РАСЧЕТ И КОНСТРУКЦИИ ДУГОГАСИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ЩЕЛЕВОГО ТИПА С МАГНИТНЫМ ГАШЕНИЕМ ДУГИ В ВОЗДУХЕ.
9-1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА ГАШЕНИЯ ДУГИ В ДУГОГАСИТЕЛЯХ С МАГНИТНЫМ ГАШЕНИЕМ
Конструкции дугогасителей с так называемым магнитным гашением основаны на том, что в них посредством воздействия поперечного магнитного поля (направленного перпендикулярно направлению тока дуги) осуществляется поперечно-направленное движение в воздухе (газе) отдельных элементов электрической дуги. Это создает более благоприятные для гашения дуги переменного тока условия, например, за счет интенсивного тепло- и массообмена между плазмой ствола дуги и встречным потоком газа, лучших условий для восстановления электрической прочности в приэлектродных пространствах при нулевом значении тока и др.
В таких дугогасительных устройствах могут быть осуществлены следующие способы гашения дуги:.
а) деление дуги на большое число последовательных коротких дуг и гашение их при нулевом значении тока на холодных электродах;
б) поперечное конвективное охлаждение ствола дуги в результате растягивания и перемещения его с большой скоростью в воздухе (газе);
в) охлаждение ствола дуги в образованном стенками камеры узком щелевом канале, в который дуга загоняется поперечным магнитным полем.
Рис. 9-1. Схема гашения дуги в щелевой камере
Как видно, в этих устройствах поперечное магнитное поле, создаваемое обычно током дуги, является средством для повышения эффективности того или иного способа воздействия на дугу окружающей среды при данных условиях.
Вместе с этим, следует отметить, что при относительно высоком давлении газа (р/ро 0,1) роль поперечного магнитного поля как фактора, влияющего непосредственно на микрокинетические процессы в плазме и в приэлектродных областях, весьма мала, поэтому в практических расчетах может не учитываться.
При низких давлениях роль поперечного магнитного поля в этих процессах может быть весьма существенной.
В настоящее время все более широкое применение в выключателях переменного тока высокого напряжения на номинальные напряжения до 20 кВ находят, как наиболее эффективные, дугогасители щелевого типа [148, 158], поэтому дальнейшее рассмотрение вопросов теории, расчета и конструкции будет главным образом относиться к таким устройствам.
Схема простого щелевого дугогасителя приведена на рис. 9-1. После размыкания контактов ствол дуги под влиянием поперечного магнитного поля (обычно создаваемого током гасимой дуги быстро удлиняется и затем перемещается в так называемую зон)у гашения, где изоляционные жаростойкие стенки камеры образую; узкий щелевой канал. При этом, если ширина канала меньше диаметра ствола дуги (б<dc), последний деформируется, сечение его принимает форму вытянутого прямоугольника и площадь соприкосновения с поверхностью стенок увеличивается.
Благодаря этому между дугой и охлаждающими стенками создается хороший тепловой контакт, обеспечивающий интенсивный теплообмен. Механизм этого теплообмена в данном случае имеет достаточно сложный характер. Конвективный теплообмен ствола встречным потоком воздуха (газа) при этих условиях, кА показали исследования [151]/ играет незначительную роль.
Для дугогасителей этого типа характерным является большое напряжение на стволе дуги, этим во многом определяется успешное гашение дуги в таких устройствах при отключении цепей переменного тока высокого напряжения. Следовательно, вольт-амперная характеристика дуги является одной из наиболее важных характеристик для дугогасителей данного типа.
9-4. ПРОЦЕССЫ В ДУГОВОМ ПРОМЕЖУТКЕ В ОБЛАСТИ ПЕРЕХОДА ТОКА ЧЕРЕЗ НУЛЬ ПРИ ГАШЕНИИ ДУГИ В УЗКОЩЕЛЕВОМ ДУГОГАСИТЕЛЕ
В щелевом канале дугогасителя создаются специфические начальные условия для распада остаточного ствола или Для повтор рения зажигания дуги, а именно:
а) отсутствие в зоне остаточного ствола каких-либо, направленных конвективных потоков, как это имеет место в дугогасительных устройствах со специальными дутьевыми системами;
б) наличие непосредственно около остаточного ствола раскаленного «следа» дуги на поверхностях стенок камеры.
При этих условиях, согласно [156], типичным для повторного зажигания дуги является так называемый тепловой пробой за счет увеличения остаточной проводимости пути- остаточного тока при воздействии на промежуток восстанавливающегося напряжения.
Опытами установлено, что в таких устройствах после перехода тока через нуль дуговой промежуток имеет два параллельных пути для остаточного тока: путь тока через газовый плазменный остаток и путь по нагретому «следу», оставленному дугой на поверхностях стенок камеры. Причем эти пути имеют различные тепловые постоянные времени. Это видно из рис. 9-6, где приведены данные о величине и характере изменения электрической проводимости во времени каждого из этих путей. Постоянная времени нагретого газового остатка составляет около 62 мксек, в то время как для раскаленного следа дуги на поверхности она более 200 мксек; через 75 мксек после перехода тока через нуль электрическая проводимость почти полностью относится к этому второму пути.
Этот проводящий поверхностный путь представляет собой весьма тонкий слой, нагретый добела. Потеря энергии в нем обусловлена главным образом теплообменом с телом стенки камеры.
Таким образом, повторное зажигание дуги в данном случае может происходить или в результате возобновления дуги при теп ловом пробое пути остаточного тока в газе, или в результате развития разряда по раскаленному следу на поверхности. Вероятность развития зажигания дуги в первом случае может быть снижена путем уменьшения величины постоянной времени за счет уменьшения ширины щели б [см. уравнение (9-1)] или за счет устройства вспомогательного воздушного «поддува». Более сложной является задача уменьшения постоянной времени раскаленного следа дуги на поверхности. С этим, по-видимому, связано то обстоятельство, что при отключении весьма больших токов при больших номинальных напряжениях повторное зажигание дуги происходит в результате развития разряда по раскаленному следу на поверхности. Эти относительно тяжелые условия в дуговом промежутке данных дугогасителей в определенной степени компенсируются более легкими условиями отключения по величине и скорости восстановления напряжения, о которых говорилось выше.
Рис. 9-6. Изменение остаточной электрической проводимости междуконтактной области после перехода тока через нуль при гашении дуги в узкощелевом дугогасителе
/-- проводимость области остаточного ствола; 2 — проводимость раскаленного следа дуги на поверхности стенок камеры; 3—суммарная проводимость
