Газовое дугогашение

Принцип гашения дуги. Газовое дугогашение основано на исполь­зовании воздействия на дугу потока газов. При этом возможно как механическое воздействие газов на дугу (захват частиц ствола дуги газовым потоком, его удлинение и разрыв), так и усиление охлаж­дения ствола дуги холодным газовым потоком или газами повы­шенной теплоемкости, оказывающими сильное деионизирующее воз­действие. В тяговых аппаратах нашли применение два основных вид газового дугогашения: расширительное, при котором поток газов создает сама дуга, и воздушное, когда на дугу действует искусствен­ная воздушная струя.

При расширительном дугогашении не требуется специальных сложных устройств для создания направленной газовой струи. Оно наиболее подходит для аппаратов (или их элементов) одноразового использования — вставок плавких предохранителей. Принцип рас­ширительного дугогашения заключается в разрушении ствола дуги в процессе импульсного повышения давления в зоне дугогашения, а затем его импульсного снижения. При этом ионизированные части­цы ствола рассеиваются и разрушается его целостность как провод­ника тока. Эффект дугогашения усиливается, если пространство ствола заполняется нейтральной, неионизированной массой (жидко­стью, порошком, песком).

Ускорить процесс могут выделяющиеся в зоне дуги деионизи­рующие газы, например водородсодержащие газы, обладающие вы­сокой теплоемкостью, которые выделяются при обгорании фибры и некоторых других материалов. По условиям работы на э. п. с. при­менять масляные выключатели, работающие по этому принципу, невозможно. Некоторое распространение (в ФРГ) получили на э. п. с. переменного тока главные выключатели, в которых исполь­зуется химически чистая вода, но они непригодны для работы при низких температурах, а поэтому широко не применяются. Расшири­тельное дугогашение используют только в плавких предохранителях.

Плавкие предохранители. Первоначально такие предохранители выполняли с выхлопом газов в окружающее пространство (высоко­вольтные предохранители «стреляющего» типа для защиты вспомо­гательных цепей). Однако при этом происходила такая ионизация воздуха высоковольтной камеры, при которой возникали дуги в других цепях. Применяют плавкие предохранители только герме­тические, заполненные кварцевым песком или мраморной крошкой и мелом.

В герметических предохранителях, особенно с кварцевым песком, при расплавлении вставки образуется трубчатый канал со стенка­ми из стекловидной массы объемом

q≅(5÷6) ,

где — соответственно свободная длина, см, и площадь попереч­ного сечения проводника вставки, .

При индуктивности L, Гн, цепи, отключаемой предохрани­телем, и токе срабатывания в образовавшейся стекловидной труб­ке может возникнуть импульсное давление, Па,

p≅ x L∙ ,

где х — постоянная, зависящая от материала вставки и трубчатой обо­лочки предохранителя. При медной вставке и фарфоровой трубке х ≅0,6÷0,75; при цинковой вставке и фибровой трубке х = 0,4÷0,5.

Если в предохранителе несколько проводников, составляющих самостоятельные параллельные цепи, то значения q для всех про­водников необходимо суммировать.

Импульсное давление на оболочку предохранителя , где Q — внутренний объем предохранителя, .

Повышение внутреннего давления ускоряет нарастание восста­навливающейся прочности (рис. 3.32). Форму и площадь сече­ния проводников предохранителей обычно подбирают опытным пу­тем. При токах до 15—25 А их изготовляют из медной или цинковой проволоки, при больших токах — штампованными из медного или цинкового листа. Необходимые диаметры, мм, медной и цинковой проволоки определяют соответственно как:

/78 и ≅( /12,5 .

Такие плавкие предохранители сравнительно просты и дешевы, однако обладают нестабильностью характеристик. Нагреваясь при рабочих режимах до сравнительно высоких температур, их провод­ники довольно быстро окисляются, в результате чего уменьшается площадь их сечения. Следовательно, с течением времени ток их сра­батывания /0 снижается. Поэтому в эксплуатации их необходимо профилактически заменять, что не всегда удобно.

Рис. 3.32. Кривые, характеризующие нарастание электрической прочности зазора при изменении давления газа

Рис. 3.33. Схема, поясняющая восстановление электрической прочности воздушного выключателя:

I — остаточный ствол; 2 — ограничитель; 3 — неподвижный контакт; 4 — подвижной контакт

Эти сложности отпадают в случае применения малых автоматических выключа­телей вместо плавких предо­хранителей.

Рис. 3.34. Кривые, поясняющие харак­тер нарастания относительной элек­трической прочности зазора воздуш­ного выключателя

Воздушное дугогашение. Не­обходимость применения воз­душного дугогашения в тяговых аппаратах вызвана тем, что на участках, электрифицированных переменным током при коротких замыканиях, приходится отклю­чать мощности до 200—250 MB • А и токи до 20—25 кА. Выключа­тели других типов в этих усло­виях по ряду причин оказывают­ся для э. п. с. неприемлемыми.

Высокая эффективность воздушного дугогашения, особенно для аппаратов переменного тока, определяется сочетанием механиче­ского и теплового воздействия на дугу. Существенно также быстрое нарастание восстанавливающейся прочности воздушного зазора в результате его деионизации интенсивным обдуванием воздушным потоком. При переменном токе для высоковольтного выключателя последнее имеет решающее значение.

Интенсивность восстановления электрической прочности воз­душного зазора зависит оттого, как быстро исчезнет остаточная часть ствола дуги (рис. 3.33). Это определяется так называемой постоян­ной времени горения дуги ϑ= .

Количество теплоты , которое надо добавить к единице длины ствола дуги или отнять для того, чтобы его сопротивление из­менилось в е = 2,18 раза, зависит от свойств ионизированного газа ствола дуги и от его диаметра .

Мощность дуги = Е/I, где Е — градиент падения напряже­ния в дуге.

Мощность, рассеиваемая с единицы длины (1 см) ствола дуги, зависит от интенсивности охлаждения и выбивания струей воздуха частиц ионизированного газа из ствола, а в первую очередь от ско­рости ϑB воздушного потока в зоне дугогашения. Мощность — значение P в предположении ее постоянства, т. е. предположении, что вольт-амперные характеристики дуги

Е (I) имеют вид равно­бочной гиперболы (I) = IE = const.

При этих условиях

exp[t(2ϑ)]

Где —начальная электрическая прочность зазора. Относительное значение восстанавливающейся прочности (рис. 3.34), %, = 100 / , где - пробивное напряже­ние неионизированного воздуха.

Удовлетворительные результаты получаются при скорости воз­духа 25÷40 м/с. Получить такие скорости воздушного по­тока в месте дугообразования можно, придав контактным деталям функции клапана, открывающего воздушное сопло. По условиям работы контакта его диаметр

≥ где - линейная плотность тока, А/мм.

При полном раскрытии контактов площадь сечения бокового прохода воздуха , где - перемещение подвижного контакта, мм.

После выключения минимальная площадь проходного сечения, , диаметром будет

= 0,25π .

Чтобы получить требуемую скорость , необходим расход воз­духа, /с, или .

Получить такой расход воздуха можно, если выполняется усло­вие

Q≅ ,

где — давление сжатого воздуха, Па; — аэродинамическая посто­янная (сопротивление) пневматической системы аппарата, зависящая от его проходных поперечных сечений и их конфигурации.

При воздушном дугогашении в большинстве случаев неизбежно появление срезов тока или его резких снижений, близких к срезам. Поэтому для ограничения коммутационных перенапряжений выклю­чатель шунтируют резистором нелинейного сопротивления, влияние которого ясно из рис. 3.9.

Воздушное дугогашение не следует смешивать с применяемой иногда в контакторах продувкой дугогасительной камеры (см. рис. 4.8). Она служит для деионизации камеры после погасания ду­ги, но не может оказать заметного влияния на горение дуги. Для это­го недостаточна скорость воздуха и, кроме того, поток направлен неоптимально по отношению к дуге.

Дата добавления: 2015-07-12