ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГАШЕНИЯ ДУГИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ

Аппараты низкого напряжения изготовляются для переменного тока повышенной частоты 400 – 500 Гц, а также 2,5 – 10 кГц (закалочные установки). В последнем случае частота колебательного процесса при восстановлении напряжения на дуговом промежутке оказывается того же порядка, что и частота тока. Здесь уже нельзя считать ЭДС источника питания неизменной за время переходного процесса. Близкое совпадение частот источника питания и собственных колебаний существенно меняет характер переходных процессов. Если при промышленной частоте отключение индуктивного контура (φ ® 90°) оказывалось тяжелее, чем отключение активного контура (φ ® 0), то при повышенной частоте отключение активного контура осуществляется труднее, нежели индуктивного контура.

При гашении дуги в индуктивном контуре промышленной частоты напряжение на дуговом промежутке может достигнуть 2E_m. При гашении дуги в активном контуре повышенной частоты напряжение не может превзойти величины E_m,. Этим при прочих равных условиях облегчается гашение высокочастотной дуги по сравнению с дугой промышленной частоты.

Существуют, однако, и факторы, ухудшающие условия гашения дуги повышенной частоты. При промышленной частоте температура дугового промежутка при переходе тока через нуль успевает упасть на 30 – 50%, что способствует интенсификации процессов деионизации. При дуге повышенной частоты существенного снижения температуры дугового промежутка при переходе тока через нуль не происходит. Если не учитывать явлений у катода при переходе тока через нуль, то условия гашения дуги повышенной частоты (f ® 10 кГц) приближаются к условиям гашения дуги постоянного тока.

ГЛАВА 6 СПОСОБЫ ГАШЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

Для гашения электрической дуги (см. § 5-4) необходимо создать условия, при которых падение напряжения на дуге превосходило бы напряжение сети. Согласно (5-1) гасить дугу можно: а) увеличивая ее длину (растягивая), б) воздействуя на ее ствол и добиваясь повышения продольного градиента напряжения и в) используя околоэлектродные падения напряжения.

Отключающие аппараты имеют обычно два электрода, и для использования околоэлектродных падений напряжения необходимо создать дугогасительные устройства со многими электродами. Такие устройства получили название дугогасительных решеток и будут рассмотрены ниже.

Рис. 6-1. Продольный градиент напряжения в стволе открытой дуги постоянного тока при разных скоростях движения дуги (данные Г. А. Кукекова)

Простейший способ гашения — растяжение дуги — сам по себе малоэффективен. Падение напряжения на дуге пропорционально длине дуги, и если продольный градиент мал, то для получения сколько-нибудь значительного падения напряжения требуется большая длина дуги, что в аппаратах осуществить практически невозможно. Так, при постоянном токе свыше 100А продольный градиент напряжения в открытой дуге составляет 6 — 8В/см (кривая v = 0 на рис. 6-1), а для длинных дуг, где влияние паров металла электродов сказывается меньше, градиент напряжения при тех же токах достигает 12 В/см. При переменном токе среднее значение градиента равно 15 В/см. Отключение тока свыше 100 А при напряжении 220В требует растяжения дуги на 25 — 30см. Следует учесть, что при относительно малых скоростях расхождения контактов дуга до погасания приводит к их сильному износу.

Главным ионизирующим фактором, поддерживающим горение электрической дуги, является термическая ионизация. Отсюда вытекает, что гашение дуги должно в основном осуществляться за счет ее охлаждения. Дугу можно обдувать газом, жидкостью. Такие способы применяются в высоковольтных выключателях, но они требуют относительно сложных и дорогих устройств. Можно дугу двигать через неподвижные газ или жидкость, эффект охлаждения будет таким же, как при обдуве. Этот способ осуществляется относительно просто при помощи магнитного поля и широко применяется, а в низковольтных аппаратах — почти исключительно. Представление о зависимости продольного градиента напряжения от скорости движения дуги в воздухе дают вольт-амперные характеристики на рис. 6-1. Уже при скорости движения дуги 100 м/с для гашения открытой дуги с током свыше 100А при напряжении 220 В достаточно растянуть ее на 5см.

Следует отметить еще одно обстоятельство. В открытой неподвижной и искусственно не охлаждаемой дуге плотность тока мала. Диаметр такой дуги велик. Как только дуга приходит в движение или начинает искусственно охлаждаться, ее диаметр уменьшается, плотность тока и температура в ней возрастают, увеличивается и давление внутри дуги. В итоге усиливается деионизация и возрастает продольный градиент напряжения. Таким образом, возрастание продольного градиента напряжения в движущейся дуге происходит не только за счет лучшего ее охлаждения и диффузии, но и за счет повышения давления в ее стволе.

Если в неподвижной дуге плотность тока составляет 18 — 20А/см², то в движущейся дуге плотность тока достигает десятков тысяч ампер на квадратный сантиметр. Например, при токе 40 кА и скорости движения дуги, равной 250 м/с, максимальное давление в стволе дуги достигает 2,5 МПа.