МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Уфимский государственныйтехнический университет
Кафедра электротехники иэлектрооборудования предприятий РЕФЕРАТ
по курсу “Электротехническиеи электронные аппараты”
“Видыдугогосящихустройств, классификация их по способу воздействия на дугу.”
Выполнил: ст.гр. АЭ-99-01 ЛопатинА. В.
Принял: доцент. к.т.н. Гузеев Б.В.Уфа — 2001
Условиявозникновения и горения дуги
Призамыкании контактов в цепи высокого напряжения возникает электрический разряд в виде дуги. В дугеразличают околокатодное пространство, ствол дуги и околоанодное пространство.Все напряжение распределяется между этими областями. Около катода наблюдаетсявысокая напряженность электрического поля (105—106В/см). При таких высоких напряженностях происходит ударная ионизация.Электроны, вырванные из катода силами электрическогополя (автоэлектронная эмиссия) или за счет нагрева катода(термоэлектронная эмиссия), разгоняются в электрическом поле и при ударе внейтралый атом отдают ему свою кинетическую энергию. Образовавшиеся в результате ионизации свободные электроны иионы составляют плазму ствола дуги. В стволе дуги проходит большой ток исоздается высокая температура.
Высокиетемпературы в стволе дуги приводят к интенсивной термоионизации, котораяподдерживает большую проводимость плазмы. Чем больше ток в дуге, тем меньше еесопротивление, поэтому требуется меньшее напряжение для горения дуги, т. е.дугу с большим током погасить труднее.
Если дугапогашена теми или иными способами, то напряжение между контактами выключателядолжно восстановиться до напряжения питающейсети. Однако поскольку в цепи имеются индуктивные, активные и ем-жюстныесопротивления, возникает переходный процесс, появляются колебания напряжения,амплитуда которых может значительно превышать нормальное напряжение. Дляотключающей аппаратуры важно, с какой скоростью восстанавливается напряжение.
Такимобразом, можно заключить, что дуговой разряд начинается за счет ударнойионизации и эмиссии электронов с катода, а после зажигания дуга поддерживаетсятермоионизацией в стволе дуги.
Гашение дуги
В коммутационных аппаратахнеобходимо не только разомкнуть контакты,но и погасить возникшую между ними дугу.
В цепяхпеременного тока ток в дуге каждыйполупериод проходит черв нуль, в эти моменты дуга гаснет самопроизвольно, но вследующий полупериод она может возникнуть вновь. Как показывают осцилограммы,ток в дуге становится близким нулю несколько раньше естественного переходачерез нуль. Это объясняется тем, что при снижении тока энергия, подводимая кдуге, уменьшается, следовательно уменьшается температура дуги и прекращаетсятермоионизация. Длительность бестоковой паузы невелика (от десятков донескольких сотен микросекунд), но играет важную роль в гашении дуги. Еслиразомкнуть контакты в бестоковую паузу и развести их с достаточной скоростью набольшое расстояние, чтобы не произошелэлектрический пробой, то цепь будет отключена очень быстро.
Во времябестоковой паузы интенсивность ионизации сильно падает, так как не происходиттермоионизации. В коммутационных аппаратах, кроме того, принимаютсяискусственные меры охлаждения дугового пространства и уменьшения числазаряженных частиц.
Резкоеувеличение электрической прочности промежутка после перехода тока через нульпроисходит главным образом за счет увеличения прочности околокатодногопространства.
Задачагашения дуги сводится к созданию таких условий, чтобы электрическая прочностьпромежутка между контактами была большенапряжения между ними.
Вотключающих аппаратах до 1 кВ широко используются следующие способы гашениядуги.
Способы гашения дуги в коммутационных аппаратах до 1 кВ.
В отключающихаппаратах до 1 кВ широко используются следующие способы гашения дуги.
1. Удлинениедугипри быстром расхождении контактов: чем длинее дуга, тембольшее напряжение необходимо для ее существования. Если напряжение источникаокажется меньше, то дуга гаснет.
2. Деление длинной дуги на ряд коротких дуг.
3. Гашение дуги в узких щелях.Если дуга горит в узкой щели,образованной дугостойким материалом, то благодаря соприкосновению с холоднымиповерхностями происходит интенсивное охлаждение и диффузия заряженных частиц вокружающую среду. Это приводит к быстрой деионизации и гашению дуги.
4. Движение дуги в магнитном поле. Электрическая дуга можетрассматриваться как проводник с током. Если дуга находится в магнитном поле,то на нее действует сила, определяемая по правилу левой руки. Если создатьмагнитное поле, направленное перпендикулярно оси дуги, то она получитпоступательное движение и будет затянута внутрь щели дугогасительной камеры.
В радиальноммагнитном поле дуга получит вращательное движение. Магнитное поле может бытьсоздано постоянными магнитами, специальными катушками или самим контуромтоковедущих частей
Быстрое вращение иперемещение дуги способствует ее охлаждению и деионизации.
Последние два способа гашения дуги(в узких щелях и в магнитном поле) применяются также в отключающих аппаратахнапряжением выше 1 кВ.
Основные способы гашения дугив аппаратах выше 1 кВ.
1. Гашение дуги в масле.Если контакты отключающего аппаратапоместить в масло, то возникающая при размыкании дуга приводит к интенсивномугазообразованию и испарению масла. Вокруг дуги образуется газовый пузырь,состоящий в основном из водорода (70—80%); быстрое разложение масла приводит кповышению давления в пузыре, что способствует ее лучшему охлаждению идеионизации. Водород обладает высокими дугогасящими свойствами; соприкасаясьнепосредственно со стволом дуги, он способствует ее деионизации. Внутригазового пузыря происходит непрерывное движение газа и паров масла. Гашениедуги в масле широко применяется в выключателях.
2. Газовоздушное дутье.Охлаждениедуги улучшается, если создать направленное движение газов — дутье. Дутье вдольили поперек дуга способствует проникновению газовых частиц в ее ствол, интенсивнойдиффузии и охлаждению дуги. Газ создается при разложении масла дугой (масляныевыключатели) или твердых газогенерирующих материалов (автогазовое дутье).Более эффективно дутье холодным неионизированным воздухом, поступающим изспециальных баллонов со сжатым воздухом (воздушные выключатели).
3. Многократный разрыв цепи тока.Отключение большого тока привысоких напряжениях затруднительно. Это объясняется тем, что при большихзначениях подводимой энергии и восстанавливающегося напряжения деионизациядугового промежутка усложняется. Поэтому в выключателях высокого напряженияприменяют многократный разрыв дуги в каждой фазе. Такие выключатели имеютнесколько гасительных устройств, рассчитанных на часть номинального напряжения.Число разрывов на фазу зависит от типа выключателя и его напряжения. Ввыключателях 500—750 кВ может быть 12 разрывов и более. Чтобы облегчить гашениедуги, восстанавливающееся напряжение должно равномерно распределяться междуразрывами. Для выравнивания напряжения параллельно главным контактам выключателяГ К включают емкости или активныесопротивления.
4. Гашение дуги в вакууме.Высокоразреженный газ обладаетэлектрической прочностью, в десятки раз большей, чем газ при атмосферномдавлении. Если контакты размыкаются в вакууме, то сразу же после первогопрохождения тока в дуге через нуль прочность промежутка восстанавливается идуга не загорается вновь. Эти свойства вакуума используются в некоторых типахвыключателей.
5. Гашение дуги в газах высокого давления. Воздух придавлении 2 МПа и более также обладает высокой электрической прочностью. Этопозволяет создавать достаточно компактные устройства для гашения дуги ватмосфере сжатого воздуха. Еще более эффективно применение высокопрочныхгазов, например шестифтористой серыSFg(элегаза).Элегаз обладает не только большей электрической прочностью, чем воздух иводород, но и лучшими дугогасящими свойствами даже при атмосферном давлении.Элегаз применяется в выключателях, отделителях, короткозамыкателях и другойаппаратуре высокого напряжения.
Гашение дуги в масляныхвыключателях.
В масляныхвыключателях контакты размыкаются в масле, однако вследствие высокойтемпературы дуги, образующейся между контактами, масло разлагается и дуговойразряд происходит в газовой среде. Приблизительно половину этого газа (пообъему) составляют пары масла. Остальная часть состоит из водорода (70%) иуглеводородов различного состава. Газы эти горючи, однако в масле горениеневозможно из-за отсутствия кислорода. Количество масла, разлагаемого дугой,невелико, но объем образующихся газов велик. Один грамм масла даетприблизительно 1500 см3 газа, приведенного к комнатной температуре иатмосферному давлению.
Гашение дуги в масляныхвыключателях происходит наиболее эффективно при применении гасительных камер,которые ограничивают зону дуги, способствуют повышению давления в этой зоне иобразованию газового дутья сквозь дуговой столб.
Гашение дуги в элегазовыхвыключателях
Элегаз(SFg —шестифтористая сера) представляет собой инертный газ, плотность которогопревышает плотность воздуха в 5 раз. Электрическая прочность элегаза в 2—3раза выше прочности воздуха; при давлении 0,2 МПа электрическая прочностьэлегаза сравнима с прочностью масла.
В элегазепри атмосферном давлении может быть погашена дуга с током, который в 100 разпревышает ток, отключаемый в воздухе при тех же условиях. Способность элегазагасить дугу объясняется тем. что его молекулы улавливают электроны дуговогостолба и образуют относительно неподвижные отрицательные ионы. Потеряэлектронов делает дугу неустойчивой, и она легко гаснет. В струе элегазапоглощение электронов из дугового столба происходит еще интенсивнее.
В элегазовых выключателяхприменяют автопневматические дугогасительные устройства, в которых газ в процессеотключения сжимается поршневым устройством и направляется в зону дуги.Элегазовый выключатель представляет собой замкнутую систему без выброса газанаружу.
Гашение дуги в вакуумныхвыключателях
Электрическаяпрочность вакуумного промежутка во много раз больше, чем воздушного промежуткапри атмосферном давлении. Это свойство используется в вакуумных дугогасительныхкамерах. Рабочие контакты имеют вид полых усеченных конусов с радиальнымипрорезями. Такая форма контактов при размыкании создает радиальноеэлектродинамическое усилие, действующее на возникающую дугу и заставляющееперемещаться ее через зазоры на дугогасительные контакты. Контакты представляютсобой диски, разрезанные спиральными прорезями на три сектора, по которымдвижется дуга. Материал контактов подобран так, чтобы уменьшить количествоиспаряющегося металла. Вследствие глубокого вакуумапроисходит быстрая диффузиязаряженных частиц в окружающее пространство и при первом переходе тока черезнуль дуга гаснет.Подвод тока к контактам осуществляется с помощью медных стержней. Подвижныйконтакт крепится к верхнему фланцу с помощью сильфона из нержавеющей стали. Сильфонслужит для обеспечения герметичности вакумной камеры. Металлические экраны служат для выравнивания электрического поля и для защиты керамическогокорпуса от попадания паров металла, образующихся при гашении дуги.Список использованой литературы
1. Чунихин А. А. Электрическиеаппараты:Учеб. пособие. – М.:Энергия, 1967. – 536 с.
2. Электрическая часть станцийи подстанций: Учеб. для вузов/А. А. Васильев, И. П.Крючков, Е. Ф. Наяшкова и др., Под ред. А. А. Васильева – М.:Энергоатомиздат, 1990.
3. Рожкова Л. Д., Козулин В.С. Электороборудованиестанций и подстанции:Учебник для техникумов. – М.:Энергоатомиздат, 1987.