Перенапряжения при гашении дуги
Большинство коммутаций в цепях высокого напряжения сопровож- даются возникновением электрической дуги, которая представляет собой вид электрического разряда, характеризуемый большой плотностью тока и термической ионизацией молекул газа. Скорость снижения тока при гаше- нии дуги определяет возникающие перенапряжения в сети. Условия существования дуги и ее характеристики зависят от скоро- сти ее охлаждения. При токах более 200-300 А и неподвижной дуге в воз- духе средний градиент потенциала на дуге составляет 8..10 В/см. Если на- пряжение на размыкаемых контактах меньше 15..20 В, то дуга возникнуть не может и ток прерывается за очень короткое время (менее 1 мс), что при больших токах и значительных индуктивностях в цепи приводит к боль- шим перенапряжениям. При небольших токах, менее 0,4..1 А, не обеспечи- вается баланс тепла в дуге и размыкание цепи сопровождается многочис- ленными неустойчивыми разрядами со значительными перенапряжениями. При достаточно больших токах и напряжениях на размыкаемых кон- тактах возникает устойчивая дуга, свойства которой определяются вольт- амперной характеристикой (статической для установившейся дуги посто- янного тока и динамической при отключении или при переменном напря- жении). Для иллюстрации влияния скорости гашения дуги на возникаю- щие перенапряжения достаточно рассмотреть процессы в простейшей цепи постоянного тока с резистором и катушкой по рис. 15.3. di Согласно второму закону Кирхгофа U = iR + L + u д.При располо- dt жении вольтамперной характеристики дуги по рис. 15.4а и токе i > I1по- di лучается L dt = U − iR − u д>0 , так что ток в цепи растет вплоть до значе- di ния I2, и при токе I2получается L dt = U − iR − uд=0 , изменения тока не будет и дуга будет гореть длительно. Точка тойчивого равновесия.
i = I1является точкой неус-
ua=U
a
R
b
ub
L
i
uc=uд
c
а)
u
Рис. 15.3. Схема цепи постоянного тока
б) u
U вах дуги
i R di
U вах дуги
0I1
I
uд L dt U-i R
I2IКЗ
i
− L di dt
uд
I i R
IКЗ
i Рис. 15.4. Вольтамперная характеристика устойчивой (а) и неустойчивой (б) электрической дуги
Чтобы дуга могла погаснуть, необходимо увеличивать , д например, путем растягивания дуги. Если ее вольтамперная характеристика будет везде выше прямой (U − iR) , как на рис. 15.4б, то везде di L dt = U − iR − uд<0 , источник питания не сможет поддерживать дугу, ток будет уменьшаться и дуга погаснет. Скорость снижения тока при этом бу- дет определяться параметрами цепи и скоростью удлинения дуги. Удлине- ние дуги может быть естественным, как в роговых разрядниках, или при- нудительным под действием магнитного поля; изменение вольтамперной характеристики дуги может быть и под действием принудительного ее ох- лаждения. При переменном напряжении ток дуги периодически снижается до нуля и дуга полностью прекращается. Если восстанавливающееся напря- жение на промежутке меньше пробивного напряжения промежутка, то ду- га возникнуть больше не может и ток естественным образом прекращается; по этой причине гашение дуги переменного тока происходит значительно легче гашения дуги постоянного тока. Потенциалы точек схемы рис. 15.3 меняются во времени, что показа- но на рис. 15.5. Потенциал точки b определяется равенством ub= − U iR , а потенциал точки c, то есть напряжение на дуге, равен
− uc= U − iR L
di dt
=
+ U − iR L
di dt
u =b+
L
di dt
. u
U
i
iR
ub
uc
ô
L
di dt
t Рис. 15.5. Перенапряжения при гашении дуги
На рис. 15.5 показано кривая изменения во времени напряжения в точке b, из которой хорошо видно, что возникающее перенапряжение оп- ределяется скоростью снижения тока в цепи.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|