|
|
Лекция № 3а ЭО. Дисциплина Электрооборудование локомотивов Лекция Дугогашение и дугогасительные устройства
Дисциплина Электрооборудование локомотивов Лекция 3. Дугогашение и дугогасительные устройства - Цель: изучить дугу, условия ее возникновения и гашения.
- План лекции:
- 1 Условия возникновения и гашения дуги.
- 2 Условия гашения дуги переменного тока.
- 3 Способы магнитного гашения дуги.
- 4 Дугогасительные устройства.
- Размыкание контактов коммутационных аппаратов сопровождается электрическим разрядом, который при определенных условиях может привести к возникновению дуги.
- Дуга представляет собой непрерывный поток электронов и ионов, образующихся в результате ударной и термической ионизации молекул газа дугового промежутка, а также выделения электронов и ионов раскаленными поверхностями контактов. Для возникновения дуги напряжение между разомкнутыми (металлическими) контактами должно быть выше 12—20 В, а ток—не менее 0,3—0,9 А. Ток и напряжение, при которых образуется дуга, зависят в значительной мере от материала контактов.
- Дуга возникает под действием электростатического поля, которое ускоряет электроны, выходящие с поверхности катода и сталкивающиеся с нейтральными ионами. При повышении температуры и, следовательно, кинетической энергии вырывания свободных электронов с поверхности катода начинается термоэлектронная эмиссия. Процессы в дуге определяются явлениями термической ионизации, происходящей в результате высокой температуры газов в дуговом промежутке, обусловленной этим высокой скоростью движения ионов и электронов и большой вероятностью их столкновения.
- При относительно больших токах и напряжениях дуга — необходимый элемент процесса разрыва цепи. Она обеспечивает плавное уменьшение тока в цепи благодаря непрерывному нарастанию сопротивления в ней и поглощению электромагнитной энергии, запасенной в индуктивностях. Если бы дуга отсутствовала, то при мгновенном разрыве контактов электромагнитная энергия преобразовалась бы в электростатическую, что при малой емкости цепи привело бы к большим перенапряжениям.
- При горении дуги происходят одновременно процессы ионизации и деонизации. Деонизация обусловлена рекомбинацией и диффузией заряженных частиц. Рекомбинация происходит вследствие соединения при соударении в процессе термической ионизации частиц, несущих заряды противоположных знаков, т. е. вследствие нейтрализации частиц. Диффузия представляет собой рассеивание заряженных частиц из области дуги в окружающее пространство за счет выравнивания плотности газов. Интенсивность рекомбинации резко возрастает с понижением температуры дуги, а интенсивность диффузии — с уменьшением диаметра ее столба.
- Электрическая дуга может быть погашена в том случае, если процесс деионизации столба протекает с большей скоростью, чем процесс ионизации. Показателем процесса гашения дуги является непрерывное уменьшение тока в ней, что определяется видом характеристики дуги.
2 Условия гашения дуги переменного тока - При переменном токе гашение дуги облегчается вследствие периодического перехода тока через нуль. Явления, сопровождающие гашение дуги переменного тока, поясняет диаграмма см. рис. , на которой приведены кривые напряжения источника энергии и тока i (t) при активно-индуктивной нагрузке цепи со сдвигом фаз φ, близким к 90°.Если после перехода тока через нуль электрическая прочность дугового промежутка больше напряжения, прикладываемого к контактам, то дуга не восстановится и ток в цепи прервется; если же это условие в какой-то момент после перехода через нуль нарушится, дуга возникнет вновь. Допустим, что после первого полупериода тока дуга через короткий промежуток времени снова восстанавливается и продолжает гореть в течение второго полупериода.
- Если в конце второго полупериода контакты выключателя разошлись настолько, что электрическая прочность промежутка между ними стала больше приложенного к ним напряжения, то произойдет полный разрыв цепи при напряжении дуги (см. рис. 294, а). При этом напряжение в дуговом промежутке в короткий интервал времени, определяемый емкостью цепи, достигнет текущего значения напряжения источника энергии, равного напряжению восстановления . Значение при прочих равных условиях зависит от угла сдвига фаз φ между током и напряжением: чем меньше φ, тем меньше напряжение восстановления.
3 Способы магнитного гашения дуги - Как указывалось, для гашения дуги необходимо, чтобы скорость деионизации превышала скорость ионизации. Деионизация может быть обеспечена охлаждением столба дуги путем его удлинения, уменьшения сечения и перемещением дуги в окружающем ее воздухе. Это достигается различными средствами гашения и дугогасительными устройствами различной конструкции.
- Когда контакты размыкаются при относительно малых токах в цепях низкого напряжения, гашение обеспечивается их раствором. Если при длине дуги, равной раствору, достигается характеристика (i) удовлетворяющая условиям гашения, то не требуется специальных дугогасительных устройств. Для контактов, разрывающих силовые цепи даже относительно низкого напряжения, характеристика (i), обеспечивающая гашение дуги, соответствует настолько большой ее длине, что разрыв тока путем увеличения раствора контактов становится практически невозможным по конструктивным условиям. В силовых цепях применяют поэтому специальные дугогасящие устройства, в которых в большинстве случаев используется магнитное дугогашение. Действие такой системы дугогашения приводит к перемещению дуги под воздействием магнитного поля и увеличению ее длины.
4 Дугогасительные устройства - Такие устройства должны обеспечивать по возможности малое время гашения и малую энергию, выделяемую дугой (во избежание значительного перегрева контактов), отсутствие опасных перенапряжений при гашении дуги, приемлемые размеры дугогасительного устройства. Применяемые дугогасительные устройства зависят от назначения аппарата и отличаются разными способами гашения, позволяющими удовлетворить указанные требования без существенного усложнения и увеличения их габаритов.
- В аппаратах, специально рассчитанных для защиты цени от коротких замыканий, все конструктивные решения подчиняются основному требованию быстродействию. На электровозе или моторном вагоне обычно устанавливают один быстродействующий выключатель, поэтому можно допустить относительно большие размеры дугогасительной камеры. В контакторах, которые предназначены только для разрыва рабочих токов цепи, быстродействие не столь обязательно; здесь существенно важно не допустить чрезмерных габаритов камеры, так как обычно на каждой единице э. п. с. устанавливается несколько контакторов.
- Наиболее простой способ дугогашения основан на использовании собственного магнитного поля дуги и поля токопроводящих частей, соединенных с электродами рогового дугогасительного устройства (рис. 295). Ток i, проходящий по рогам разрядника и в самой дуге, образует магнитное поле, направленное так, как показано стрелками В. Под действием этого поля возникают силы, перемещающие дугу к концам рогов и удлиняющие ее. Восходящий поток нагретого воздуха при вертикальном расположении рогов усиливает эффект дугогашения.
- Собственная магнитная энергия дуги не может, однако, обеспечить дугогашения при больших разрываемых токах и напряжениях. Поэтому во всех силовых коммутационных аппаратах и защитных выключателях постоянного тока используют специальные устройства для магнитного гашения с катушками возбуждения и магнитопроводом, обеспечивающими направление магнитного потока в зону горения дуги.
- По способу включения дугогасительных катушек различают последовательное и независимое возбуждение. Для разрыва больших токов дугогасительные катушки обычно включают в цепь последовательно.
- При этом с увеличением разрываемого тока возрастает магнитное поле и, следовательно, сила, выдувающая дугу. Кроме того, при последовательном включении сохраняется всегда одинаковое направление электродинамических сил гашения, так как одновременно с изменением направления тока меняется направление магнитного потока гашения.
- К недостаткам такого включения катушек относится трудность гашения в области малых токов, когда магнитное поле гашения уменьшается. При отключении малых токов возможно питать дугогасительные катушки от независимого источника, однако этот способ применяется редко, поскольку всякий обрыв цели катушки прекращает действие системы дугогашения. Поэтому при относительно малых разрываемых мощностях и неизменном направлении тока в цепи используют иногда для гашения дуги постоянные магниты.
- Дугогасительная камера может быть усовершенствована введением дополнительных устройств, например применением продольных перегородок, разделяющих камеру на несколько продольных щелей, благодаря чему увеличивается поверхность охлаждения и интенсивность деионизации дуги. При этом в начале гашения в области больших токов дуга касается стенок камеры и интенсивно охлаждается, а напряжение на ней резко возрастает; в области малых токов сечение дуги уменьшается и прекращается соприкосновение ее со стенками камеры; второй этап гашения замедляется, вследствие чего снижаются перенапряжения.
- Другим средством интенсификации дугогашения является дополнительное удлинение дуги путем деформации ее траектории, например с помощью поперечных перегородок, которые способствуют искривлению дуги в процессе Перемещения ее в камере.
- В дугогасительных устройствах высоковольтных выключателей переменного тока используют автогазовое, масляное или воздушное дутье. Автогазовое дутье создается газами, образованными дугой при тесном соприкосновении ее с твердым (фибра, органическое стекло) или жидким (масло) газогенерирующим веществом. Под действием высокой температуры дуги газогенерирующие вещества выделяют газы, состоящие в основном из водорода, обладающего высокой теплопроводностью (в 17 раз больше теплопроводности воздуха), которые и обеспечивают интенсивное охлаждение дуги.
- Давление газов, образуемых дугой, при определенной конфигурации камеры и расположении отверстий в ней можно обеспечить, перемещая гасящую среду относительно дуги. Это широко используется в масляных выключателях переменного тока.
- На современном э. п. с. переменного тока применяется принудительное воздушное дутье. Дуга гасится струей сжатого воздуха преимущественно вследствие быстрого отвода тепла от ее ствола и связанной с этим деионизацией. Различают два способа гашения: при поперечном и продольном направлениях струи сжатого воздуха по отношению к оси дуги. Поперечно струю воздуха направляют преимущественно в аппаратах, рассчитанных на напряжение менее 15 кВ. Для выключателей э. п. с. переменного тока применяют почти всегда продольное дутье.
- На этом курс лекции № 3 закончен.
- Самостоятельно изучите лекцию.
- Спасибо за внимание.
- Досвидания.
|
|
|
Скачать 488.44 Kb.