

В Модуле 5 обсуждалось несколько способов или комбинаций способов гашения дуги.В силовых выключателях низкого напряжения используются некоторые типы дугогасителей (дугогасительные камеры или дугогасительные камеры), установленные над и вокруг главных контактов для гашения дуги в воздухе (рисунки 21 и 22). Это привело к названию силовых воздушных выключателей низкого напряжения.

Дугогасительные камеры в той или иной форме использовались для гашения дуг более полувека. Основная цель дугогасительной камеры – гасить дугу каждый раз, когда автоматический выключатель прерывает ток. Это достигается за счет ограничения, разделения и охлаждения дуги.После этого дуга не может выдержать нулевой ток.

Не все дуговые гасители одинаковы, поэтому некоторые из них более эффективны, чем другие. Эффективность очень важна, потому что количество контактных повреждений, вызванных дуговым разрядом, напрямую зависит от того, насколько быстро или эффективно гаснет дуга. Повышение эффективности приводит к увеличению срока службы контактов.

Во время процесса искрения ионизированные газы образуются и обычно отводятся каким-то образом безвредно вдали от автоматического выключателя, отсека выключателя и любого оператора, который может находиться в непосредственной близости от оборудования.Также известно, что высокое давление, создаваемое этими газами, при правильном регулировании может быть эффективно использовано во время прерывания.
С этой целью в конструкции силового выключателя низкого напряжения в литом корпусе, например, используется это давление газа, чтобы помочь в процессе прерывания, минимизируя утечку газа обратно в сам выключатель. Это улучшение достигается за счет использования уплотнений в дуговой камере и плотной подгонки деталей и деталей. Этого можно добиться только с помощью литых рам.Очевидно, что дизайн и процесс немного сложнее, чем только что описано. На данный момент самое важное, что нужно помнить, – это то, что оригинальная концепция гасителя дуги все еще используется сегодня, но были предприняты большие шаги для улучшения исходной концепции со значительным повышением общей эффективности.
Приводной механизм
В модуле 5 вы узнали, что некоторый тип механизма снабжен всеми автоматическими выключателями для размыкания и замыкания. Силовые выключатели низкого напряжения – не исключение.Приводной механизм силового выключателя низкого напряжения состоит из ряда различных частей, узлов и принадлежностей, предназначенных для обеспечения того, чтобы выключатель постоянно размыкался и замыкался.
Механизм представляет собой двухступенчатый пружинный тип накопленной энергии, обеспечивающий три основные функции:

• Средство для взведения замыкающих пружин
• Средство включения / выключения выключателя с использованием накопленной энергии замыкающих и размыкающих пружин
• Средство для выполнения рабочего цикла «Открытие-Закрытие-Открытие».
Существуют две разновидности механизма:
• Ручной
• Электрический (с приводом от двигателя)

Пружины включения выключателя с ручным управлением заряжаются вручную с помощью некоторого типа рукоятки зарядки.Автоматический выключатель включается с помощью кнопки включения вручную, что является механическим процессом. Когда автоматический выключатель замыкается, заряжается набор меньших отключающих пружин. Автоматический выключатель размыкается с помощью кнопки ручного отключения (размыкания), что является механическим процессом.

Защитные блокировки, дополнительные устройства и расцепители также могут вызвать срабатывание автоматического выключателя посредством механических средств. Большинство силовых выключателей с ручным управлением можно оборудовать дополнительным устройством для электрического высвобождения накопленной энергии пружины, таким образом замыкая выключатель.

Ранее было непрактично или даже невозможно было преобразовать силовые выключатели низкого напряжения с ручным управлением в электрические выключатели в полевых условиях. Это больше невозможно с новыми конструкциями силовых выключателей низкого напряжения. Такие конструкции позволяют преобразовывать автоматические выключатели с ручным управлением в автоматические выключатели с электрическим приводом путем установки на месте электрических приводов, включенных в список UL.


Автоматический выключатель с электрическим приводом может работать так же, как и автоматический выключатель с ручным управлением.Кроме того, для автоматического взвода замыкающих пружин обычно используется небольшой электродвигатель, а также предусмотрено электрическое средство для включения или отключения (размыкания) автоматического выключателя.

Встроенный расцепитель
Чтобы автоматический выключатель выполнял свою работу, должны быть предусмотрены средства, позволяющие автоматическому выключателю срабатывать автоматически или в ответ на другие команды. Словом, выключатель – довольно тупой прибор без мозга (источник разведки). Этот источник информации – расцепитель.
В соответствии со стандартами ANSI, силовые выключатели низкого напряжения должны быть оснащены встроенным расцепителем. Это означает, что расцепитель должен находиться внутри автоматического выключателя или как его часть. До появления первого твердотельного расцепителя расцепители электромагнитного типа, обычно называемые магнитными расцепителями с двойным максимальным током, использовались со всеми силовыми выключателями низкого напряжения. В последнее время этот тип отключающих устройств на силовых выключателях низкого напряжения исчез со сцены.По этой причине в этом модуле будут обсуждаться только расцепители на базе микропроцессоров.

Типичный расцепитель на базе микропроцессора, используемый с силовыми выключателями низкого напряжения, предлагает следующие возможности:
• Программирование
• Мониторинг
• Диагностика
• Связь
• Тестирование


Возможности конкретного расцепителя зависят от отключения Сам дизайн агрегата и системные требования. Некоторые расцепители могут предлагать только базовые функции, в то время как другие могут предлагать базовые функции или, если этого требует система, дополнительные сложные и высокоразвитые функции.
Реакция срабатывания расцепителя расцепителя графически представлена ​​кривыми время-токовой характеристики. Эти кривые показывают, как и когда конкретный расцепитель будет действовать при заданных значениях времени и тока. Характеристическая кривая представлена ​​полосой, созданной минимальным и максимальным значением времени или тока.

Программируемые или регулируемые функции расцепителя позволяют перемещать его характеристическую кривую или части кривой. Это движение можно делать как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.Некоторые расцепители даже позволяют изменять форму кривой.

Большинство расцепителей предлагают следующие комбинации защиты:

• (L) Защита с длительной задержкой – защита от перегрузок и коротких замыканий
• (S) Защита от короткого замыкания – защита от коротких замыканий
• (I) Мгновенная защита – защита от короткого замыкания схемы
• (G) Защита от замыканий на землю – защита от замыканий на землю

Расцепитель, обеспечивающий одновременно все четыре вида защиты, обычно называется расцепителем LSIG. Также доступны другие комбинации, такие как LI, LS, LSI, LIG ​​и LSG.
Функции длинного, короткого замыкания и заземления должны иметь программируемые значения тока и времени. Очевидно, что мгновенное срабатывание не связано с временем, потому что срабатывание происходит мгновенно (рис. 26). У расцепителей эти различные программируемые функции запрограммированы таким образом, чтобы они согласовывались друг с другом и с требованиями защищаемой системы, чтобы обеспечить максимально возможную координацию системы и защиту от всех непредвиденных обстоятельств.В этой дисциплине координации вы начинаете слышать такие фразы, как формирование кривой и тесная координация. В этом модуле не будет предпринята попытка вдаваться в подробности этой дисциплины. Это довольно специализированный метод, и его лучше оставить людям, прошедшим соответствующую подготовку.

Более совершенные расцепители могут контролировать и отображать токи, энергию, мощность, качество электроэнергии и коэффициент мощности. Они также могут диагностировать проблемы и заранее предупреждать о потенциальных проблемах, например о гармониках.Также доступна двусторонняя связь для удаленного мониторинга и управления. Это дает пользователю рентабельный способ мониторинга и управления обширными, многопозиционными объектами с широким спектром защитного оборудования и рабочего оборудования.

Тесты срабатывания и отсутствия срабатывания обычно могут выполняться на расцепителе и автоматическом выключателе с использованием встроенных возможностей тестирования или отдельных тестовых комплектов. Обычно испытания можно проводить при работающем автоматическом выключателе и полной защите, обеспечиваемой во время испытания.Этот тип тестирования является вторичным. Первичное тестирование включает специальное тестовое оборудование и опыт тестирования и не обсуждается в этом модуле.

Принадлежности
Принадлежности, используемые с силовыми выключателями низкого напряжения, обычно добавляются к автоматическому выключателю для обеспечения дополнительных функций, таких как индикация состояния и дистанционное управление. Однако возможно, что некоторые аксессуары для некоторых конструкций автоматического выключателя могут быть установлены удаленно от автоматического выключателя.Эти устройства могут быть полностью механическими, полностью электрическими или комбинированными. Цель здесь состоит в том, чтобы кратко обсудить функции обычно используемых аксессуаров, хотя все силовые выключатели низкого напряжения не обязательно включают в себя все обсуждаемые устройства, и этот список не является исчерпывающим.
• Электропривод – это набор устройств, включающий небольшой двигатель взвода пружины, который при добавлении к ручному выключателю преобразует его в автоматический выключатель с электрическим приводом.Это позволяет дистанционно управлять выключателем (размыкать / замыкать). Возможность установки этого устройства в полевых условиях более характерна для новых силовых выключателей низкого напряжения. Силовые выключатели обычно бывают ручными или электрическими по конструкции, и их нелегко переоборудовать.
• Счетчик операций – Счетчик операций – это счетное устройство, обычно каким-либо образом связанное с операционным механизмом. Он используется для подсчета операций включения и выключения автоматического выключателя и служит вспомогательным средством при техническом обслуживании.
• Вспомогательный переключатель – Вспомогательный переключатель состоит из «нормально разомкнутого» (NO) и «нормально замкнутого» (NC) контактов (Рисунок 27). Контакты на некоторых переключателях можно преобразовать из НО в НЗ и наоборот. Контакты часто называют контактами «а» или «б». «A» разомкнут, когда автоматический выключатель разомкнут, а «b» замкнут, когда прерыватель цепи разомкнут. Короче говоря, эти вспомогательные контакты меняют «состояние», когда главные контакты автоматического выключателя меняют «состояние». Вспомогательный выключатель обычно устанавливается на автоматический выключатель.Контакты этих переключателей часто используются для электрического управления выключателем, дистанционной сигнализации и электрической блокировки.


• Расцепитель минимального напряжения (UVR) – Расцепитель минимального напряжения, обычно электромеханическое устройство, установленное на автоматический выключатель, отключает автоматический выключатель, когда напряжение падает ниже заданного уровня.
• Независимый расцепитель (ST) – Независимый расцепитель – это электромеханическое устройство, которое является стандартным для большинства силовых выключателей с электрическим приводом. При добавлении к автоматическому выключателю с ручным управлением он обеспечивает электрическое отключение с дистанционным управлением.
• Пружинный выключатель (SR) – Пружинный выключатель входит в стандартную комплектацию большинства силовых выключателей с электрическим приводом. При добавлении к автоматическому выключателю с ручным управлением он позволяет электрически замкнуть выключатель из удаленного места.
• Сигнализация звонка (OTS) – Сигнализация звонка, часто называемая выключателем максимального тока (OTS) на силовом автоматическом выключателе, обычно устанавливается на автоматический выключатель. Его функция состоит в том, чтобы подавать сигнал, указывающий на то, что автоматический выключатель отключился автоматически (команда расцепителя).Он не сработает, если автоматический выключатель отключен другими способами, например, с помощью кнопки ручного отключения, электрического переключателя или срабатывания расцепителя минимального напряжения.
• Запорные устройства – силовые выключатели низкого напряжения обычно имеют широкий набор механических запорных устройств для предотвращения несанкционированного срабатывания выключателя.


• Механические блокировки – эти устройства позволяют механически заблокировать два выключателя. Обычно такое устройство используется для предотвращения включения одного автоматического выключателя, когда другой выключатель уже включен.
• Устройство отключения конденсатора – Устройство отключения конденсатора обычно устанавливается снаружи автоматического выключателя. В нем используется небольшой накопительный конденсатор для управления выключателем по переменному току, чтобы обеспечить надежное отключение при возникновении неисправности.
• Подъемное устройство – поскольку некоторые силовые выключатели низкого напряжения могут быть значительными и тяжелыми, обычно доступны различные устройства для подъема и перемещения автоматического выключателя, когда он выходит из своего отсека (Рисунок 29).
Подъемное устройство на рейке, используемое для подъема силового выключателя Magnum DS


• Выключатель аккумуляторных батарей (TOC), приводимый в действие грузовиком – Выключатель TOC обычно устанавливается в отсеке выключателя и активируется перемещением выкатного выключателя внутрь и из положения «Подключено».Когда выключатель перемещается, контакты активируются, обеспечивая дистанционную индикацию положения выключателя.

Патенты и заявки на материалы для тушения дуги (класс 218/158)

Номер патента: 59

Abstract: Переключатель, содержащий корпус переключателя, контакты, приспособленные для размыкания и замыкания, камеру гашения дуги, расположенную рядом с контактами, и дугогасящий материал, способный уменьшить количество рассеиваемых металлических частиц и свободных углеродов. от компонентов, расположенных внутри переключателя, за счет дуги, возникающей при размыкании или замыкании контактов, или способных изолировать металлические частицы и свободные углероды для преобразования в изолятор, тем самым препятствуя снижению сопротивления дуги, которое ожидается при возникновении и гашении дуга и снижение сопротивления изоляции, которое, как ожидается, произойдет внутри и вокруг камеры гашения дуги, а также на внутренних поверхностях стенок корпуса переключателя после и после гашения дуги.

Type: Grant

Filed: September 30, 1997

Date of Patent: November 23, 1999

Assignee: Mitsubishi denki Kabushiki Kaisha

Inventors: Shoji Yamaguchi, Itsuo Nishiyama, Fumiaki Baba, Mitugu Takahasi, Takao Mitsuhashi, Kazuharu Kato, Osamu Hiroi, Tadaki Murakami, Hiroshi Adachi, Kenichi Nishina, Kazunori Fukuya, Shinji Yamagata, Shunichi Katsube

Schematic diagram of the arc extinguishing system of air DCCB.

(a) …

Context 1

… схематическая диаграмма системы гашения дуги типичного воздушного DCCB показана на рис. 1. Она состоит из двух контактов, двух направляющих дуги и дугогасительной камеры. комплектуется группой разделительных пластин. Дуги можно разделить на диагональные и горизонтальные. Дуговая камера размером в десятки сантиметров имеет форму трубы слева. Область изгиба между диагональю и горизонтальной дугой …

Контекст 2

… из двух контактов, двух дугогенераторов и дуговой камеры, снабженной группой разделительных пластин. Дуги можно разделить на диагональные и горизонтальные. Дуговая камера размером в десятки сантиметров имеет форму трубы слева. Область изгиба между диагональными и горизонтальными направляющими дуги (область G на рис. 1) образует вход в дугогасительную камеру (область H на рис. 1). Разделительные пластины прямоугольной формы и расположены параллельно. В нормальных условиях отключения дуга будет коммутироваться к направляющим дуги от контактов и попадет в дугогасительную камеру из-за силы Лоренца и аэродинамической силы. Ток короткого замыкания не будет отключен, если …

Контекст 3

… не снабжен группой разделительных пластин. Дуги можно разделить на диагональные и горизонтальные. Дуговая камера размером в десятки сантиметров имеет форму трубы слева. Область изгиба между диагональными и горизонтальными направляющими дуги (область G на рис. 1) образует вход в дугогасительную камеру (область H на рис. 1). Разделительные пластины прямоугольной формы и расположены параллельно.В нормальных условиях отключения дуга будет коммутироваться к направляющим дуги от контактов и попадет в дугогасительную камеру из-за силы Лоренца и аэродинамической силы. Ток короткого замыкания не будет отключен, если напряжение дуги не поднимется достаточно высоко, чем напряжение питания …

Контекст 4

… напряжения дуги и тока дуги, а также положения дуги в любое время процесса переключения должны быть записаны. Расположение экспериментальных устройств показано на рис. 2. Источник постоянного тока генерируется двухполупериодным выпрямлением переменного тока. Принятый образец представляет собой полностью воздушный DCCB с такой же структурой, как показано на рис. 1, в котором операция отключения вызывается магнитным расцепителем. Для записи изображений движения дуги передняя стенка дуговой камеры и изолирующие компоненты перед контактами заменяются прозрачными материалами. Ток дуги измеряется поясом Роговского, а напряжение дуги – высоковольтным датчиком …

Контекст 5

… ∼t = 8,5 мс, главный столб дуги входит во входную зону дуговой камеры, а корни дуги достигают области изгиба направляющих дуги (область G на рис. 1), при этом напряжение дуги возрастает до ∼500 В. Затем происходит небольшая обратная коммутация около входа в дугогасительную камеру при t = 8,7 мс, которая характеризуется падением напряжения на дуге, как показано на рис. 3. Дуга движется назад на 0,2 мс. Затем столб дуги снова расширяется и продолжает устойчиво гореть на входе в дугогасительную камеру с . ..

Контекст 6

… ширина дуговой камеры составляет 110 мм, распределение температуры на плоскости симметрии движения дуги показано на рис. 10, а соответствующий результат на плоскости y − z показан на рис. 11. Сравнение дуги При ширине камеры 190 мм видно, что столб дуги более сужен в направлении оси y, а хвост дуги намного меньше. Кроме того, температура в сердечнике дуги намного выше, чем в краевых областях. Под этим …

Контекст 7

… ширина дуговой камеры составляет 110 мм, распределение температуры на плоскости симметрии движения дуги показано на рис. 10, а соответствующий результат на плоскости y − z показан на рис. 11. Сравнение дуги При ширине камеры 190 мм видно, что столб дуги более сужен в направлении оси y, а хвост дуги намного меньше. Кроме того, температура в сердечнике дуги намного выше, чем в краевых областях. В этом случае обратная коммутация не наблюдается, так как корни дуги движутся вдоль…

Контекст 8

. .. расчетного смещения корня дуги в зависимости от времени для разной ширины дуговой камеры показано на рис. 12 130000 125000 120000 115000 110000 105000 100000 95000

85000 80000 75000 70000 65000 60000 55000 50000 T = 0,4 мс T = 0,5 мс T = 0,65 мс T = 0,85 мс T = 1,0 мс …

Контекст 9

… sr ​​- смещение дуги, sa – смещение корня анода, sc – смещение корня катода, P s – граница раздела между анодом или катодом и столбом дуги, а J (x, y, z) – плотность тока [5].Из рис. 12 видно, что процессы смещения дуги практически идентичны на начальном этапе, когда ширина дуговой камеры составляет 70, 110, 150 и 190 мм. Но как только дуга достигает V-образной формы, появляется влияние ширины дуговой камеры на движение дуги. Когда ширина дуговой камеры меньше, то есть <110 мм, смещение дуги изначально отстает ...

Контекст 10

… появляется ширина при движении дуги. Когда ширина дуговой камеры меньше, то есть <110 мм, смещение дуги сначала отстает, но через короткое время догоняет. Явление застоя переменного тока более или менее наблюдается во всех четырех расчетных случаях в соответствии с медленным изменением смещения дуги на входе в дугогасительную камеру, как показано на рис. 12. Когда ширина дуговой камеры меньше, время, затрачиваемое на застой дуги …

Контекст 11

… различия кривых смещения дуги вызваны различиями в распределении давления и температуры в дугогасительных камерах. Распространение давления в плоскости y – z с дуговыми камерами шириной 110 и 190 мм при движении дуги показано на рис.13. Большая дуговая камера более благоприятна для выпуска взрывной волны, вызванной расширением дуги. Следовательно, дуга в большей камере в начальный период ускоряется до более высокой скорости. Но для последующего движения дуги более узкая дуговая камера более благоприятна для продвижения дуги. Это можно объяснить двумя аспектами. …

Контекст 12

… когда давление ∼1–2 атм [33], [34]. Следовательно, широко распространенный столб высокотемпературной дуги увеличивает время миграции полного дугового тока, и, следовательно, скорость движения дуги уменьшается. Во-вторых, имеется очевидная область низкого давления в задней части столба дуги в соответствии с последовательностями распространения давления, показанными на рис. 13. Отрицательный перепад давления в дуговой камере уменьшил бы скорость поля потока и уменьшил бы аэродинамический привод. сила для движения дуги. В более широкой дуговой камере зона низкого давления длится намного дольше, и движение столба дуги, особенно остаточного хвоста дуги, постоянно зависит от отрицательного давления …

Контекст 13

… Изменение напряжения дуги во времени для разной ширины дуговой камеры показано на рис. 14. Когда ширина дуговой камеры составляет 110 и 190 мм, расчетные результаты показывают почти ту же тенденцию, что и эксперименты. Для трех меньших дугогасительных камер (70, 110 и 150 мм), хотя дуга проходит через зону изгиба направляющих дуги с низкой скоростью, напряжение дуги все равно постоянно увеличивается. Это вызвано непрерывным …

Контекст 14

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.