Билет №3

(1)

Дугогасительные камеры — это специальные устройства, применяющиеся в системах дугогашения в различных электрических коммутационных аппаратах для предотвращения горения и быстрого гашения электрической дуги Дугогасительная камера представляет собой набор металлических (обычно железных) пластин определенной формы, покрытых медью или хромом (для улучшения проводимости и предотвращения окисления), закрепленных на определенном расстоянии друг от друга, между двумя пластинами выполненными из диэлектрика (электрокартона), или при большой предполагаемой мощности гасимой дуги, в камере из асбоцемента. В дугогасительных камерах повышенной мощности, применяются постоянные магниты или электромагниты, которые улучшают втягивание электрической дуги (магнитное дутьё). Дугогасительная камера сконструирована таким образом, что электрическая дуга, образующаяся при размыкании контактов коммутационных аппаратов, разгораясь, начинает следовать по пути наименьшего сопротивления, втягиваться в прорези металлических пластин дугогасительной камеры и гореть между пластинами по всей длине камеры. Втянувшись в камеру электрическая дуга удлиняется, режется пластинами камеры на несколько более маленьких по длине дуг, за счет этого быстрее деионизируется, охлаждается и гаснет. Дугогасительные камеры применяются в автоматических воздушных выключателях, магнитных пускателях (начиная со второй величины), контакторах, выключателях нагрузки и рубильниках, конструкция которых предусматривает наличие дугогасящих устройств.

К основным характеристикам дугогасительных устройств могут быть отнесены: характеристика скорости движения дугогасительных контактов; скорость движения встроенных в дугогаситель клапанов (если они имеются); максимальная величина и характер изменения давления газообразной среды в рабочих объемах, каналах, выхлопных устройствах и др.; характеристики течения потоков дугогасящей среды в зоне гашения дуги в отдельные стадии электродугового размыкания; скорость растягивания и перемещения ствола дуги под влиянием поперечного магнитного поля (в случае так называемого электромагнитного гашения дуги); изменение* напряжения на дуге и выделяющейся в ней мощности и энергий характеристики и параметры остаточного ствола дуги (электричек екая проводимость, диаметр поперечного сечения, температура  и др.) и характеристики нарастания электрической прочности промежутка в околонулевой области тока.    

общие требования к дугогасителям. 1. Дугогаситель должен надежно гасить электрическую дугу при заданном номинальном напряжении и заданных сетевых условиях восстановления напряжения, при отключении заданных предельных максимальных токов (достигающих иногда по величине сотен тысяч ампер) в заданных пределах времени и циклах операции. 2Должен надежно и быстро, без повторных зажиганий и без появления в отключаемой цепи чрезмерных коммутационных перенапряжений гасить дугу при отключении номинальных токов нагрузки, емкостных токов ненагруженных линий и индуктивных токов незагруженных трансформаторов. 3Должен стабильно работать без изменения начальных основных характеристик в течение заданного эксплуатационного периода или в пределах заданного числа операций. 4Контактная система дугогасителя должна быть простой, надежной в работе, высокоизносостойкой и легкодоступной для осмотра и замены изношенных частей. 5Элементы конструкции дугогасителя (корпус камеры, дугогасительные перегородки, сопла, элементы механизмов контактных систем и др.) должны обладать достаточной механической прочностью и надежностью при длительной эксплуатации. 6Конструкция дугогасителя в целом должна быть простой, надежной в работе, технологичной в производстве и удобной в эксплуатации. 7 Расход дугогасящей среды (масла, сжатого воздуха или газа), необходимой для выполнения операции отключения в заданном цикле, должен быть минимальным. 8. Конструкция и номинальные данные дугогасителя должны отвечать требованиям рациональной компоновки конструкции выключателя или серии выключателей на различные классы номинального напряжения.

Гашение в узкой щели Широко применяется в электрических аппаратах низкого напряжения. Для увеличения эффективности охлаждения ширина цели  делается меньше диаметра дуги d_д. При этом возрастает сопротивление движения дуги. Кроме того, по мере втягивания дуги в щель она приобретает форму зигзага. При этом увеличивается не только длина дуги, но и отвод тепла от дуги. Различают узкие и широкие щели. Если  > d_д   широкая щель, если   d_д   узкая щель. Так как диаметр дуги зависит от тока и скорости движения дуги, то для одних условий щель будет широкой, для других –узкой. ^ Ограничения при выборе ширины щели определяется той напряженностью магнитного поля, которая необходима для движения дуги в узких щелях. Она должна быть выше критической. Напряженность быстро растет с уменьшением ширины щель и для весьма узких щелей становится практически трудно осуществимой. В случае использования принудительного воздействия на дугу используют зигзагообразные узкие щели. Для ограничения выброса распаленных газов в дугогасительных камерах на их пути устанавливают металлические решетки. Газы, прохода через эти решетки деионизируются, охлаждаются и опасная зона их выброса резко сокращается.

(2)

под инерционностью ЭМ понимают запаздывание перемещения якоря по сравнению с изменениями входного напряжения. Она определяется отставанием изменения тока в обмотке от изменения приложенного к ней напряжения и механической инерцией якоря и связанных с ним подвижных частей.

Динамические свойства ЭМ как элемента дискретного действия характеризуются двумя временными параметрами: временем срабатывания t_сраб и временем отпускания t_отп.

Время от подачи входного напряжения на зажимы обмотки ЭМ до полного притяжения якоря (δ = δ_К) называют временем срабатывания t_cpaб, а время от снятия входного напряжения до возвращения якоря в начальное положение (δ = δ_Н) - временем отпускания t_отп.

Если ввести обозначения t_тр и t_т'_р для времени трогания соответственно при срабатывании (время от подачи входного напряжения U до начала движения, трогания якоря) и отпускании (от снятия U до начала движения якоря), можно записать:

где t_дв, t’_дв - время движения якоря соответственно от δ_Н до δ_К, и наоборот.

Значения t_cpa6 и t_ОТП обычно равны 0,05...0,15 с для ЭМ нормального быстродействия.

Рабочий цикл электромагнита можно разбить на отдельные этапы (рис.14).

1. Первым этапом является процесс срабатывания электромагнита, когда якорь переходит от начального положения S_н в конечное S_к (рис.14, а). Этот этап подразделяется на периоды трогания якоря   и его движения t^¢_дв. В период трогания ток в обмотке электромагнита (рис.14, б) возрастает до значения i_тр(кривая 1), при котором обеспечивается равенство электромагнитной силы силам, противодействующим движению, т.е. F = F_прот. Уравнение, описывающее этот процесс, имеет вид

U = iR + dY/dt. (8)

2. Второй этап – движение якоря.Сила тяги становится больше противодействующих сил, т.е. F > F_прот.. Начинается движение якоря (рис.14, б), зазор уменьшается, индуктивность увеличивается, поскольку  , где w – число витков катушки, G_d – магнитная проводимость воздушного зазора. Уравнение (8) примет следующий вид:

U = iR + . (11)

При движении якоря dL/dt > 0, поэтому i и di/dt начинает уменьшаться (поскольку сумма всех падений напряжений, т.е. правая часть уравнения (11), равна неизменному значению напряжения источника питания U).  Работа, произведенная электромагнитом за время движения t¢_дв, затрачивается на увеличение кинетической энергии (  где m – масса подвижных частей, V – скорость перемещения якоря) его подвижной части и преодоление противодействующих сил F_прот.

Таким образом, время срабатывания

t_ср = t_тр + t¢_дв.

3. Третий этап – период включенного состояния t_{вкл.сост}. После окончания перемещения якоря система находится в состоянии покоя. Ток меняется по закону

i = I₀  + I_у ,

где T₁ = L_к /R_к – постоянная времени при d = d_к; t = t _{вкл.сост}.

Ток увеличивается до установившегося значения I_y = U/R, причем T₁ > T, поскольку конечный зазор меньше начального зазора, т.е. d_к < d_н. Таким образом, величина тока в переходном режиме (i_тр) значительно меньше установившегося значения и сила, развиваемая электромагнитом, в динамике значительно меньше, чем в статике при I_y = const.

4. Четвертый этап – время возврата t_возвр якоря электромагнита в исходное положение. В исходное положение якорь возвращается двумя ступенями.

Сначала при отключении обмотки (рис.14, б) ток спадает до тока отпускания i_отп (кривая 4), при котором электромагнитная сила становится равной силе, стремящейся возвратить якорь в исходное положение (F_эм = F_прот). Это соответствует промежутку времени отпускания t_отп, которое зависит от ряда факторов: нагрузки, условий отключения обмотки, а также от задерживающего действия вихревых токов (поле которых стремится поддержать спадающий магнитный поток) и т.д. Процесс отпускания при этом описывается уравнением

U = iR_д + iR + L_кdi/dt,

где R_д – сопротивление искры (дуги), возникающей между контактами при размыкании.