Лабораторная работа № 3

ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ГАШЕНИЯ ДУГИ

Цель: ознакомление с методами анализа динамики и структуры производства, энергоресурсов и разработки топливно-энергетического баланса.

Подготовка к работе:

1. Пройти инструктаж по технике безопасности на рабочем месте.

2. Ознакомиться с описанием работы.

3. Выполнить практическую часть лабораторной работы: изучить имеющееся оборудование, сделать характеристику и описание.

Пояснения к работе

Условия возникновения и горения дуги

Рисунок 1 - Распределение напряжения U (a) и напряженности T (б)
в стационарной дуге постоянного тока

 

При замыкании контактов в цепи высокого напряжения возникает электрический разряд в виде дуги. В дуге различают околокатодное про­странство, ствол дуги и околоанодное пространство. Все напря­жение распределяется между этими областями. Около катода наблюдается вы­сокая напряженность электрического поля (10⁵—10⁶ В/см). При таких высо­ких напряженностях происходит ударная ионизация. Электроны, вырванные из катода силами электрического поля (автоэлектронная эмиссия) или за счет нагрева катода (термоэлектронная эмиссия), разгоняются в электрическом поле и при ударе в нейтральный атом отдают ему свою кинетическую энергию. Образовавшиеся в результате ионизации свободные электроны и ионы со­ставляют плазму ствола дуги. В стволе дуги проходит боль­шой ток и создается высокая температура.

Высокие температуры в стволе дуги приводят к интенсивной термоионизации (отрыву от атома или молекулы газа одного или нескольких электронов, в результате чего в газе возникают свободные носители заряда (электроны и положительно заряженные ионы), и он приобретает способность проводить электрический ток), которая поддерживает большую проводимость плазмы. Чем больше ток в дуге, тем меньше ее сопротивление, поэтому требуется меньшее напряжение для горения дуги, т. е. дугу с большим током погасить труднее.

Если дуга погашена теми или иными способами, то напряжение между контактами выключателя должно восстановиться до напряжения питаю­щей сети. Однако поскольку в цепи имеются индуктивные, активные и емкостные сопротивления, возникает переходный процесс, появляются коле­бания напряжения, амплитуда которых может значительно превышать нормальное напряжение. Для отключающей аппаратуры важно, с какой скоростью восстанавливается напряжение.

Таким образом, можно заключить, что дуговой разряд начинается за счет ударной ионизации и эмиссии электронов с катода, а после зажигания дуга поддерживается термоионизацией в стволе дуги.

Гашение дуги

В коммутационных аппаратах необходимо не только разомкнуть контакты, но и погасить возникшую между ними дугу.

В цепях переменного тока ток в дуге каждый полупериод проходит че­рез ноль, в эти моменты дуга гаснет самопроизвольно, но в следующий полупериод она может возникнуть вновь. Как показывают осцилограммы, ток в дуге становится близким нулю несколько раньше естественного перехода через нуль. Это объясняется тем, что при снижении тока энергия, подводимая к дуге, уменьшается, следовательно уменьшается температура дуги и прекращается термоионизация. Дли­тельность бестоковой паузы невелика (от десятков до нескольких сотен микросекунд), но играет важную роль в гашении дуги. Если разомкнуть контакты в бестоковую паузу и развести их с достаточной скоростью на большое расстояние, чтобы не произошел электрический пробой, то цепь будет отключена очень быстро.

Во время бестоковой паузы интенсивность ионизации сильно падает, так как не происходит термоионизации. В коммутационных аппаратах, кроме того, принимаются искусственные меры охлаждения дугового про­странства и уменьшения числа заряженных частиц.

Резкое увеличение электрической прочности промежутка после перехо­да тока через нуль происходит главным образом за счет увеличения про­чности околокатодного пространства.

Задача гашения дуги сводится к созданию таких усло­вий, чтобы электрическая прочность промежутка между контактами была больше напряжения между ними.

В отключающих аппаратах до 1 кВ широко используются следующие способы гашения дуги.