Гашение дуги в выключателе постоянного тока - Электрическая часть электростанций
Процесс
отключения цепи тока выключателем
высокого напряжения можно условно
разбить на три очень быстро и без пауз
следующие друг за другом фазы: размыкание
контактов и возникновение дуги; гашение
дуги; восстановление электрической
прочности дугового промежутка,
препятствующее повторному зажиганию
дуги.
При этом в выключателе переменного
тока гашение дуги облегчается переходом
тока через нуль. Дуга, таким образом,
является здесь своеобразным естественным
отключающим элементом, точно указывающим
момент отключения и выполняющим это
отключение. Следует лишь обеспечить
быстрейшее восстановление электрической
прочности дугового промежутка, способствуя
его деионизации и эвакуации из него
заряженных частиц.
В выключателях
постоянного тока основным средством
гашения дуги является растягивание ее
до так называемой критической длины и
одновременное увеличение постоянных
а и Ъ, см. формулу (4-8). Критической называют
такую длину дуги постоянного тока, при
которой она (при заданных постоянных а
и b) существовать не может.
Для цепи
постоянного тока с сопротивлением R
справедливо равенство
(4-10)
Здесь
Е — э. д. с. цепи тока; R — сопротивление
цепи постоянному току; i — ток в цепи;
/д — длина дуги; a, b — постоянные дуги.
Из
формулы (4-10) следует:
(4-11)
Так
как при токе i = 0 дуга гаснет, ее наибольшая
(критическая) длина
(4-12)
Из
равенства (4-12) следует:
Если э. д. с.
размыкаемого контура меньше а, ток равен
нулю и дуга возникнуть не может. В
большинстве выключателей постоянная
а приблизительно равна 30 В. Это значит,
что если э. д. с. контура меньше 30 В,
размыкание его не будет сопровождаться
дугой, как бы велик ни был отключаемый
ток.
При заданной э. д. с. контура
наибольшая длина дуги зависит только
от постоянных а и b.
Следует заметить,
что способы гашения постоянного тока
при помощи ее принудительного растягивания
пригодны только для выключателей низкого
напряжения. Действительно, если, например,
градиент напряжения в стволе дуги равен
100 В/см, то при рабочем напряжении 800 кВ
длина дуги должна быть 80 м, что явно
неприемлемо с конструктивной точки
зрения.
Рис,
4-7. Дуга при отключении большого тока
рубильником
Практически в аппаратах
низкого напряжения нашли применение
дугогасительные устройства трех типов:
открытый разрыв, щелевые дугогасительные
камеры и деионные решетки. Открытый
разрыв применяется в рубильниках на
большие токи, в которых дуга растягивается
электродинамическими силами, перемещаясь
со скоростью v0 и интенсивно охлаждаясь
при этом встречным потоком воздуха
(рис. 4-7). Таким способом возможно
отключение цепей постоянного тока с
напряжением до 500 В и токами до 5 кА.
Примерно на такие же параметры возможно
использование рубильников с открытым
разрывом в цепях переменного тока.
Щелевые
дугогасительные камеры значительно
эффективней и в настоящее время широко
применяются в аппаратах низкого
напряжения. На рис. 4-8 показаны два типа
таких камер: с одной узкой щелью и с
лабиринтной щелью. Стенки камер
изготовлены из дугостойкого материала
(асбоцемент, керамика), хорошо поглощающего
теплоту. По обе стороны камеры расположены
стальные полюсные наконечники
дугогасительной электромагнитной
системы, создающей магнитное дутье, при
помощи которого дуга загоняется в узкую
часть щелевой камеры. При этом дуга
растягивается и, соприкасаясь со стенками
камеры, интенсивно охлаждается.
Лабиринтная камера имеет некоторые
преимущества, так как дуга может быть
растянута здесь на значительную длину
при относительно малых внешних габаритах
камеры.
Рис.
4-8. Щелевая дугогасительная камера
постоянного тока (в)
1 — стенка камеры;
2 — узкая щель; 3 — ствол дуги и широкой
щели лабиринтная дугогасительная камера
постоянного тока (б)
1 — контакты; 2 —
путь дуги; 3 — стенка камеры; 4 — ствол
дуги
Предельный ток отключения
автоматических воздушных выключателей,
снабженных подобными камерами, достигает
50—90 кА для постоянного тока и 30—40 кА
для переменного.
Рис.
4-9. Деионная (дугогасительная)
решетка
Деионные, или дугогасительные,
решетки представляют собой набор
металлических пластин, расположенных
в виде зубьев гребенки, разбивающих
дугу на ряд коротких дуг и охлаждающих
ее ствол наподобие радиаторов (рис.
4-9). Этот дугогаситель особенно эффективен
и обеспечивает отключение токов короткого
замыкания до 200 кА при напряжении 500
В.
Следует заметить, что в некоторых
случаях при неблагоприятном сочетании
значений индуктивности L и емкости С в
отключаемой цепи и быстром уменьшении
тока /д в ней вследствие угасания дуги
возможны опасные для изоляции
перенапряжения, которые в пределе могут
достигать значения /дvL/C. В этих случаях
для ограничения перенапряжений прибегают
к установке шунтирующих сопротивлений
на отключающих аппаратах, а также на
отдельных участках цепи (индуктивностях).