Резюме Видове устройства за изгаряне на дъга, тяхната класификация според метода на въздействие върху дъгата
МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО НА БЪЛГАРИЯ
Уфимски държавен технически университет
Катедра "Електротехника и електрообзавеждане на предприятията".
по курса "Електрически и електронни устройства"
„Видове устройства за изгаряне на дъга, тяхната класификация според метода на въздействие върху дъгата.“
Изпълнени: чл. гр. AE-99-01 Лопатин А.В.
Получени: ст.н.с. Доцент доктор. Гузеев Б.В.
Запалване на дъгата и условия на горене
Когато контактите са затворени във верига с високо напрежение, възниква електрически разряд под формата на дъга. В дъгата се разграничават пространството около катода, ствола на дъгата и пространството около анода. Целият стрес се разпределя между тези области. В близост до катода се наблюдава висок интензитет на електрическото поле (10 5 -10 6 V/cm). При такива високи интензитети се получава ударна йонизация. Електроните, откъснати от катода от силите на електрическо поле (полева емисия) или поради нагряване на катода (термионна емисия), се ускоряват в електрическо поле и, когато ударят неутрален атом, му дават своята кинетична енергия. Свободните електрони и йони, образувани в резултат на йонизация, съставляват плазмата на вала на дъгата. В вала на дъгата протича голям ток и се генерира висока температура.
Високите температури в дъговия вал водят до интензивна термична йонизация, която поддържа високата проводимост на плазмата. Колкото по-голям е токът в дъгата, толкова по-ниско е нейното съпротивление, следователно е необходимо по-малко напрежение за изгаряне на дъгата, т.е. по-трудно е да се гаси дъга с голям ток.
Ако дъгата е изгасена по един или друг начин, тогава напрежението между контактите на превключвателя трябва да се възстанови до мрежовото напрежение. Въпреки това, тъй като веригатаима индуктивни, активни и капацитивни съпротивления, възниква преходен процес, появяват се колебания на напрежението, чиято амплитуда може значително да надвишава нормалното напрежение. За изключване на оборудването е важно колко бързо се възстановява напрежението.
По този начин може да се заключи, че разрядът на дъгата започва поради йонизация на удара и емисия на електрони от катода, а след запалването дъгата се поддържа чрез термична йонизация в вала на дъгата.
При превключващите устройства е необходимо не само да се отворят контактите, но и да се изгаси дъгата, възникнала между тях.
Във веригис променлив ток токът в дъгата преминава през нула всеки полупериод, в тези моменти дъгата изгасва спонтанно, но в следващия полупериод може да се появи отново. Както показват осцилограмите, токът в дъгата става близо до нула малко по-рано от естественото преминаване през нулата. Това се обяснява с факта, че когато токът намалява, енергията, подадена към дъгата, намалява, следователно температурата на дъгата намалява и топлинната йонизация спира. Продължителността на безтоковата пауза е кратка (от десетки до няколко стотици микросекунди), но играе важна роля при изгасването на дъгата. Ако контактите се отворят по време на мъртво време и се разделят с достатъчна скорост за голямо разстояние, така че да не настъпи електрическа повреда, веригата ще бъде прекъсната много бързо.
По време на безтоковата пауза интензитетът на йонизация рязко спада, тъй като не се получава топлинна йонизация. В превключващите устройства освен това се предприемат изкуствени мерки за охлаждане на дъговото пространство и намаляване на броя на заредените частици.
Рязкото увеличаване на електрическата якост на празнината след преминаване на тока през нула възниква главно поради увеличаване на якостта на околокатодното пространство.
Задачата за гасене на дъгата се свежда до създаване на условия, така че диелектричната якост на пролуката между контактите да е по-голяма от напрежението между тях.
В комутационни устройства до 1 kV широко се използват следните методи за гасене на дъгата.
Методи за гасене на дъгата в комутационни устройства до 1 kV.
В комутационни устройства до 1 kV широко се използват следните методи за гасене на дъгата.
1. Удължаване на дъгатас бързо разминаване на контактите: колкото по-дълга е дъгата, толкова по-голямо напрежение е необходимо за нейното съществуване. Ако напрежението на източника е по-малко, тогава дъгата изгасва.
2. Разделяне на дълга дъга на поредица от къси дъги.
3. Гасене на дъгата в тесни междини.Ако дъгата гори в тясна междина, образувана от устойчив на дъга материал, тогава поради контакт със студени повърхности се получава интензивно охлаждане и дифузия на заредени частици в околната среда. Това води до бърза дейонизация и гасене на дъгата.
4. Движение на дъгата в магнитно поле. Електрическата дъга може да се разглежда като проводник с ток. Ако дъгата е в магнитно поле, тогава тя се влияе от сила, определена от правилото на лявата ръка. Ако създадете магнитно поле, насочено перпендикулярно на оста на дъгата, то ще получи транслационно движение и ще бъде изтеглено в слота на дъговия улей.
В радиално магнитно поле дъгата ще получи въртеливо движение. Магнитното поле може да се създаде от постоянни магнити, специални бобини или от веригата на тоководещи части.
Бързото въртене и движение на дъгата допринася за нейното охлаждане и дейонизация.
Последните два метода за гасене на дъгата (в тесни процепи и в магнитно поле) се използват и в комутационни устройства с напрежение над 1 kV.
Основни методидъгогасене в устройства над 1 kV.
1. Гасене на дъгата в масло.Ако контактите на прекъсвача са поставени в масло, дъгата, която се появява при отваряне, води до интензивно газообразуване и изпаряване на маслото. Около дъгата се образува газов мехур, състоящ се главно от водород (70-80%); бързото разграждане на маслото води до повишаване на налягането в мехура, което допринася за по-доброто му охлаждане и дейонизация. Водородът има високи свойства за гасене на дъгата; в пряк контакт с вала на дъгата, допринася за нейната дейонизация. Вътре в газовия мехур има непрекъснато движение на газ и маслени пари. Гасенето на дъгата в масло се използва широко в прекъсвачите.
2. Газово-въздушно вдухване.Охлаждането на дъгата се подобрява, ако се създаде насочено движение на газовете - вдухване. Издухването по протежение или напречно на дъгата допринася за проникването на газови частици в нейната цев, интензивна дифузия и охлаждане на дъгата. Газът се създава, когато маслото се разлага от дъга (маслени превключватели) или твърди материали, генериращи газ (взрив на автогаз). По-ефективно е обдухването със студен, нейонизиран въздух, идващ от специални цилиндри със сгъстен въздух (въздушни превключватели).
3. Многократно прекъсване на токовата верига.Трудно е да се изключи голям ток при високи напрежения. Това се обяснява с факта, че при високи стойности на входящата енергия и възстановяващото се напрежение дейонизацията на дъговата междина става по-сложна. Следователно прекъсвачите за високо напрежение използват множество прекъсвания на дъгата във всяка фаза. Такива превключватели имат няколко устройства за гасене, проектирани за част от номиналното напрежение. Броят прекъсвания на фаза зависи от вида на прекъсвача и неговото напрежение. При прекъсвачи 500-750 kV може да има 12 прекъсвания или повече. За улеснениегасене на дъгата, възстановяващото напрежение трябва да бъде равномерно разпределено между прекъсванията. За изравняване на напрежението, кондензатори или активни съпротивления.се свързват паралелно с главните контакти на превключвателяG K
4. Гасене на дъгата във вакуум.Силно разреден газ има електрическа якост десет пъти по-голяма от газ при атмосферно налягане. Ако контактите се отворят във вакуум, тогава веднага след първото преминаване на тока в дъгата през нула, силата на празнината се възстановява и дъгата не се запалва отново. Тези вакуумни свойства се използват в някои видове превключватели.
5. Дъгогасене в газове под високо налягане.Въздухът при налягане от 2 MPa или повече също има висока електрическа якост. Това дава възможност да се създадат доста компактни устройства за гасене на дъгата в атмосфера на сгъстен въздух. Още по-ефективно е използването на газове с висока якост, като серен хексафлуорид SFg (SF6 газ). SF6 има не само по-голяма електрическа якост от въздуха и водорода, но и по-добри свойства за гасене на дъга дори при атмосферно налягане. SF6 се използва в прекъсвачи, сепаратори, устройства за късо съединение и друго оборудване с високо напрежение.
Гасене на дъгата в маслени прекъсвачи.
При маслените прекъсвачи контактите се отварят в масло, но поради високата температура на дъгата, образувана между контактите, маслото се разлага и разреждането на дъгата се случва в газова среда. Приблизително половината от този газ (по обем) са маслени пари. Останалото се състои от водород (70%) и въглеводороди с различен състав. Тези газове са горими, но изгарянето в масло е невъзможно поради липсата на кислород. Количеството масло, разложено от дъгата, е малко, но обемът на генерираните газове е голям. Един грам маслодава приблизително 1500 cm 3 газ, доведен до стайна температура и атмосферно налягане.
Гасенето на дъгата в маслените прекъсвачи е най-ефективно, когато се използват камери за гасене, които ограничават зоната на дъгата, повишават налягането в тази зона и образуват газов взрив през стълба на дъгата.
Изгасване на дъгата в елегазови прекъсвачи
SF6 (SFg - серен хексафлуорид) е инертен газ, чиято плътност надвишава тази на въздуха 5 пъти. Електрическата якост на газа SF6 е 2-3 пъти по-висока от якостта на въздуха; при налягане от 0,2 MPa, електрическата якост на SF6 е сравнима с тази на маслото.
В газ SF6 при атмосферно налягане дъгата може да бъде изгасена с ток, който е 100 пъти по-висок от тока, прекъсван във въздуха при същите условия. Способността на газа SF6 да гаси дъгата се обяснява с факта. че неговите молекули улавят електроните на дъговия стълб и образуват относително неподвижни отрицателни йони. Загубата на електрони прави дъгата нестабилна и тя лесно изгасва. В струята SF6 поглъщането на електрони от стълба на дъгата е още по-интензивно.
В прекъсвачите SF6 се използват автопневматични устройства за гасене на дъгата, при които газът се компресира от бутално устройство по време на изключване и се насочва към зоната на дъгата. SF6 прекъсвачът е затворена система без излъчване на газ навън.
Гасене на дъгата във вакуумни прекъсвачи
Електрическата якост на вакуумната междина е многократно по-голяма от тази на въздушната междина при атмосферно налягане. Това свойство се използва във вакуумни дъгови улеи. Работните контакти имат формата на кухи пресечени конуси с радиални прорези. Тази форма на контакти, когато се отвори, създава радиалнаелектродинамична сила, която действа върху възникващата дъга и я принуждава да се движи през пролуките към дъговите контакти. Контактите са дискове, разрязани от спирални процепи на три сектора, по които се движи дъгата. Контактният материал е избран така, че да се намали количеството изпаряващ се метал. Благодарение на дълбокия вакуум заредените частици бързо дифундират в околното пространство и при първото преминаване на тока през нулата дъгата изгасва.Токът се подава към контактите с помощта на медни пръти. Подвижният контакт е прикрепен към горния фланец с маншон от неръждаема стомана. Силфонът се използва за осигуряване на херметичност на вакуумната камера. Металните екрани се използват за изравняване на електрическото поле и за защита на керамичното тяло от проникване на метални пари, образувани при гасене на дъгата.
Списък на използваната литература
1. Чунихин А. А. Електрически устройства: учеб. надбавка. – М.: Енергия, 1967. – 536 с.
2. Електрическа част на станции и подстанции: учеб. за университети / А. А. Василиев, И. П. Крючков, Е. Ф. Наяшкова и др., Изд. А. А. Василиева - М .: Енергоатомиздат, 1990.
3. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Електрообзавеждане на гари и подстанции: Учебник за технически училища. – М.: Енергоатомиздат, 1987.