4-3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ПО ГАШЕНИЮ ДЛИННЫХ ОТКРЫТЫХ ДУГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Ценные наблюдения за гашением и развитием открытых дуг переменного тока в цепях высокого напряжения проводились проф. В. В. Бургсдорфом [Л. 32]. В качестве примера на рис. 4-4 показана зависимость тока и сопротивления дугового канала от времени при самоугасании открытой дуги, возникшей на линии напряжением 110 кВ с деревянными опорами при перекрытии между линией и землей, для двух значений начального тока (290 и 430 А).
На рис. 4-4 показано, что с ростом начального тока замыкания увеличивается и время самоугасания дуги, так как с ростом тока растет критическая длина дуги, а следовательно, и время, необходимое для ее растяжения. Теоретически согласно (4-3) было установлено, что критический ток дуги в цепи с активным сопротивлением составляет около 30% тока короткого замыкания (тока в цепи при закороченной дуге). Если полагать этот ток равным начальному току замыкания на землю, то критический ток для случая 1 (рис. 4-4) должен составлять около 100 А, а для случая 2 около 150 А. В этих областях интенсивность спада тока к нулю становится очень высокой.
Рис. 4-4. Зависимости тока и сопротивления канала открытой дуги переменного тока от времени для двух значений начального тока (290 и 430 А) при самоугасании дуги (ню Бургсдорфу).
В этой же работе В. В. Бургсдорф дает формулу для выражения сопротивления дугового канала (Ом) в зависимости от его длины и величины тока:
(4-6) где l — длина дуги, м; I — действующее значение тока, кА.
Эта формула показывает, что напряженность электрического поля на открытой дуге практически не зависит от тока дуги и является величиной постоянной. Для больших токов это близко к действительности.
На рис. 4-5 приведена фотография открытой дуги, возникающей между контактами полюса разъединителя 110 кВ во время отключения индуктивного тока 7,5 А при восстанавливающемся напряжении 92 кВ. На рис. 4-5, а показан дуговой процесс в течение всего времени расхождения контактов (объектив открыт), а на рис. 4-5, б дана «моментальная» фотография (выдержка 0,01 с) дугового канала в промежуточный момент времени, которая позволяет оценить длину и сложный характер канала дуги в то время, как рис. 4-5, а дает возможность оценить зону распространения дуги за весь процесс отключения (около 2 с) [Л. 34].
Рис. 4-5. Фотографии дуги на горизонтально-поворотном разъединителе 110 кВ при отключении тока 7,5 А и напряжении 65 кВ.
а — длительная экспозиция (1,5 с), б — экспозиция, равная 0,01 с.
Подробное изучение поведения дуги при размыкании малых токов разъединителями было проведено в работе М. А. Аронова [Л. 35].
В этих исследованиях были определены области отклонения дугового столба не только вверх, но и между фазами, что позволило установить пределы допустимых токов отключения простыми разъединителями в закрытых распределительных устройствах. Было установлено, что при напряжении 35 кВ разъединитель внутренней установки без применения перегородок способен отключить ток 2,5 А, а при наличии перегородок 4,2 А, что соответствует токам холостого хода трансформаторов 3 200 и 5 600 кВ·А.
Для разъединителей внутренней установки на напряжение 6 кВ отключаемые токи составляют 4,5 А без перегородок между фазами и 5,5 А с перегородками, что соответствует токам холостого хода трансформаторов мощностью 750 и 1 000 кВ·А.
На рис. 4-6 приведена опытная кривая удельных верхних отклонений дуги в зависимости от отключаемого тока, «верхние вылеты» которой измерялись по вертикали между концом ножа разъединителя в отключенном положении и уровнем наивысшей точки положения цугового столба.
Результаты каждого опыта, отнесенные к соответствующему напряжению, показаны точками, и область их распространения ограничена верхней и нижней огибающими (пунктирные линии).
На рис. 4-7 представлена фотография дуги на контактах вертикально-рубящего разъединителя 10 кВ при экспозиции объектива фотоаппарата в течение всего времени растяжения ножом дуги переменного тока с действующим значением около 10 А. Эта фотография показывает, что дуговой столб перемещается в пространстве неравномерно, видны отдельные положения дугового столба, где он задерживался, прежде чем скачком перейти в новое положение. Возможно, что эти скачки связаны с электромагнитными силами, создаваемыми переменным током дуги при периодическом его изменении.
На рис. 4-8 приведены экспериментальные данные, полученные М. Андерсоном [Л. 36] при исследовании дугогасящей способности разъединителей при переменном токе. Автор дает зависимость наибольшего отклонения дуги в функции отключаемого тока при различных напряжениях. Под отклонением или «вылетом» дуги автор понимает наибольшее расстояние, измеренное от средней точки прямой, соединяющей между собой контакты разъединителя, до точки наибольшего удаления дуги от этой прямой. Как видно, для 110 кВ наибольшие отклонения дуги при токе 15 А достигают 10 м. Такого же порядка отклонения дуги при 35 к-В достигаются при отключаемом токе около 50 А.
Рис. 4-7. Фотография дуги на вертикально рубящем разъединителе при длительной экспозиции (10 кВ).
Рис. 4-8. Зависимость наибольшего «вылета» дуги от отключаемого тока (действующее значение) при размыкании разъединителей 110; 35 и 10 кВ (по Андерсону).
На разъединителе напряжением 10 кВ при токе 50 А наибольший вылет дуги доходит до 3 м. Такие вылеты допустимы только в открытых установках, где могут быть обеспечены необходимые изоляционные расстояния.
