Електричні апарати (стр. 14 из 31)

Як правило, R_Ш – дуже великий (кіло- і мегаоми), а C – мала – долі мікрофарад. Якщо вважати, що R_Ш → ∞, а C → 0, то отримаємо схему, представлену на рис. 8.5.

Розрізняють ВАХ статичну і ВАХ динамічну. ВАХ, що знята при повільній змінні струму називається статичною. Динамічні характеристики – це характеристики, які знімаються, коли швидкість струмозміни є великою і внаслідок теплової інерції дугового стовпа зміна опору дуги не встигає за струмом. Тому динамічних характеристик є багато, в залежності від швидкості наростання струму, а статична характеристика є одна (див. рис.8.4). Як видно із рисунка, статична характеристика іде вище і крутіше. Для схеми рис.8.5 можна записати:

1)

(8.1)

2)

(8.2) (а)

3)

(б)

Розглянемо рис.8.6.

1– напруга джерела U_C;

2 – спад напруги на активному опорі (відраховується від прямої 1);

3 – ВАХ-дуги.

Точки а і б – точки, де виконується рівність (8.3).

При стабільно „горящій” дузі

=0, тому

4)

(8.3)

Проаналізуємо графічний розв’язок рівняннь (8.2), (8.3), представлені на рис. 8.6.

Стан дуги в точках (а), (б) для нашого випадку є рівноважним.

1) якщо коло складається з R, L, то для будь-якого моменту часу процес описується в загальному формулою 8.2 (а), або для дуги – 8.2 (б);

2) при стабільно горящій дузі формула 8.2 переходить у формулу 8.3;

3) для того, щоб дуга погасла необхідно, щоб струм з часом зменшувався, тобто

було <0.

4) В нашому випадку це означає, що при

; ; <0 (бо <0). З урахуванням знаків це показує, що, якщо по якійсь причині струм стане менше і_а, то він впаде до нуля. Дуга погасне;

5) якщо по якійсь причині струм стане дещо більше і_а, то отримаємо

. Тобто в колі з’явиться „надлишкова” напруга, яка приведе до зростання струму до значення І_б. Між точками а і б >0. Зростання струму супроводжується накопиченням енергії.

6) при струмі

для підтримки цього струму напруги недостатньо, і струм впаде до значення його в т. (б). Дуга буде горіти стабільно, коли І=І_б.

Для гасіння дуги необхідно, щоб виконувалась умова:

Це означає: якщо забезпечити такий режим, що ВАХ лежить вище , то дуга обов’язково загаситься.

Це твердження відповідає загальному правилу, яке описує процес вимикання кола.

Апарат вимикає коло, а комутуючий елемент стає діелектриком, якщо його електрична міцність в процесі вимикання вища напруги на ньому.

На рис. 8.8 якісно показано залежність від часу відновлювальної міцності (U_Bм) і напруги (U_вн).

Особливості горіння і гасіння дуги змінного струму при вимиканні (попередні відомості)

Якщо навантаження в колі активне, то cos

=1. При цьому залежність від часу буде такою, як показано на рис. 8.9. Опір дуги носить активний характер.

Для активного характеру навантаження процес протікає наступним чином:

1) В момент появи струму різко наростає напруга на дузі і досягає значення напруги запалювання. Із ростом струму спад напруги на дузі падає і досягає мінімуму при

.

2) Після цього напруга дуги зростає і досягає напруги гасіння.

3) Якщо струм вимикається, то відбувається гасіння. Якщо струм продовжує проходити, то ця система відновлює попередній стан і, горіння дуги продовжується.

Згасне чи не згасне дуга залежить від процесу деіонізації, який в свою чергу залежить від того, які властивості має дуговий розряд (довжина дуги, величина концентрації іонів в дузі) і відношення фаз між напругою і струмом. Якщо наростання опору в проміжку стовпа дуги буде випереджувати наростання напруги в цьому проміжку, то дуга погасне. Якщо ж наростання опору в проміжку буде іти повільніше, то може відбуватися повторне запалювання дуги (рис.8.9).

При гасінні дуги процес відновлення напруги на дуговому проміжку може носити аперіодичний і періодичний характер. Зв’язане це з накопиченням та перерозподілом електромагнітної енергії в контурі, що утворено індуктивністю, ємністю кола сітки і дугою при аперіодичному характері – дуга гаситься за 1 період.

9. Відновлювана міцність та особливості горіння дуги

Розглянемо детальніше процес відновлювання електричної міцності та особливості горіння і параметри дуги при різних умовах.

9.1 Відновлювана міцність та її стадії відновлення.

Закономірності наростання в часі відновлюваної міцності міжконтактного проміжку апарату є основною характеристикою дугогасильного пристрою.

Електрична міцність, що утворюється в процесі вимикання кола, називається відновлюваною міцністю.

В процесі відновлення електричної міцності комутуючий орган і його міжконтактний проміжок перетворюється із провідника електричного струму в діелектрик.

(Перехід метал – діелектрик)

Процес розбивається на характерні стадії (див. рис. 9.1):

В стадії I – горіння дуги – міжконтактний проміжок теж має певну міцність, під якою розуміють значення напруги, необхідної для підтримання незмінної провідності дугового стовпа.

Це поняття базується на наступному: якщо потужність, яка підводиться до дуги, що дорівнює

більше потужності, яка відводиться від дуги, то дуга буде існувати.

Якщо ж навпаки, відводитись буде більша потужність, ніж підводитись, то умови існування дуги порушуються, і вона гаситься. При рівності цих величин – дуга знаходиться в стійкому стані.

Звідси

(9.1)

- потужність, що відводиться від дуги з одиниці її довжини.

Найбільш інтенсивне зростання і великі значення відновлюваної напруги досягають в недугових стадіях газового розряду, коли в процесі вимикання кола струм уже не проходить, а лише безпосередньо за переходом струму через нульове значення по проміжку проходить невеликий залишковий струм (~мА).

В стадії II відновлювана міцність утворюється на приелектродних ділянках, а її зростання визначається відведенням теплоти в контактні елементи. Для II стадії характерним є тліючий розряд: величини міцності співрозмірні із катодним падінням при цьому розряді.

В III стадії міцність відновлюється на довжині стовпа газового розряду, що закінчується руйнуванням стовпа і його перетворенням в ізолятор (IV стадія).

Математична теорія відновлюваної міцності ще не розроблена. Тому достовірним є лише її експериментальне визначення по величині пробивної напруги, що викликає пробій проміжку в той, чи інший момент часу в стадіях II – IV.

Варіант експерименту по дослідженню відновлюваної міцності показано на рис 9.2.

Кожна точка U₁, U₂, U₃ окремих кривих U(t) характеризує певну точку лінії пробою проміжка між електродами. Міняючи ємність С, міняємо U_пробояі час t_пробоя, при сталому

, будуємо криву U(t).

9.2 Загальні характеристики дуги

9.2.1 Електрична міцність. Теплова стала дуги. Перенапруга. Швидкість відновлення напруги

Як уже відмічалось, з інженерної точки зору найбільш важливою характеристикою апарату, що вимикає, є притаманна комутуючому елементу електрична міцність.

Вона протистоїть наростанню на комутуючому елементі напруги.

Нагадаємо ще раз загальне правило: апарат вимикає коло, а комутуючий елемент стає діелектриком, якщо його електрична міцність в процесі вимикання вище напруги на ньому. Якісно це показано на рис.9.3.