1. Электрический аппарат - это электротехническоеустройство, которое... включения и отключения электрических цепей. Контроля,...

1. Определения понятия электрический аппарат, классификация электрический аппарат,
общие сведения.
Электрический аппарат - это электротехническоеустройство, которое используется для
включения и отключения электрических цепей. Контроля, измерения, защиты, управления и
регулирования электроустановок предназначенных для производства, преобразования, передачи и
потребления электрической энергии.Понятие промышленный аппарат обхватывает очень большой
круг промышленных и бытовых аппаратов.
Классификации по назначению - основной функции выполняемых аппаратов.
По этому признаку они могут быть подразделены на следующие группы:
1)коммутационный аппарат - предназначены для включения и отключения электрической
цепи, к ним можно отнести разъединители, отделители, переключатели, рубильники, выключатели
нагрузки и выключатели высокого и низкого напряжения.
2)аппараты
защит - предназначены
для защиты
электрических
цепей от
ненормальных(аварийных) режимов работ. Пример: перегрузка, КЗ и прочее.
К этой группе относят предохранители высокого и низкого напряжений, различного рода
реле.
3)пуск регулирующий аппарат - предназначены для управления электроприводами и другими
промышленными потребителями электроэнергии. Пример: для двигателя это пуск, остановка, реверс,
регулирование частоты вращения. К этой группе относят: электромагнитные контактеры, пускатели,
реостаты и прочее.
4)ограничивающий аппарат - предназначен для ограничения токов короткого
замыкания(реакторов) и ограничивание величины перенапряжения(разрядников).
5)контролирующий аппарат - предназначены для контроля заданных электрических и не
электрических параметров(датчики)
6)регулирующий аппарат - предназначены для автоматической и непрерывной стабилизации и
регулирования заданных электрических и не электрических параметров(стабилизаторы, регуляторы).
7)измерительный
аппарат
предназначен
для
изоляции
цепей
первичной
коммутации(первичных сетей, питающих сетей, силовых сетей) от вторичных цепей(цепей
измерительных приборов релейной защиты). К этой группе относят измерительные трансформаторов
тока и напряжений.
8)аппараты предназначенные для выполнения механической
работы(подъемные
удерживающие электромагниты, электромагнитные тормоза)
2. Электрический аппарат как правило состоит из трех элементов: воспринимающего,
преобразующего и исполнительного.
По принципу действия воспринимающего элемента аппараты подразделяются:
1)электромагнитные 2)магниты электрические 3)индукционные 4)электродинамические
5)поляризованные 6)полупроводниковые 7)тепловые 8)электронные 9)магнитные
По принципу действия исполнительного элемента:
1)контактные2)без контактные
В пределах одной группы или типа различают:
1)по напряжению(высокого(более 1 кВт) и низкого(до 1 кВт))
2)по роду тока(постоянного, переменного тока промышленной частоты 50 Гц, переменного
тока повышенной частоты более 50 Гц)
3)по величине тока(слаботочные до 5А, сильно точные свыше 5А)
4)по режиму работы(продолжительный режим s1, кратковременного режима s2, повторно
кратковременного s3)
5)по времени срабатывания(безиннорционные до 3 мс, быстродействующие от 3 до 5 мс,
нормального исполнения от 50 до 100 мс, замедленного исполнения от 150 мс до 1 с, реле времени
более 1 с)
6)по способу управления(автоматические и не автоматические(ручного управления))
7)по роду защиты от окружающей среды(в открытом исполнении, в защищенном,
водозащищенном, взрывозащищенном)
Основные требования предъявляемые к электрическим аппаратам(по мимо исполняемой ими
функции):
1)при нормальном режиме работы, температура токоведущих частей не должна превышать
допустимого(значений нормировнаных ГОСТами и правилами устройствами электроустановок)
2)аппараты должны выдерживать в течении определенного времени термическое воздействие
токов КЗ без каких либо деформации препятствующих их дальнейшему использованию
3)-//- электродинамических токов КЗ -//4)контакты электрических аппаратов должны быть способны многократно включать и
выключать нормальные рабочие токи, те аппараты должные показывать высокую износостойкость
5)изоляция аппарата должна быть рассчитана с учетом возможных перенапряжении
возникающих в процессе эксплуатации с некоторым запасом учитывающим ее старение.
3. Электрические контакты, определения, общие сведения, классификацию.
Электрический контакт - это место перехода тока из одной контакт-детали в другую.
Контакт-деталь - это токоведущая деталь осуществляющая контакт(соприкосновение) с другой
токоведущей
деталью.
Предназначены
для
включения
отключений
электрической
цепи(коммутации).
Контакты бывают: неразъемные(болтовое соединение двух шин); скользящие(реостат);
коммутирующие(соприкосновением и разрывом друг от друга)
По форме:
1)точечные(контакт между одной к-д происходит в одной точке(небольшой области)), при точечном
контакте, контактные нажатия небольшие и могут быть использованы драгоценные металлы для
уменьшения сопротивления контакта, использование драгоценных металлов позволяет избежать
окислов контактов и следовательно увеличения сопротивления;
На малые токи контакты
применяются точечные.
2)линейный контакт - контактирование происходит в доль одной линии, в этом случае можно создать
большую степень нажатия, эти контакты выполняются так, что цилиндры во время контактирования
перемещаются по плоскости и окислы стираются, следовательно можно применять более дешевые
металлы, даже образующие окислы, удаление окислов при перемещении снижает величину
сопротивления.
3)поверхностный - это контактирование между двумя поверхностями, применяются при
больших токах, создается высокая степень нажатия, благодаря чему в некоторых местах поверхность
очищается от окислов.
4. По конструктивному исполнению контакты рассчитанные на средние и большие токи делятся на
группы:
1)рычажные - в них применяются проскальзование подвижного контакта по неподвижному,
для стирания окислов, в качестве материала контакта применяется медь.
2)мостиковый - контакт осуществляется в месте соприкосновения двух сфер, применяются
для прямоходовых магнитных систем, в качестве материала используются серебро и его сплавы, для
удешевления драгоценные металлы напыляются на некую более дешевую подложку.
3)врубные - один контакт или оба контакта входят в друг друга. Применяются в
низковольтной аппаратуре, материал медь.
4)роликовый - предназначены для токосъема с движущихся контакт деталей
5)торцевые - контактирование осуществляется по плоскости, контакт имеет большое
переходное сопротивление и используется преимущественно как дугогаситель
6)двухступенчатый контакт - содержат главные контакты и дугогасящие контакты.
Используется при коммутации больших токов. При включении или замыкании электрической цепи
сначала замыкаются дугогасящие контакты, а потом главные. При отключении(размыкании) сначала
размыкаются главные контакты, а потом дугогасящие.
К основным параметрам контактных соединений относят:
1)раствор - это наименьшее расстояние между полностью разомкнутыми контактами,
величина раствора определяется условием гашения электрической дуги, родом и величиной тока.
2)провал - это расстояние которое проходит подвижный контакт, после первого
соприкосновения с неподвижным до полной остановки. Провал существует за счет деформации.
Наличие провала позволяет скомпенсировать износ контакта(износ), поэтому чем больше провал,
тем больше срок службы контактов, но это и требует более мощную систему приводящей контакт в
движение.
3)контактное нажатие - это сила сжимающая к-д в месте их соприкосновения. Различают:
начальное контакт нажатие, в момент первого соприкосновения контактов; конечное контакт
нажатие, при полностью выбранном провале.
Начальное контакт нажатие Р0=С*delta L1 Конечное контакт нажатие Рк=Р0+С*delta L2
Где С жесткость контактной пружины, дельта L – величина первоночального сжатия.
5. Переходное сопротивление контактов во включенном(замкнутом) состоянии.
Существование переходного сопротивление контактов связано с наличием окислов пленок на
поверхностях контактов, а так же с тем фактором, что при соприкосновении к-д контактирование
происходит не по идеальной поверхности, а в отдельных точках.
Рассчитывается по следующей форме Rк=Км/0,102*Рк^m
Км - коэффициент зависящий от материала контакта
Рк - величина конечного контакт нажатия
RК - переходное сопротивление
m - показатель степени зависящий от формы контакта 0.5 для точечных, от 0.5 до 0.8 для
линейных и 1 для поверхностных
Из формулы видно что переходное сопротивление контактов зависит от е величины
контактного нажатия, чем оно больше тем сопротивление меньше.
6. Переходное сопротивление контактов так же зависит от температуры, при увеличении
температуры сопротивление увеличивается.
Переходное сопротивление зависит от состояния поверхности контакта. Шлифовка
контактной поверхности увеличивает переходное сопротивление, при шлифовке бугорки на
поверхности материала становятся более пологими и их смятие(дифформация) затрудняется, что
уменьшает величину овала и снижает значение контактного нажатия. Контакты сильноточных
аппаратов должны зачищаться только крупно зернистыми напильниками, но не наждачной.
Наличие переходного сопротивления приводит к тому, что в зоне электрического контакта,
происходит выделения тепла по закону Джоуля-Ленца.
Знание величины переходного сопротивления может быть использовано при точном расчете
токов КЗ. Переходное сопротивление включается в схему замещения на ряду с сопротивлениями
линии, трансформаторов, реакторов и прочих элементов.
7. Ru - характет конт
При увеличение тока через контакт, увеличивается
падение напрежения через контакт Uк=I*Rк
Следовательно растет температура контактной
площадки, а это в свою очередь растет температура контакт
площадки, а это в свою очередь увеличивает переходное
сопротивление контактов.
8. Работа силовых коммутирующих контактов в силовых
режима.
А)включение цепи - при включении электрических
аппаратов в их контактных системах могут иметь место
следующие процессы: 1)вибрация к-д; 2)эрозия на поверхности кд, в результате образования электрического разряда между ними.
Описание вибрации.
При
включение
контактора
его
электромагнит
воздействует на контактный рычаг 2 перемещение которого или
поворот, приводит к соприкосновению подвижного контакта 1 и
неподвижного контакта 4. В момент соприкосновения контактов,
происходит
удар
в
результате
которого
контакты
деформируются(сминаются) и контакт 1 отбрасывается от
неподвижного контакта 4. Между контактами образуется зазор и
под воздействием приложенного напряжения происходит
электрический разряд, в частности говорят о возгорании
электрической дуги. Движение контакта 1 в право прекратиться
тогда, когда энергия полученная им при ударе, перейдет в
энергию сжатия пружины 3. После этого под действием пружины
контакт 1 начнет перемещаться в лево произойдет новый удар и
новый отброс контакта 1. Возникает колебательный
процесс(который называют вибрацией) и процесс вибрации
закончиться, когда затухнет энергия колебательного контура.
Энергия удара и энергия сжатия пружины полностью пойдет на
деформацию и на нагрев частей колебательного контура.
Контакты 1, 4 пружины 3 и контактный рычаг.
При
вибрации
контактов
происходит
многократное
образование(зажигание) электрической дуги. Это приводит к
сильному износу контакт детали из-за оплавления и распыления
материалов поверхности этих контактов. В связи с износом
контактов уменьшается усилия нажатия их нажатия во включенном состоянии, следовательно
повышается переходное сопротивление.
Описание эрозии. В процесс включения по мере приближения подвижного контакта к неподвижному
возрастает напряженность электрического поля между ними. При определенном расстоянии между
контактами, произойдет пробой межконтактного зазора. В аппаратах низкого напряжения пробой
возникает при очень малом расстояний между контактами(сотые доли мм). Электрическая дуга при
этом не возникает. Так как расстояние между контактами мало и подвижный контакт продолжает
двигаться, быстро замыкает промежуток и электрическая дуга просто не успевает возникнуть. При
прробое межконтактного зазора электроды бомбардируют контакт с положительным
потенциалом(анод) и его материал переходит на катод(контакт с отрицательным потенциалом)
откладываясь на нем в виде различных образований. Износ контактов в результате переноса
материалов с одного контакта на другой называется физическим износом или эрозией. Эрозия при
замыкании контактов не велика, но в аппаратах низкого напряжения при малых контактных
нажатиях и малых межконтактных зазоров, она может привести к свариванию контактов.
В аппаратах высокого напряжения при сближении контактов пробой происходит при больших
расстояниях между контактами. Успевает возникнуть электрическая дуга, она горит относительно
долго, что тоже может привести к свариванию контактов. Особенно велика вероятность сваривания
при включении на существующие КЗ.
9. контакты во включенном состоянии
В этом режиме следует различать два случая: 1) через контакты проходит длительный
номинальный ток; Для надежной работы контактов, необходимо что бы при номинальном токе,
падение напряжения на контактах не превышало падения напряжения соответствующего
рекристализации
2) через контакты происходит кратковременный ток КЗ.
Прохождение длительного номинального тока. Прохождение токов КЗ.
При КЗ ток через контакты превосходит номинальный в десятки и сотни раз и за малой постонной
времени нагрева контакты очень быстро нагреваются и свариваются. Поэтому при больших токах от
2 кА и выше может применяться жидкостное охлаждение контактов. Жидкостное охлаждение более
эффективно, чем атмосферное при нормальном давлении.
10.отключение контактов
В процессе размыкания контактов, контактное нажатие уменьшается, переходное
сопротивление возрастает, увеличивается выделение теплоты, растет температура точек касания. В
момент разъединения контактов они могут нагреться до температуры плавления между ними
возникнет мостик из жидкого металла, при дальнейшем расхождении контактов мостик разрывается
и в зависимости от параметров от параметров отключаемой цепи, возникает дуговой либо тлеющий
разряд.
Высокая температура при горении электрической дуги приводит к оплавлению и распылению
материалов контактов. Все это влечет за собой износ контактов. Так же при горении дуги
происходит перенос материалов с анода на катод, т.е. эрозии.
Для борьбы с эрозией и износом контактов в аппаратах на токе до 600 А:
1)сокращает длительность горения дуги с помощью дугогасительных устройств
2)устраняет вибрации контактов при включении применяют
3)дугостойкие материалы контактов
11. К
материалу контактов предъявляются следующие требования:
• высокие электрическая проводимость и теплопроводность;
• стойкость против коррозии в воздухе и других газах;
• стойкость против образования пленок с высоким удельным соротивлением;
• малая твердость для уменьшения необходимой силы нажатия (во же время для уменьшения
механического износа при частых вклюениях и отключениях хорошо иметь высокую
твердость);
• малая эрозия;
• высокая термостойкость (температура плавления);
• большие значения тока и напряжения, возникающих при обраовании электрической дуги;
• простота обработки, низкая стоимость.
Рассмотрим свойства некоторых контактных материалов.
Медь. Положительные свойства контактов из меди: высокие элекрическая проводимость и
теплопроводность, достаточная твердость, простота технологии изготовления, низкая стоимость.
К недостаткам следует отнести низкую температуру плавления. Кроме того, при работе на
воздухе контакты из меди покрываются слоем прочных окислов, имеющих высокое
сопротивление, что требует довольно больших
ил нажатия. Для защиты меди от окисления поверхность контактов покрывают
электролитическим способом слоем серебра толщиной 0 ... 30 мкм. Медь используется для
изготовления плоских и круглых шин, контактов аппаратов высокого напряжения, контакторов,
автоматических выключателей и др. Вследствие низкой термостойкости меди нежелательно ее
применение в аппаратах, отключающих цепь с образованием мощной дуги и имеющих большое
число включений в час.
Серебро. Положительные свойства контактов из серебра: высокие электро- и теплопроводность,
малая механическая прочность пленки окисла серебра, в результате чего пленка быстро
разрушается при нагреве контактной точки. Контакт из серебра устойчив, благодаря малой
механической прочности для него достаточны малые
нажатия. Устойчивость, малое переходное сопротивление являются характерными свойствами
контактов из серебра. В то же время малая термостойкость и недостаточная твердость серебра
препятствуют использованию серебряных контактов в аппаратах с образованием мощной дуги, а
также работающих при частых
включениях и отключениях. Серебро применяется в реле и контакторах при токах до 20 А. В
аппаратах на большие токи (вплоть до 10 кА) из него изготовляют
главные контакты, работающие без дуги.
Алюминий. Этот материал имеет достаточно высокие электрическую проводимость и
теплопроводность. Благодаря малой плотности токоведущая часть круглого сечения из
алюминия, рассчитанная на такой же ток, что и медный проводник, имеет почти на 4 %
меньшую массу. Это позволяет снизить массу аппарата. Недостатки контактов из алюминия:
образование на воздухе и в активных средах пленок с высокой механической прочностью и
высоким сопротивлением, низкая термостойкость (температура плавления алюминия значительно
меньше, чем у меди и серебра) , малая механическая прочность. Кроме того, при контакте
алюминия с медью образуется пара, подверженная сильной электрохимической коррозии. В
связи с этим при соединении с медью алюминий необходимо покрывать тонким слоем меди
электрохимическим путем либо оба металла следует покрывать серебром. Алюминий и его
сплавы (дюраль, силумин) применяют
главным образом
для
изготовления
шин
и
конструкционных деталей аппаратов.
Вольфрам. Положительными свойствами контактов из вольфрама являются высокая
термостойкость, большая стойкость против эрозии, сваривания. Высокая твердость вольфрамовых
контактов позволяет применять их в аппаратах, работающих с частыми включениями и
отключениями. К недостаткам контактов из вольфрама относятся высокое удельное
сопротивление, малая теплопроводность, образование прочных
оксидных и сульфидных пленок. В связи с высокой механической прочностью и образованием
пленок вольфрамовые контакты требуют большого нажатия.
В реле на малые токиснебольшим нажатием применяются стойкие против коррозии материалы:
золото, платина, палладий и др. Металлокерамические материалы. Анализ свойств
рассмотренных металлов показывает, что ни один из них не удовлетворяет полностью всем
требованиям, предъявляемым к материалу разрывных
контактов. Основные свойства контактного материала - высокие электрическая проводимость и
термостойкость - не могут быть получены и за счет сплавов серебра и вольфрама, меди и
вольфрама, поскольку указанные металлы сплавов не образуют. Материалы, обладающие
необходимыми для контактов свойствами, получают методом порошковой металлургии
(металлокерамики). Физические свойства металлов при изготовлении металлокерамических
контактов сохраняются. Термостойкость керамике придают такие металлы, как вольфрам ,
молибден. Для получения низкого переходнаго сопротивления кон12.
Образование электрической дуги в электрических аппаратах
При размыкании электрических цепей в электрических аппаратах, выключателей,
контакторов, разъединителей. Обычно на этих контактах возникает дуговой разряд если величины
тока и напряжения превосходят некоторые критические значения.
Электрическая дуга - это явление прохождения электрического тока через газ, которые под
действием различных факторов ионизируются.
В дуговом разряде различают три характерные области(если мы говорим о цепи постоянного
тока).
1)Околокатодная область 2)ствол дуги 3)околоанодная область
Температурная центральной части дуги в электрических аппаратах может достигать от 6 до
18000°С. Плотность тока в околокатодной области очень велика от 100 до 1000 А на мм^2.Известно
четыре основных пути появления в дуговом промежутке электрических зарядов: термо и
автоэлектронная эмиссии, ударная и термическая ионизации. Термоэлектронная эмиссия - это
явление испускания электронов из раскаленной поверхности катода. После разрыва жидкого
металлического мостика на катоде образуется пятно, которое является основанием дуги. Под
действием высокой температуры электроны получают энергию, для преодоления потенциального
барьера и выскакивают с поверхности электрода(катода) в пространство. И под действием сил
электрического поля электроны двигаются от катода к аноду, возникает электрический ток,
зажигается дуга. Количество свободных электронов в результате термоэлектронной эмиссии
относительно не велико и этот процесс служит для разжигания дуги, то есть является инициатором
для ее возникновения, но для поддержания горения этого процесса не достаточно. Автоэлектронная
эмиссия - это явление испускания электронов из катодов, под действием сильного электрического
поля. Этот процесс тоже незначительный и может служить только началом развития дугового
разряда. Таким образом возникновение дугового разряда обеспечивается термо и автоэлектронной
эмиссиями. Ионизация - это процесс появления в дуговых промежутках свободных электрических
зарядов, то есть электронов и положительных ионов. Горение электрической дуги поддерживается
термической и ударной ионизациями. Термическая ионизация - процесс ионизации под воздействием
высокой температурой. Это значит, что в нейтральных атомах электроны получают энергию и
срываются со своих орбит, получается свободный отрицательный заряд. Температура ствола дуги
достигает до 1000° под действием этой температуры возрастает число и скорость движения
заряженных частиц. Свободные электроны соударяясь с нейтральными атомами выбивают из них
электроны, то есть появляются новые свободные заряды, это и называется ударной ионизацией. По
сколько горение дуги поддерживается под действием ионизации, то для гашения дуги необходимо
использовать процессы дионизации.
Два основных процесса дионизации межконтактного промежутка:
1)рекомбинация - процесс образования нейтральных атомов при соударении электронов и
положительных ионов(результат охлаждения столба дуги).
2)диффузия - процесс выноса заряженных частиц из дугового промежутка в окружающее
пространство, что уменьшает проводимость дуги, увеличивая сопротивление(вынос заряженных
частиц с помощью магнитного поля).
13.
ВАХ дуги постоянного тока.
Основной характеристикой электрической дуги является ее вольт амперная характеристика,
то есть зависимость падения напряжения на
дуге от величины тока через дуговой
промежуток. ВАХ дуги постоянного тока
имеет падающих характер, то есть с
увеличением тока, падение напряжения на
дуге уменьшается, так как сопротивление
дуги уменьшается обратно пропорционально
квадрату тока. С ростом тока увеличивается
температура дуги усиливается термическая
ионизация,
увеличивается
количество
свободных зарядов, что эквивалентно
уменьшению
электрическому
сопротивлению. Падение напряжения на дуге
зависит не только от величины ток, но и от скорости его изменения. При медленном изменении тока,
процессы ионизации и дионизации успевают следовать за изменениями тока, ВАХ снятые при таких
условиях носит название статическое. При быстром же изменении количество зарядов в дуговом
промежутке не успевает придти в соответствие с величиной тока(из-за инерционности тепловых
процессов в столбе дуги). И напряжение на дуге будет уже не таким, как при медленном изменении
тока. Характеристику дуги для такого случая называют динамеческой.
14. Распределение напряжения по длине дуги постоянного тока.
Катодное падение напряжение сосредоточено на очень не большом участке непосредственно
прилегающем к катоду около 0,001 мм при нормальном давлении. Зависит от материала катода и
свойств газов, в котором горит дуга.
Uk=10-20 В, Ek=10^5 В/см
Анодное падение напряжения имеет
место
в
области
непосредственно
примыкающей к аноду, оно не является
необходимым
условием
существования
дугового разряда, так как задача анода
относительна пассивна принимать поток
электронов. Величина анодного падения
напряжения зависит от температуры анода,
металла из которого он сделан и прочее.
Uk=5-10 В, Ek=10^4 В/см
Падение напряжение в дуговом столбе.
Главная
составляющая
падения
напряжения Ucm=Ed*l, Ed=10-20 В/см.
Величина напряженности электрического поля
в дуговом столбе существенно зависит от
условий в которых горит дуга и от свойств
дугогасящей среды.
Меньшее
значение
относится
к
открытым дугам в воздухе при относительно больших
токах, а большее к дугам находящимся в потоке газов
или паров жидкости, когда отбор тепла от дугового
столба делается особо интенсивным.
Аналогичный сдвиг ВАХ происходит при увеличении
давления среды межконтактного промежутка.
Так же на ВАХ влияет охлаждение дуги, чем
интенсивней происходит охлаждение, тем больше от
нее отводиться мощности, при этом для сохранения
баланса должна возрастать мощность выделяемая
дугой, при заданном токеэто возможно за счет
увеличения падения напряжения на дуге.
Таким образом с ростом охлаждения ВАХ дуги так же
поднимается. Этим широко пользуются в дугогасящих устройствах коммутационных аппарато
15.Условие горения и гашения дуги цепи постоянного тока.Чтобы погасить дугу постоянного тока
необходимо создать такие условия, при которых бы процесс
дионизации превосходил процесс ионизации. При уменьшении
тока уменьшается выделение
тепла в столбе дуги, ослабевает
процесс
термической
ионизации,
то
есть
уменьшается
количество
зарядов в дуговом промежутке,
что эквивалентно увеличению
сопротивления.
Для гашения дуги наша
ВАХ должна подняться выше реостатной.
Способами гашения дуги будут увеличение длины дуги, плотности среды в дуговом
промежутке, усиление охлаждения.
16.
Перенапряжение при отключении дуги в цепях постоянного тока.
Напряжение на контактах в момент достижения током нулевого значения называется
напряжением гашения дуги. При мгновенном значении тока равном i=0 выражение для баланса
напряжения примет вид U=Uгаш+Ldi/dt
Так как при гашении дуги падение напряжения на индуктивности отрицательно(ток все время
уменьшается) Ldi/dt<0 Uгаш=U+|Ldi/dt|
Получается что в момент гашения дуги напряжение на контактах больше напряжения
источника, это явление называетсяперенапряжением или коммутационным перенапряжением.
Для оценки перенапряжения вводят понятия коэффициенты оценки перенапряжения
k=Uгаш/U=1+|Ldi/dt|/U.
Как видно из формул величина перенапряжения будет тем больше, чем больше
индуктивность отключаемой цепи ичем выше скорость изменения тока.
Скорость спада тока зависит от скорости роста сопротивления дугового промежутка, те от
скорости его деионизации. В быстродействующих коммутационных аппаратах выключающих цепь
за сотую долю секунду di/dt велико и поэтому величина перенапряжения может в десятки раз
превышать напряжение источника, при этом изоляция как самого электрического аппарата, так и
элементов отключаемой им цепи, подвергается опасным перегрузкам.
Во избежание пробоя изоляции и выхода электрооборудования из строя необходимы
специальные меры и средства защиты от перенапряжения(установка разрядников).
Энергия дуги.
Результаты различных опытов показывают, что для всех аппаратов с дугогасящими
устройствами доля энергии поступающая в дугу от источника питания составляет всего лишь 3-5%
от общего количества, остальная часть приходиться на электромагнитную энергию отключаемого
контура из-за наличия индуктивности в цепи. Энергия выделяемая в дуге частично тратиться на
поддержание температуры разряда и частично отдается окружающему пространству. Для погашения
дуги необходимо чтобы ее температура уменьшалась, при этом энергетический баланс должен быть
отрицательным:
Количество энергии подводимое к дуге должно быть меньше количества теплоты отводимого
от дуги, за счет охлаждения(отрицательный энергетический баланс).
Чем больше индуктивность и ток в подключаемой сети, тем труднее погасить дугу.
Электрическая дуга в цепи переменного тока.
Горение и гашение дуги в цепи переменного тока при отключение активной нагрузки.
При промышленной частоте 50 Гц ток в дуге меняется достаточно быстро и происходящие в
ней процессы необходимо рассматривать с помощью динамической ВАХ.
Рисунок дин. ВАХ дуги.
При синусоидальном токе напряжение на дуге сначала поднимается до точки 1, затем
движется по участку 1 - 2 этот участок похож на статистическую ВАХ для цепи постоянного тока,
затем после прохождения тока через максимум 2, динамическая ВАХ опускается и проходит через
точку 3, затем напряжение на дуге быстро падает до нуля, в отрицательный полупериод процесс
повторяется.
При высокой частоте динамическая ВАХ описывается кривыми 4 и 5. Изменения тока на
столько быстрые, что точки 1, 2, 3 сливаются в одну.
Зависимость тока и напряжения на дуге во времени представлены на следующем
рисунке.
1-падение напряжения на дуге при частоте 50 Гц
2-падение напряжения на дуге при большой частоте
18.
Рассмотрим отключение цепи с чисто активной нагрузкой cos(f)=1
Пусть контакты аппаратов начали размыкаться в точке (а) МРК-момент размыкания
контактов, при этом между контактами загорается дуга. К концу половины периода из-за
уменьшения тока i и воздействия дугогасящего устройства наблюдается увеличение сопротивление
дугового промежутка и подъем напряжения на дуге uд при подходе тока i к 0 к дуге подводиться
малая мощность температура ее уменьшается, что приводит к замедлению термической ионизации и
увеличению степени деионизации, все это приводит к погосанию дуги в точке о.
Резкий подъем наряжения на дуге к концу полупериода ведет к тому, что ток обрывается до
своего естественного прохождения через нуль.
После погосания дуги, дуговой промежуток не прекращается мгновенно в изоляционный, по
скольку температура его еще великаи в дуговом промежтке есть свободные заряженные частицы.
Напряжение при котором дуга гаснет, называет напряжением или пиком гашения.
В процессе гашения дуги число заряженных частиц в области дугового промежутка
уменьшается и после гашения дуги сопротивление промежутка резко возрастает, при этом возрастает
и так называемая электрическая прочность промежутка, те напряжение при котором происходит
пробой промежутка. После прохождения напряжения источника через нуль, оно меняет знак и
начинает расти по закону синусоиды. Электрическая прочность промежутка возрастает при этом не с
нуля, а со значения соответствующего точке а1. Это значение называется начальной прочностью
промежутка. Начальная прочность и дальнейший рост электрической прочности зависит от свойств
дугогосящего устройства и скорости расхождения контактов. Чем эффективнее действует
дугогасящее устройство, тем больше начальная прочность и тем круче идет последующее нарастание
электрической прочности.
Рассмотрим случай когда возрастание электрической прочности идет по кривой а1 б1. В
момент времени т1 кривая прочности пересекает кривую напряжения на источнике. В этой точке
произойдет пробой в межконтактном промежутке и дуга загорится вновь. Напряжение при котором
зажигается дуга, называется напряжением зажигания. Поскольку ток в первой половине синусоиды
возрастает, то согласно ВАХ дуги напряжение падает. После прохождения тока максимального
значения он падает и следовательно напряжение возрастает. При больших токах из-за сильной
термической ионизации кривая напряжения на дуге будет иметь горизонтальный участок. В начале и
конце полупериода присутствуют пики зажигания и гашения. Напряжение появляющееся на
контактах после прохождения тока через нуль называется восстанавливающимся, его величина
зависит от напряжения источника и параметров отключаемой цепи(соотношение активных и
реактивных сопротивлении). В данном случае при чисто активной цепи восстанавливающееся
напряжение будет совпадать с напряжением источника. В точке о' дуга опять гаснет и происходят
процессы описанные ранее. В момент подхода тока к нулю дуга будет иметь более высокую
температуру, чем при зажигании и поэтому пик гашения на дуге, всегда меньше пика зажигания. К
моменту о' в следствие расхождения контактов длина дуги возрастает. Из-за увеличения длины дуги
увеличивается интенсивность отвода тепла от дуги, в результате начальная прочность промежутка и
дальнейший ее рост будут больше, чем в предыдущий период гашения, увеличивается и время
безтоковой паузы. Однако и в момент времени о' окончательного гашения дуги не происходит и в
точке т' дуга загорается вновь. Из-за возросшей длины дуги, поскольку контакты дуги продолжают
расходиться, напряжение зажигания будет большим чем в предыдущем периоде. Окончательное
гашение дуги происходит в точке о'' из-за возросшей длины дуги начальное значение прочности
увеличилось и электрическая прочность восстанавливается по кривой а3 б3. Электрического пробоя
не происходит, дуга окончательно гаснет.
Если бы дугогасительное устройство было бы более эффективно и вместо кривой а3 б3, была
бы кривая а2 б2, то дуга погасла после первого прохождения нуля.
В эффективно-работающих дугогасительных устройствах после возникновения дуги, ее
сопротивление так быстро возрастает, что ток в цепи уменьшается за счет этого увеличения
сопротивления и не достигает своего амплитудного значения, такой процесс называется процессом
стока ограничений.
19.
Горение и гашение дуги в цепи переменного тока при отключении индуктивной нагрузки.
Рассмотрим процесс гашения дуги в цепи с большой индуктивностью cos(f)<0,1
В МРК дуга загорается и напряжение на дуге меняется так же как на предыдущем рисунке. В
точке о дуга гаснет. Благодаря процессу деионизации в дугогасительном устройстве диэлектрическая
прочность восстанавливается по кривой а1. К промежутку при этом прикладывается
восстанавливающееся напряжения Uв. Данный случай принципиально отличается от предыдущего
по скольку в момент погасания дуги в точке о напряжение на источнике близко в амплитудному.
Поэтому восстанавливающееся напряжение растет с большой скоростью. В точке С
восстанавливающееся напряжение становиться выше электрической прочности и происходит
пробой, дуга загорается вновь. Дуга горит еще пол периода и снова гаснет в точке о'. Напряжение
восстанавливается по кривой U'в, а электрическая прочность восстанавливается по кривой a' 1'. В
точке с' снова происходит пробой, дуга загорается вновь. В точке о'' дуга снова гаснет и снова
начинается процесс восстановления напряжения по кривой U''в и нарастание электрической
прочности по кривой a'' 1''. По скольку длина дуги увеличилась, контакты начинают расходиться то
кривая электрической прочности а'' 1'' становиться выше кривой U''в. Пробоя не происходит дуга
гаснет. Восстанавливающееся напряжение при этом может превысить напряжение источника, те
происходит перенапряжение, а потом оно затухает до величины напряжения источника.
При гашении дуги переменного тока одним из решающих факторов является
восстанавливающееся напряжение. Для погашения дуги с ростом скорости восстановления
напряжения необходимо увеличивать скорость нарастания электрической прочности. В противном
случае либо увеличивается длительность горения дуги, либо аппарат не сможет погасить дугу и
отключить цепь. Избежать этого можно: увеличением скорости нарастания электрической
прочности, снижением скорости восстановления напряжения. Второй способ используется чаще и
для снижения скорости восстановления напряжения используется низкоомные и высокоомные
шунты.
20.Отключение цепей при наличии шунтов.
Возрастание скорости восстановления напряжения приводит к тяжелым режимам работы
отключающих аппаратов. Облегчить эти режимы можно либо увеличением скорости нарастания
электрической прочности в ДУ, либо искусственным снижением скорости восстановления
напряжения. Второй путь более экономичен и в настоящее время широко используется. Для
снижения скорости восстановления напряжения применяются низкоомные и высокоомные
шунты. Рассмотрим принцип действия низкоомного шунта (рис. 4.15). Выключающий аппарат имеет
два разрыва. Разрыв 1 шунтирован резистором Rш. Сопротивление Rш выбирается так, чтобы
колебательный процесс восстановления напряжения перевести в апериодический. Для этого
необходимо соблюдать неравенство Rm<1/2 корень L/Cэк. Обычно сопротивление Rш так мало, что
влиянием Сэк можно пренебречь Тогда u = E[l — e-iRш/L). Процесс восстановления напряжения при
наличии шунта и без него показан на рис. 4.16. Наибольшая скорость, В/мкс, имеет место при t = 0:
Шунтирующий резистор с малым сопротивлением
позволяет настолько снизить скорость
восстановления напряжения, что гашение дуги в первом разрыве практически не будет зависеть от
собственной частоты сети. Возможный максимальный пик восстанавливающегося напряжения при
этом уменьшается примерно в 2 раза. Для снижения скорости восстановления напряжения на первом
разрыве желательно иметь возможно малое значение Rш. Как правило, дуга в разрыве 1 гаснет при
первом прохождении тока через нуль. После этого расходятся контакты разрыва 2 (см. рис. 4.15) и
между ними загорается дуга. Резистор Rm облегчает работу и этого разрыва, так как его введение в
цепь уменьшает ток и сдвиг фаз между током и напряжением источника, что снижает
восстанавливающееся напряжение промышленной частоты. Для облегчения режима работы второго
разрываRш должно быть возможно большим. Обычно Rm определяется условиями работы разрыва
1/ Шунтирующие резисторы с малым сопротивлением применяются в выключателях на все классы
напряжения, особенно при напряжениях до 35 кВ, где токи отключения достигают больших
значений. При напряжении более 35 кВ применяются многократные разрывы. Восстанавливающееся
напряжение промышленной частоты, приходящееся на один разрыв, уменьшается пропорционально
числу разрывов. Соответственно уменьшается и скорость восстановления напряжения. Емкостное
сопротивление между всеми контактами практически одинаково, но токи, текущие через разрывы,
различны ввиду наличия емкостей элементов аппарата относительно земли С3 (рис. 4.17). Это
создает неравномерность напряжения по разрывам. С ростом числа разрывов эта неравномерность
увеличивается. Для выравнивания напряжения по разрывам применяют емкостные шунты Сш [18.5].
При Сш5>20С3 токами i3 текущими через паразитные емкости на землю, можно пренебречь. При
этом напряжение делится поровну между разрывами.
21. Отключение короткой дуги переменного тока.
К моменту прохождения тока через нуль промежуток между электродами заполнен сильно
ионизированным
газом. Под действием восстанавливающегося напряжения
образуется
электрическое поле, которое действует на ионы и электроны. Из-за малой массы скорость электронов
в электрическом поле примерно в 2000 раз больше скорости положительных ионов.
Электроны,
обладающие большой скоростью, быстро уходят из зоны катода, и около катода появляется
положительный объемный заряд. Благодаря высокой проводимости остальной части промежутка, в
которой положительные и отрицательные ионы взаимно уравновешиваются, почти все напряжение,
подведенное к электродам, прикладывается к области положительного объемного заряда у катода. В
этой области возникает очень высокая напряженность поля ЕП достигающая 30 000 кВ/м.
Примерная картина распределения зарядов в объеме, напряженности электрического поля Еп и
напряжения на промежутке и представлена на рис. 4.18, где d — толщина слоя положительного
объемного заряда, расположенного у катода; Uп — напряжение, приложенное к электродам. Для
того чтобы дуга загорелась вновь, необходимо, чтобы из катода было получено соответствующее
количество основных носителей тока в дуге — электронов. Если катод не нагрет до температуры,
при которой начинается термоэмиссия, то необходимое количество электронов может быть получено
только за счет автоэлектронной эмиссии. Последняя возможна при напряженности поля примерно 30
000 кВ/м (при медных электродах). - Рис. 4 18. К анализу процессов в короткой дуге переменного
тока: a — распределение зарядов в дуговом про-, межутке, б
н в — зависимости электрической па пряжен и ости и
разности потенциал лов от положения точки в дуговом
разряде Расчеты показывают, что такая напряженность поля
получается при напряжении на громежутке 250 В [4.1]. Если
напряжение меньшие, то дуга гаснет. При сильно нагретых
электродах часть электронов с катода получется за счет
термоэмиссии и напряжение, необходимое для начала разряда,
снижается до 160—170 В. Прочность промежутка после
прохождения тока через нуль сильно зависит от материала
электродов и при электродах достигает 320 В. Исследования
показали [4.2], что электрическая прочность, возникаюощая
около катода, в значительной степени зависит от нагрева точки
дуги При холодных электродах эта прочность приближается к
указанному выше значению (250 В) и имеет место при
небольших токах и быстром перемещении дуги по электродам.
При токах примерно сотни
ампер даже при быстром
перемещении дуги по электродам из-за термоэлектронной эмиссии прочность падает до 140 В при
медных электродах. При токах более 100 А и неподвижных опорных точках дуги прочность
снижается до 40—60 В. При токах КЗ она снижается до околоэлектродного падения напряжения
(20—30 В), Явление образования околокатодной прочности открыто Слепяном и в настоящее время
широко используется для гашения дуги в дугогасящих решетках аппаратов низкого напряжения.
Дуга разбивается на ряд коротких дуг с помощью металлических электродов. После прохождения
тока через нуль ре
зультнрующая электрическая прочность равна сумме всех околокатодных прочностей. Если
результирующая прочность больше пика восста нагуливающегося, напряжения, то дуга гаснет при
первом же прохождении тока через нуль.
22,Способы гашения электрической дуги.
Могут быть различными, но основываются на следующих принципах:
1)принудительное удлинение дуги
2)охлаждение межконтактного промежутка различными способами
3)разделение дуги на ряд коротких отдельных участков
По первому: При удлинение дуги происходит увеличение падения напряжения в столбе дуги
и напряжение приложенное к контактам становится недостаточным для поддержания горения дуги.
По второму: Охлаждение межконтактного промежутка вызывает падение столба дуги,
ускоряются процессы деионизации.
По третьему: Разделение дуги на ряд отдельных коротких участков приводит к повышению
падения напряжения на дуге(за счет увеличения падения напряжения на электродах) и приложенное
контактное напряжение становится недостаточным для поддержания горения дуги.
Способы гашения дуги:
А)Воздействие на столб дуги.
Задача дугогасительного устройства(ДУ) состоит в том, чтобы обеспечить гашение дуги за
малое время с допустимым уровнем перенапряжения при малом износе частей аппарата, при
минимальном объеме газов(продуктов горения дуги), с минимальными звуковыми и световыми
эффектами.
Рассмотрим дугогасительное устройство аппаратов низкого напряжение до 1кВ.
Для гашения дуги постоянного тока необходимо чтобы ВАХ дуги шла реостатной
характеристики(см. Лекция 3).
Так как Ud=Uk+Ua+Uст= Uэ+Еd*l то подъем характеристики можно получить ... за счет
увеличения напряженности электрического поля(продольный градиент), за счет увеличения около
электродных падений напряжений.
Поднятие ВАХ за счет увеличения длины дуги зачастую мало эффективно, так как
продольный градиент для свободно горящей в воздухе дуги сравнительно мал от 10 до 200 В/см. И
для гашения дуги требуется значительное ее растяжение, что увеличивает габариты аппаратов.
Увеличение градиента можно осуществить путем эффективного охлаждения столба дуги и
подъема давления среды в которой дуга горит.
Охлаждение дуги можно осуществить:
-путем перемещения дуги в газе;
-за счет перемещения газа относительно дуги;
-за счет размещения дуги в узкой щели, стенки которой имеют высокую теплопроводность и
дугостойкость(не должны расплавляться от термического воздействия дуги).
В электрических аппаратах низкого напряжения наиболее широко применяются
дугогасительные устройства с узкой щелью электрическая дуга под действием магнитного поля,
потока воздуха или газов или другими средствами, загоняются или
перемещаются в узкие щели или лабиринт дугогасительной камеры.
Где она тесно соприкасается со стенками или оборотами, отдает им
тепло и гаснет. Дугогасительные камеры как правило делаются из
керамических материалов.
Для увеличения эффективности охлаждения ширина
щели(сигма) выполняется по возможности меньше, чем диаметр
столба дуги при свободном горении. Кроме того за счет придания
щели зигзагообразной формы увеличивается длина дуги и
усиливается охлаждение.
Важнейшей характеристикой дугогасительной камеры является зависимость продольного
градиента и от длины щели.
Продольная
щель - щель ось
которой совпадает с
осью
дуги
по
направлению.
На рисунке а в
зоне 1, 2 имеется
прямая щель 3 с
плоско параллельными
стенами. На рисунке б
за счет наличия двух
перегородок имеются
три
параллельные
щели
с
плоско
параллельными
стенками, соответственно дуга при вхождению в камеру разбивается на три параллельных участка,
такой способ применяется при отключении больших токов, однако параллельные дуги существуют
не долго по сколько они весьма не устойчивы и все, кроме последней быстро гаснут. На рисунке в
показана камера с одной щелью извилистой формы зигзагообразной, что позволяет камере
небольших размеров уместить более длинную дугу, что способствует лучшему охлаждению, кроме
того при отклонение формы щели от формы на рисунке а, возрастает продольный градиент. На
рисунке г к простой продольной щели добавлены местные уширения 5, что усиливает охлаждение
камеры, увеличивается продольный градиент. На рисунке д показана наиболее эффективная форма
для гашения дуги, которая сочетает достоинство предидущих вариантов в и г.
Раскаленные газы(продукты горения дуги) выбрасываемые из продольной щели
дугогасительного устройства, в ходе гашения дуги, попадая на токоведущие части оборудования
могут приводит к возникновению различных аварийных ситуаций. Выброс раскаленных газов
необходим для эффективного отвода тепла от столба дуги. Для предотвращения аварийных ситуации
на пути этих газов, устанавливается ряд металлических пластин, пламягасительные. Газы проходя
через эту решетку деионизируются, охлаждаются, плюс сокращается зона их выброса.
23.
Перемещение дуги под действием магнитного поля.
Если рассматривать электрическую дугу как своеобразный проводник с током, то при
взаимодействие проводника с магнитным полем создается электромагнитное усилие, которое
перемещает столб дуги.
Этот способ называется магнитным дутьем, сила воздействующая на дугу(если как
совокупность заряженных частиц, то сила Лоренца, если рассматривать как виртуальный проводник,
то сила Ампера, направления определяется по правилу левой руки).
Рассмотрим пример дугогасительного устройства с магнитным дутьем.
Магнитное поле создается катушкой 1, которая включена последовательно с коммутируемой
цепью, внутри катушки имеется сердечник 3, соединенный с ферромагнитными полюсами в виде
пластин 4, 3 и 4 образуют магнитопровод, между катушкой и сердечником имеется изоляционный ...
При протеканию тока по катушке, создается магнитное поле, направление которого показано
на рисунке крестиком. Ток в катушке это и есть ток между контактами. Ток протекает от входного
контакта 5, по катушке 1, размыкающимся контактом 6, столбе дуги 8, по гибкой связи 7 к
выходному зажиму. При размыкании контактов между ними образуется жидкий металлический
мостик, затем возникает дуга и под действием магнитного поля возникакет сила 5, которая
выбрасывает дугу в некоторое дугогасительное устройство.
Силы действующие на единицу длины дуги может быть определена по формуле P=B*I, B индукция, I - ток в столбе дуги.
Поскольку индукция пропорциональна току, то силуможно представить в виде квадратичной
зависимости P=k*I^2. Эта сила перемещает дугу сначала в воздухе, потом в узкой щели
дугогасительной камеры и расходуется на преодоление аэродинамического сопротивления и силу
трения столба дуги об элементы конструкции.
В случае если катушка включается параллельно коммутируемой цепи на напряжение
источника, магнитное поле создается не током в коммутируемой цепи. Индукция не зависит от тока.
24.
25. характеристика магнитного дутья.
Электрическая дуга является своеобразным
проводником с током, который может
взаимодействовать с магнитным полем. Сила взаимодействия между током дуги и магнитным
полем перемещает дугу, создается так называемое магнитное дутье. ДУ с магнитным дутьем
показано на рис. 4.25. Магнитное поле создается катушкой 7, включенной последовательно с
комхмутируемой цепью. Внутри
катушки 1 размещен сердечник 3, соединенный с
ферромагнитными полюсами в виде пластин 4.
Между катушкой и сердечником размещается
изоляционный цилиндр 2. При протекании тока по
катушке создается магнитное поле, направление
которого указано крестиками. Ток протекает от
входного контакта 5 по катушке i, замкнутым
контактам 6 и гибкой связи 7 ко второму выходному
контакту аппарата. При размыкании контактов б
между ними
возникает сначала жидкий
металлический мостик, а затем дуга 8. Под
действием магнитного поля катушки возникает
силаР, которая перемещает дугу в керамическую
камеру 9. Сила, действующая на единицу длины дуги, p=IB где В — индукция магнитного поля
катушки в месте расположения дуги. Можно считать, что индукция В=1 и, следовательно, P = kl2.
Эта сила перемещает дугу сначала в воздухе, а потом в узкой щели дугогасительной камеры и
расходуется на преодоление аэродинамического сопротивления воздуха и силы трения дуги о стенки
щели. Магнитное поле может быть создано и параллельной катушкой, включенной на напряжение
источника. В этом случае индукция не зависит от тока в дуге и сила пропорциональна этому току На
рис. 4.26 показаны зависимости силы Р, действующей на дугу, и длительности горения дуги tA от
отключаемого тока в относительных единицах i/iном. Сила, действующая на дугу при
последовательной катушке, пропорциональна
квадрату тока и изображается кривой 1. Зависимость при параллельной катушке описывается прямой
2. Пложим, что при i/iном = 1 эти силы равны. В кривой tд i/iном) имеются две характерные области.
В области Iвремяtд растет с увеличением тока, в области I1 — падает. В области i сила Р мала и
гашение дуги происходит за счет ее удлинения расходящимся подвижным контактом. Чем больше
ток, тем больше требуется длина дуги для ее гашения и тем больше время гашения. В области //, как
только контакты разомкнутся, с помощью ЭДУ дуга заводится в камеру и быстро гаснет.
Наибольшая длительность горения дуги имеет место при /=5А. Из рис. 4.26 видно, что при малых
токах сила, действующая на дугу при последовательной катушке, меньше, чемпри параллельной.
Поэтому длительность горения дуги при последовательной катушке (кривая 3) больше, чем при
параллельной (кривая 4), За счет увеличения МДС катушки максимум кривой 4 может быть снижен.
26.Достоинства дугогасительного устройства с последовательной катушкой.
1) При токах свыше 1000 А магнитное поле быстро сдвигает дугу с рабочих поверхностей
контактов, чем обеспечивает их малый износ. Система хорошо работает в области больших токов.
2) При изменении направления тока меняет знак и магнитное поле. Сила,действующая на
дугу, не изменяет своего направления. Система работает при любом направлении тока.
3)Посколько через катушку проходит номинальный ток контактора, она выполняется из
провода большого сечения.
Недостатки:
1) Недостаточно надежное гашение дуги при малых токах.
2) большая затрата меди на катушку
3) нагрев контактов за счет тепла в дугогасительной катушке.
27.
Достоинства дугогасительного устройства с параллельной катушкой катушкой.
Недостатки:
1) направление электродинамической силы,действующей на дугу,зависит от полярности тока.
При изменении направления тока меняется направление движения дуги и контактор становится
неработоспособным.
2) При КЗ возможно снижение напряжения на источнике, питающем катушку. В результате в
процесс гашения дуги идет неэффективно.
ДУ с параллельной катушкой применяют только при отключении небольших токов.
Воздействовать на дугу можно и магнитным полем постоянного магнита.
Достоинста использования постоянного магнита.
1) Отсутствуют затраты электроэнергии на создание магнитного поля.
2) сокращает росход меди
3) отсутствуют доп. Источники тепла.
28. Гашение дуги с помощью дугогасительной решетки.
Дугогасит. Решетки для гашения дуги используется в аппаратах
постоянного тока и в аппаратах переменного тока.
После расхождения контактов 1 и 2 возникшая между ними дуга 3
под воздействием магнитного поля движется вверх на пластины 5 и
разбивается на ряд коротких дуг 4. На каждой пластине образуется анод и
катод. При большом числе пластин удается поднять статическую ВАХ
дуги и обеспечить условия ее
гашения. Способ предложен еще в начале века русским ученым М. О.
Доливо-Добровольским и до сих пор широко применяется.
На рис. 4.27 показаны различные схемы ДУ с
дугогасительными решетками. В решетке на рис. 4.27, а дуга
выводится на пластины и делится между ними с помощью магнитного поля напряженностью,
создаваемого
специальной системой. В решетке на 4.27,б дуга втягивается в решетку за счет электродинамических
усилий, возникающих
в контуре 1, 3, 2, и за счет усилий,действующих на дугу, благодаря наличию ферромагнитных
пластин 5. В конструкции рис. 4.27,г (позиция3), для облегчения вхождения дуги в решетку
пластины имеют клиновидный паз.Для того чтобы дуга не образовала жидких мостиков между
пластинами, расстояние между ними берется не менее 2 мм.
На постоянном и переменном токе частотой 50 Гц применяются ферромагнитные пластины. сила,
действующая на дугу, перемещает ее в решетку и препятствует выходу дуги из нее.эта сила
пропорциональна току и производной потока по перемещению. Выход дуги из решетки увеличивает
магнитное сопротивление, уменьшает поток, что вызывает появление силы, стремящейся втянуть
дугу в решетку. Это является большим достоинством ферромагнитных пластин. Недостатком
дугогасительной решетки является прогорание пластин в повторно-кратковременном режиме при
токе 600 А и более. Для уменьшения коррозии пластины покрываются медью или цинком. Процесс
гашения дуги в лугогасительной решетке при переменном юке имее( свои особенности. После
расхождения контактов (рис. 4.27, д) дуга 1 за счет электромагнитных
сил затягивается на решетку 2 и делится на ряд коротких дуг. Введение в цепь (т—1) коротких дуг
уменьшает ток в цепи из-за падения напряжения на них, равного U3(m—1). В результате ток
проходит через нуль раньше своего естественного нуля (t = T/2) (рис. 4.27, е). При этом
облегчаются условия процесса восстановления напряжения
(уменьшается sin(pK цепи).
Длительность горения дуги /д уменьшается. После прохождения тока через нуль около каждого
катода в соответствии с § 4.7 восстанавливается электрическая прочность, достигая 300 В при малых
токах и 70 В при больших. Гашение происходит при выполнении условия с(m-1)>U'max y где с —
околокатодная прочность. Благодаря высокой восстанавливающейся прочности число пластин в
аппаратах переменного тока в 7—8 раз меньше, чем у аппаратов постоянного тока. Несмотря на
быстрое гашение дуги, при частых коммутациях номинального тока пластины нагреваются до очень
высокой температуры и возможно даже их прогорание. В связи с этим число включений и
отключений в час у контакюров с дугогасящей решеткой не превышает 600. При большей частоте коммутаций приходится
использовать электромагнитное дутье и керамическую камеру. При использовании дугогасящей
решетки на постоянном токе или частоте 50 Гц электромагнитные силы, действующие на дугу,
втягивают ее в ферромагнитную решетку. В высокочастотных аппаратах на токи частотой 5—10 кГц
в ферромагнитных пластинах наводятся вихревые токи, которые отталкивают
дугу от решетки. Такая сила отталкивания возникает и при использовании латунных пластин.
Поэтому для перемещения дуги в решетку необходимы специальные электромагнитные системы.
Поскольку восстанавливающаяся прочность у латунных пластин выше, чем у ферромагнитных, они
нашли применение в высокочастотных аппаратах. Следует отметить, что применение
электромагнитного дутья и керамической камеры на повышенных частотах малоэффективно—дуга
горит многие сотни полупериодов.
29. Гашение дуги высоким давлением.
С ростом давления возрастает плотность газа, при этом увеличиваются
теплопроводность и отвод тепла от дуги. Если при данном токе в дуге увеличить давление
окружающей среды, то увеличится отвод тепла. Для того чтобы сохранить тот же
ток, необходимо к дуге подвести большую мощность, что при неизменном токе требует повышения
напряжения на дуге (градиента Ец). На этом принципе основано гашение дуги в предохранителях и
других аппаратах низкого напряжения. Внутренний объем предохранителя герметизирован. При
перегорании плавкой вставки дуга загорается и выделяет энергию, которая расходуется на
повышение давления во внутреннем объеме предохранителя. Из кинетической теории газов известна
связь между давлением р, объемом V и энергией W г газа:
pv=2/3wг=2/3Wд=1/3LI20
Энергия, полученная газом, Wr равна энергии, выделенной дугой, И7Д, которая может быть
приравнена к электромагнитной энергии отключаемого контура LI2. Таким образом, давление р во
внутреннем объеме предохранителя зависит от отключаемого тока I0 и индуктивности
коммутируемой цепи L.
В некоторых аппаратах (предохранителях, пакетных выключателях и др.) стенки дугогасящей
камеры делаются из газогеиерирующих материалов — фибры. Благодаря высокой температуре дуги
такие стенки выделяют газ, и давление в объеме поднимается до 10—15 МПа за доли полупериода.
Из-за резкого подъема напряжения на дуге ток обрывается до своего естественного нуля, не
достигнув максимального значения. В таких аппаратах проявляется эффект токоограничения.
30. Гашение электрической дуги в потоке сжатого газа.
В электрических аппаратах высокого напряжения коммутируются токивдесятки килоампер при
напряжении до 106В. Для решения такой сложной задачи используется
воздействие на
электрическую дугу потока сжатого воздуха или других газов. Сжатый воздух обладает высокой
плотностью и- теплопроводностью. Омывая дугу с большой скоростью, он охлаждает ее и при
прохождении тока через нуль
обеспечивает деионизацию дугового столба. Воздух при высоком давлении обладает также высокой
электрической прочностью, что создает высокую скорость нарастания
электрической прочности промежутка. Сжатый воздух из компрессоров очищается от
механических примесей с помощью фильтров и проходит специальную сушку от влаги. Давление,
применяемое в воздушных выключателях, колеблется от 1 до 4 МПа,. Возможны варианты ДУ с
поперечным и продольным дутьем. В
первом (рис. 4.28, а) воздушный поток
направлен перпендикулярно дуге, во
втором — вдоль ее оси. Дуга 5,
возникающая между контактами 1 и 4,
подвергается воздействию
сжатого воздуха и прижимается к
перегородкам
2.
При
этом
обеспечивается
эффективное
охлаждение дуги. Из-за
больших
габаритов и наличия органической
изоляции в области дуги в настоящее
время эти камеры не выпускаются (но в
эксплуатации
еще
имеются).
В
настоящее время для аппаратов на все
классы
напряжения
наиболее
распространены ДУ продольного дутья
(рис.
4.28,
б—е).
Наиболее
свершенными являются камеры по рис.
4.28,5 и е. Корпус камеры 5 выполнен из
фарфора. Дуга 3, образующаяся между тордами контактов 1 и 4, потоком воздуха быстро вдувается в
их внутреннюю полость. При этом
обеспечивается малый износ контактов. Пары металла электродов не попадают в междуконтактный
промежуток и потоком воздуха выносятся в атмосферу. Благодаря этому пары металла электродов
не уменьшают скорости восстановления электрической прочности промежутка. Элемент 6, в
котором электрическая дуга подвергается продольному охлаждению воздухом, называется соплом.
После расхождения контактов в дуге выделяется мощность
Рд=UдI
Под действием этой мощности происходит быстрый подогрев воздуха и местное поднятие давления,
в результате количество воздуха, охлаждающего дугу, и его скорость
резко уменьшаются. При определенных условиях возможна вообще остановка воздушного потока.
Происходит закупорка сопла ДУ. Это явление необходимо учитывать при
проектировании ДУ, обеспечивая при амплитудном значении отключаемого тока минимальную
скорость истечения
воздуха не ниже 8—10 м/с. После прохождения тока через нуль
междуконтактный промежуток заполнен плазмой, нагретой до 12 000—
15 000 К. При охлаждени плазмы дуги воздухом
электрическая прочность промежутка
восстанавливается с конечной скоростью. Чем больше отключаемый ток, тем труднее охладить
плазму и тем медленнее идет процесс восстановления электрической прочности. Поэтому для ДУ с
продольным дутьем характерно уменьшение отключаемого тока с ростом скорости восстановления
напряжения. При
больших значениях отключаемого тока необходимо снижать скорость
восстановления напряжения сети с помощью
шунтирующих резисторовОдним из способов дальнейшего увеличения номинальных напряжений
установок и допустимых токов КЗ является применение новых дугогасящих газов. Наилучшие
результаты получены с электротехническим газом — элегазом
r(SF6), примененным впервые в Советском Союзе. По сравнению с воздухом элегаз обладает
следующими преимуществами:
1. Электрическая прочность элегаза в 2,5 раза выше, чем у воздуха, и при давлении 0,2 МПа близка к
электрической прочности трансформаторного масла.
2. В ДУ продольного дутья дугогасящая способность элегаза примерно в 5 раз выше, чем у воздуха.
3. Высокая удельная плотность улучшает теплоотдачу токоведущих систем, что позволяет увеличить
допустимую плотность тока и уменьшить массу меди в выключателе.
4. Малое значение градиента Еп в электрической .дуге уменьшает эффект закупорки сопла. Это
позволяет увеличить междуконтактный зазор и повысить напряжение на
каждом разрыве. При этом сокращается число разрывов на выключатель.
5. Элегаз является инертным газом, не вступающим в реакцию с кислородом и водородом, слабо
разлагается дугой. Элегаз нетоксичен, хотя некоторые продукты, образующиеся при воздействии
дуги, опасны. Недостатком элегаза является высокая температура сжижения. Так, например, при
давлении 1,31 МПа переход из газообразного состояния в жидкое происходит при 0°С. Это
заставляет при высоком давлении прибегать к подогревающим устройствам. В элегазовом ДУ
высокого давления
гашение дуги происходит так же, как и в воздушном ДУ. Из-за сложности и пониженной надежности
такие ДУ не используются. Широкое применение в выключателях нашли
автопневматические элегазовые ДУ. В выключателе поддерживается давление 0,35 МПа,при
котором температура сжижения элегаза составляет —40 °С. При отключении выключателя его
механизм воздействует на поршневое устройство, создающее в зоне горения дуги давление 0,7—0,8
МПа. При этом обеспечивается надежное гашение дуги. В настоящее время воздушные ДУ
вытесняются элегазовыми.
31. Гашение дуги в трансформаторном масле.
Простейшее ДУ такого типа представлено на рис. 4.29, а. Дугогасительная камера 6 выполнена из
прочного изоляционного материала (гетинакса или стеклотекстолита) и
расположена в
трансформаторном масле 1. При
отключении подвижный контакт 7
перемещается
вниз с большой
скоростью.
Между
ним
и
неподвижным контактом 2 загорается
дуга 4. Под действием энергии дуги
происходит
взрывоподобное
разложение масла на водород и газы в
виде паров масла.
Водород обладает исключительно
высокой
теплопроводностью и
является
одной
из
лучших
дугогасящих сред. Температура газа достигает 2000—3000 К. За сотые доли секунды давление
поднимается до 2—4 МПа Образующийся газовый пузырь 5 стремится вырваться из камеры через
щель 8 При этом происходит эффективное охлаждение дуги потоками газа, вытекающими из камеры
со скоростью звука Поскольку давление и эффективность гашения дуги зависят от ее энергии, то чем
больше отключаемый ток,
тем быстрее происходит гашение При малом токе из за недостатка энергии дуги процесс гашения
затягивается, и для его ускорения необходимы специальные меры На рис 4 29,6 показано, что дуга 4
в нижней части объема камеры создает дополнительный
обьем газа, который гонит масло со скоростью V на дугу, затянутую в щель В результате этого
процесс дугогашения ускоряется В выключателях на напряжение 220—500 кВ
приходится включать большое число камер последователь но, так как каждая камера работает при
напряжении не более 100 кВ Простейшая камера (рис 4 29, а) работает
при напряжении не выше 10 кВ Освобождение газов из камеры после гашения дуги производится
через отверстие 3,
32. Гашение дуги в вакуумной среде.
В вакуумном ДУ контакты расходятся в среде с давлением 10~4 Па (10-6 мм рт. ст.), при котором
плотность воздуха мала. Длина свободного пробега молекулы достигает 50, а длина свободного
пролета электрона 300 м. При таких условиях электрический пробой между электродами затруднен
из-за отсутствия носителей зарядов. Пробивное напряжение промежутка длиной 1 мм в вакууме
достигает 100 кВ. Процесс горения и гашения дуги в вакууме при переменном гоке происходит
следующим образом. При размыкании контактов контактное нажатие непрерывно уменьшается, а
переходное сопротивление контактов увеличивается и при нажатии, равном нулю, стремится к
бесконечности. Даже при небольших токах в момент размыкания контактов из- за выделения
большого количества тепла материал контактов плавится и образуется жидкий металлический
мостик, который под действием высокой температуры нагревается и испаряется. При разрыве
мостика загорается дуга, которая горит в среде паров металлов электродов. Вакуумная дуга при
токах менее 10 кА характеризуется малым падением напряжения, составляющим 20—30 В. После
прохождения тока через нуль вакуумная дуга гаснет. Скорость диффузии зарядов очень высока из-за
большой разницы плотностей частиц в дуге и окружающем ее вакууме. Практически через 10 мкс
после нуля тока между контактами восстанавливается электрическая прочность вакуума. Быстрая
диффузия частиц, высокие электрическая прочность вакуума и скорость ее восстановления
обеспечивают гашение дуги при первом прохождении тока через нуль. Большим достоинством
этого ДУ является высокая скорость восстановления электрической прочности промежутка.
Вакуумные ДУ являются в настоящее время наиболее эффективными и долговечными. Их срок
службы без ревизии достигает 25 лет. Созданы ДУ на ток отключения до 100 кА при напряжении 10
кВ и на отключаемый ток 40 кА при напряжении 160 кВ. Вакуумные ДУ могут применяться и для
отключения постоянного тока. Для этого используются схемы, аналогичные показанной на рис. 4.30.
На отключаемый вакуумным выключателем Q1 постоянный ток i{ накладывается
переменный ток i2 контура LC, который начинает протекать после замыкания выключателя Q2. В
результате суммиро- вания токов i\ и t*2 в один из моментов времени результирующий ток проходит
через нуль и дуга гаснет. После этого выключатель Q2 отключается. Конденсатор С заряжается от
специального источника. Вследствие сложности схемы вакуумные выключатели постоянного тока
применяются пока редко.
33. Диоды и теристоры.
Диод - 2-электродный электровакуумный, полупроводниковый
или газоразрядный прибор с односторонней проводимостью
электрического тока: он хорошо пропускает через себя ток в
одном направлении и очень плохо — в другом. Это основное свойство диода используется, в
частности, для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток.Схематическое
устройство диода:Конструктивно диод представляет собой небольшую пластинку германия или
кремния, одна область (часть объема) которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть
«дырочной» (содержащей искусственно созданный недостаток электронов), другая —
электропроводимостью n-типа, то есть электронной
(содержащей избыток электронов). Границу между ними
называют p-n переходом. Здесь буквы p и n — первые в
латинских словах positiv — «положительный», и negativ — «отрицательный». Область p-типа
исходного полупроводника такого прибора является анодом (положительным электродом), а область
n-типа — катодом (отрицательным электродом) диода.Принцип работы диода.Если к диоду VD через
лампу накаливания HL подключить батарею GB так, чтобы вывод положительного полюса батареи
был соединен с анодом, а вывод отрицательного полюса с катодом диода (рис а), тогда в
образовавшейся электрической цепи появится ток, о чем будет сигнализировать загоревшаяся лампа
HL. Значение этого тока зависит от сопротивления p-n перехода диода и поданного на него
постоянного напряжения. Такое состояние диода называют открытым, ток, текущий через него,—
прямым током Iпр, а поданное на него напряжение, благодаря которому диод оказался в открытом
состоянии,— прямым напряжением Uпр.Тиристор является силовым электронным не полностью
управляемым ключом. Поэтому иногда в технической литературе его называют однооперационным
тиристором, который может сигналом управления переводиться только в проводящее состояние, т. е.
включаться. Для его выключения (при работе на постоянном токе) необходимо принимать
специальные меры, обеспечивающие спадание прямого тока до нуля. Тиристорный ключ может
проводить ток только в одном направлении, а в закрытом состоянии способен выдержать как прямое,
так и обратное напряжение.
Тиристор имеет четырехслойную p-n-p-n-структуру с тремя выводами: анод (A), катод (C) и
управляющий электрод (G), что
отражено на рис. 1
Рис. 1. Обычный тиристор: a) –
условно-графическое обозначение; б)
– вольтамперная характеристика.
На рис. 1, b представлено семейство
выходных статических ВАХ при
различных значениях тока
управления iG. Предельное прямое
напряжение, которое выдерживается
тиристором без его включения, имеет
максимальные значения при iG = 0.
При увеличении тока iG прямое напряжение, выдерживаемое тиристором, снижается. Включенному
состоянию тиристора соответствует ветвь II, выключенному – ветвь I, процессу включения – ветвь
III. Удерживающий ток или ток удержания равен минимально допустимому значению прямого тока
iA , при котором тиристор остается в проводящем состоянии. Этому значению также соответствует
минимально возможное значение прямого падения напряжения на включенном тиристоре .Ветвь IV
представляет собой зависимость тока утечки от обратного напряжения. При превышении обратным
напряжением значения UBO начинается резкое возрастание обратного тока, связанное с пробоем
тиристора. Характер пробоя может соответствовать необратимому процессу или процессу лавинного
пробоя, свойственного работе полупроводникового стабилитрона. Тиристоры являются наиболее
мощными электронными ключами, способными коммутировать цепи с напряжением до 5 кВ и
токами до 5 кА при частоте не более 1 кГц.
41. Простейшая схема нереверсивного пускателя.
42. Схема реверсивного пускателя.
43. кулачковый контроллер.
44 Кнопка.
Простейшим аппаратом управления, или
командоаппаратом,
является кнопка
управления. Она используется в различных
схемах пуска, остановки и реверса
электродвигателей путем замыкания
и
размыкания цепей электромагнитов контакторов, которые коммутируют главную цепь.
Основной частью кнопки является кнопочный элемент, разрез которого показан на рис. Для
повышения надежности работы контакты выполняют из серебра. При переменном токе дуга
хорошо гаснет при напряжении до 500 В и токе 3 А благодаря наличию двух разрывов. На
постоянном токе дуга гаснет хуже: при напряжении 440 В элемент может отключать ток только до
0,15 А. Поскольку кнопка включает и электромагниты перемениого тока, контакты должны в
замкнутом положении надежно пропускать пусковой токобмотки контактора, который может
достигать 60 А. Схемы управления желательно проектировать так, чтобы отключение цепи
производилось не кнопкой, а другим, более мощным аппаратом, включенным последовательно
с ней. Если необходимо производить переключение нескольких цепей управления по
определенной программе с большой частотой включений в час, то применяются
команда­контроллеры.
45. Индуктивный Путевой выключатель.
46. Путевой выключатель
47. Предохранитель.
Предохранитель – коммутационный аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи
посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под
действием тока, превышающего определённое значение,В большей части конструкций отключение
цепи осуществляется путём расплавления плавкой вставки, которая нагревается непосредственно
током защищаемой цепи. После отключения цепи необходимо заменить перегоревшую вставку на
исправную. Эта операция производится вручную либо автоматически. В последнем случае
заменяется весь предохранитель.Предохранители появились одновременно с электрическими сетями.
Простота устройства и обслуживания, малые размеры, высокая отключающая способность,
небольшая стоимость обеспечили широкое их применение. Предохранители низкого напряжения
изготовляются на токи от миллиампер до тысяч ампер и на напряжение до 660 В, а предохранители
высокого напряжения – до 35 кВ и выше.Широкое применение предохранителей в самых
различных областях народного хозяйства и в быту привело к многообразию их конструкций. Однако
несмотря на это, все они имеют следующие основные элементы: корпус или несущую деталь;
плавкую вставку; контактное присоединительное устройство; дугогасительное устройство или
дугогасительную среду.В качестве плавких вставок используются цинковые пластинки с
несколькими сужениями (перешейками). В нормальных условиях нагрев вставки имеет характер
установившегося процесса, при котором вся выделяемая в ней теплота отдаётся в окружающую
среду. При этом, кроме вставки, нагреваются до установившейся температуры и все другие детали
предохранителя. Эта температура не должна превышать допустимых значений.При прохождении
большого тока короткого замыкания быстрее всего расплавляются перешейки, имеющие большое
сопротивление. Создаётся несколько разрывов цепи и возникает электрическая дуга. Внутри
патрона создаётся давление, пропорциональное квадрату тока в момент плавления вставки. Оно
может повыситься до нескольких десятков атмосфер. Наличие нескольких разрывов, повышение
давления и некоторые другие факторы позволяют резко уменьшить время с момента начала
короткого замыкания до погасания дуги. Процесс гашения начинается ещё до того, как ток
короткого замыкания достигнет установившегося или даже амплитудного значения. Таким
образом, предохранитель может отключить повреждённую цепь с токоограничением. При этом
облегчаются условия гашения дуги для самого предохранителя, так как отключается не
установившийся ток короткого замыкания, а ток, определяемый временем расплавления вставки.
Хорошие результаты даёт применение плавкой вставки из медной проволоки с использованием
металлургического эффекта. На тонкую проволоку диаметром менее 1 мм наносится шарик олова.
При нагреве сначала плавится олово, имеющее температуру плавления 232°С. В месте его
контакта с проволокой начинается растворение меди и уменьшение сечения вставки. Это
вызывает увеличение сопротивления и повышение потерь в этой точке. Процесс длится до тех
пор, пока в месте расположения шарика проволока не расплавится. Возникающая дуга разрушает
её по всей длине. Данная конструкция снижает среднюю температуру плавления вставки до 280°С
и главное – время срабатывания предохранителя.После срабатывания предохранителя требуется
замена сгоревшей плавкой вставки новой. Во избежание изменения уставки срабатывания
плавкая вставка должна быть прокалибрована с указанием на клейме номинального тока вставки.
Клеймо должно быть поставлено заводом изготовителем или электротехнической лабораторией.
Применение вставок без клейма запрещается.Патрон предназначен для размещения плавкой
вставки и крепления предохранителя к панели. Предохранители, которые включаются в сеть с
большим напряжением,
имеют
большую длину патрона
и повышенную отключающую
способность. В зависимости от величины номинального тока меняется диаметр патрона. В
каждом габарите могут устанавливаться вставки на различные номинальные токи. В некоторых
типах предохранителей патрон заполняется кварцевым песком. При коротком замыкании дуга
горит в канале, образованном песчинками. Кварцевые песчинки имеют высокую теплопроводность
и хорошо развитую охлаждающую поверхность. Это позволяет при относительно небольшой
длине патрона добиться эффективного гашения дуги.
48. Предохранители характеризуются номинальным напряжением, номинальным током, а также
предельно отключаемым током предохранителя и номинальным током плавкой вставки.
Номинальное напряжение предохранителя Uном.пр. соответствует наибольшему напряжению цепи, в
которую допускается включать предохранитель.Номинальный
ток предохранителя (патрона,
контактных стоек) Iном.пр. соответствует длительному току, на который он рассчитан. Так как в
один и тот же патрон можно вставлять плавкие вставки на различные номинальные токи, то
Iном.пр. равняется наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для
данного предохранителя.Предельно отключаемый ток предохранителя Iо.пр. – наибольший ток, при
котором ещё
обеспечивается
гашение дуги
без повреждения патрона предохранителя.
Номинальный ток плавкой вставки Iном.в. – наибольший ток, который неограниченное время не
вызывает перегорание плавкой вставки.
49. Зависимость времени расплавления вставки от величины протекающего по ней тока называется
защитной время-токовой характеристикой плавкой вставки. На рис. 1 по оси абсцисс отложены
кратности расплавляющего тока по отношению к номинальному току плавкой вставки. Чем на
большую величину ток превышает номинальное значение плавкой вставки, тем она быстрее
перегорит.
t
t,с
1
2
3
2,0
1,5
Зона разброса
характеристики
t2
1,0
t1
0,5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
I
I ном.в
I1
I
Рис. 1. Время-токовая характеристика плавкой вставки
Рис. 2. Время-токовые характеристики плавких вставок
Ток расплавления плавкой вставки увеличивается с увеличением её сечения, но время-токовая
характеристика сохраняет тот же вид (кривые 1 – 3 на рис. 2). Это может быть использовано для
обеспечения селективности защиты. Если один и тот же ток I1 протекает через два
предохранителя, то плавкая вставка меньшего сечения расплавится за время t1 (кривая 1), а
второго – за время t2 (кривая 2). Поэтому, если в сеть будут последовательно включены два или
более предохранителя на разные номинальные токи, то раньше всех расплавится плавкая вставка
предохранителя, находящегося ближе к месту повреждения.Как видно из приведённой на рис. 1
характеристике, плавкие предохранители имеют большую зону разброса и вследствие этого
невысокую точность во всём диапазоне токов. Это объясняется тем, что на величину плавящего
тока и время расплавления влияет большое число факторов – материал, длина и сечение
плавкой вставки, её состояние (старение, окисление, целостность), конструкция плавкой вставки
и патрона (определяет условия охлаждения), температура окружающей среды и др.
50. Предохранитель серии ПН-2
Предохранители серии ПН-2 (рис. 5) предназначены
для защиты силовых цепей до 500 В переменного тока и 440
В постоянного тока, выполняются на номинальные токи 100,
250, 400 и 630 А, обладают токоограничивающим действием
и высокой разрывной способностью.
Корпус 1 представляет собой глазурованную квадратную
снаружи, круглую внутри фарфоровую трубку с четырьмя
резьбовыми отверстиями с каждого торца. В трубку введен
узел с плавкой вставкой 2, приваренной электроконтактной
точечной сваркой к шайбам врубных контактных выводов 3.
Контактный узел с каждого торца трубки крепится к
крышке 4 винтами. Крышка с асбестовыми прокладками 5
привинчивается к корпусу и герметически закрывает его.
Внутренняя полость трубки наполняется чистым и сухим
кварцевым песком 6, полностью охватывающим рабочую
длину вставки. Применяется песок с содержанием кварца
не
менее
98 %, с диаметром зерен 0,2÷0,3 мм,
обработанный
двухпроцентным
раствором
соляной
кислоты, промытый и прокаленный при температуре
Рис. 5. Предохранитель серии
120÷180оС. Герметизация корпуса предохраняет песок от ПН-2
увлажнения.Плавкая вставка выполняется
из одной или нескольких медных ленточек толщиной 0,15÷0,35 мм и шириной до 4 мм с
просечками 7, уменьшающими на длине не менее 6 мм сечение вставки в два раза. Применение
тонких параллельных ленточек позволяет снизить сечение плавкой вставки для данного
номинального тока, а, следовательно, и количество паров металла в дуге. Последнее обстоятельство
облегчает гашение дуги. Возникновение нескольких дуг в параллельных каналах позволяет
участвовать в рассеянии энергии дуги большему объёму наполнителя, чем также облегчается
гашение дуги.Для снижения нагрева при малых перегрузках используется металлургический
эффект. На каждую ленточку вставки напаивается оловянный шарик 8. Температура плавления
металла ленточки в месте, где напаян оловянный шарик, достигает 475 °С. Превышение температуры
деталей предохранителя находится в пределах нормы. Отключающая способность – 50 кА для
предохранителя на 100 А и до 100 кА для предохранителей на 630 А. Предохранители серии ПН-2
находятся на уровне лучших современных конструкций.
51. тепловое реле
В тепловых реле первого типа с легкоплавкими сплавами используется сплав Вуда. В
холодном состоянии он тверд и не позволяет механизму контактов реле изменить свое положение.
При перегрузке электродвигателя ток увеличивается, температура сплава повышается и при
определенном ее значении он расплавляется. Заведенный пружиной механизм освобождается и
контакты реле размыкаются.Биметаллическая пластинка – это наложенные друг на друга и
сваренные между собой две полоски из металла с разными коэффициентами линейного расширения,
т.е. удлиняющиеся при нагревании неодинаково. При нормальной температуре (между 0 и 20 °С)
полоски имеют одинаковую длину, а при её повышении пластинка 1 (рис. 8) изгибается кверху и
при определённом положении освобождает рычаг 2, который под воздействием пружины 3
поворачивается и размыкает контакты 4 и 5. Очевидно, что чем больше нагрев пластины, тем больше
и быстрее она изогнется и тем быстрее сработает тепловое реле.Ток защищаемого электродвигателя
в тепловом реле проходит непосредственно через биметаллическую пластинку (прямой нагрев),
через нагревательный элемент 6 (косвенный нагрев) или комбинацию, т.е. через биметаллический
элемент и нагреватель. Величина тока срабатывания может быть изменена путем смены
биметаллической пластины или нагревательного элемента (нихромовое сопротивление) на другие,
имеющие разную форму и сечение.
В некоторых типах теплового реле
предусматривается
регулятор,
позволяющий в довольно широких
пределах плавно изменять величину тока
и время срабатывания. Например, при
изгибании регулировочным винтом (на
рис. 8 не показан) скобы 7 изменится
относительное
положение
биметаллической пластинки и рычага, а
следовательно, и ток срабатывания
Возврат реле в исходное положение после
может
происходить
Рис. 8. Схема устройства теплового срабатывания
автоматически или при нажатии кнопки
реле
возврата 8.
.
52. Защита температурными устройствами принципиально является более совершенной. Она
позволяет осуществить защиту электродвигателя, работающего в продолжительном и любом из
прерывистых режимов.
Реагирующий
орган
защитного
устройства
контролирует непосредственно степень нагрева
обмоток электродвигателя, а также железа статора,
корпуса
подшипников,
располагаясь
непосредственно в защищаемом элементе. При
превышении температуры контролируемой области
предельного значения защита срабатывает и ее
контакты воздействуют на цепь отключения
электродвигателя или сигнализации. В реагирующем
органе применяются биметаллические пластинки или
полупроводниковые элементы – термисторы,
Рис. 9. Термистор ТР-33
позисторы.
Например, в аппаратуре АТВ-229 в качестве термодатчика используется термистор ТР-33 (рис. 9),
который состоит из рабочего тела 1 с контактными колпачками 2, выводов 3, защитного
металлического чехла 4 и стеклянного изолятора 5. Аппаратура позволяет изменять температуру
срабатывания в пределах 70÷120 °С через каждые 10 °С. Погрешность по температуре
срабатывания не превышает 5 °С.
53. Контактор.
Контактор
представляет
собой
электрический аппарат, предназначенный
для коммутации силовых электрических
цепей.
Замыкание
или
размыкание
контактов контактора осуществляется чаще
всего под воздействием электромагнитного
привода. Контакторы постоянного тока
предназначены для
коммутации цепей
постоянного тока и, как правило,
приводятся в действие электромагнитом
постоянного тока. Контакторы переменного
тока предназначены для коммутации цепей
переменного тока. Электромагниты этих
контакторов могут быть как переменного,
так и постоянного тока. В настоящее время
частота
коммутаций
в
схемах
электропривода достигает 3600 в час. Этот
режим работы является наиболее тяжелым.
54.
Общая
конструкция
и
принцип
работы
прямоходового
контактора.
55. Дугогасительное устройсто прямоходового контактора.
56. Конструкция поворотного контактора.
57.58. Дугогасительное устройство контактора серии кт-7000 и кт 6000
59. Магнитный пускатель.
Пускатели предназначены для управления асинхронными электродвигателями в повторнократковременном режиме и рассчитаны на номинальные токи 10, 25, 40 и 60 А (с управлением на
постоянном токе). Механическая износостойкость не менее 16 миллионов срабатываний.
Коммутационная износостойкость в категории применения АС3 - 3 миллиона циклов на
номинальный ток 10 А и 2 миллиона циклов на токи 25, 40 и 60 А.
Условное обозначение
ПМЛ Х Х Х Х Х
 Серия
 Величина пускателя 3, 4, 5, 6
 Исполнение пускателя по роду защиты от окружающей среды
1 - открытое2 - защищенное3 - полузащищенное5 - защищенное увеличенного исполнения
6 - полузащищеннон увеличенного исполнения
 Исполнение по назначению пускателя по наличию теплового реле и кнопок
1 - без теплового реле, нереверсивное2 - с тепловым реле, нереверсивное3 - без теплового реле,
реверсивное4 - с тепловым реле, реверсивное5 - без тепловых реле, нереверсивные, с кнопками
6 - с тепловыми реле, нереверсивные, с кнопками
 Климатическое исполнение (У, ХЛ, Т)
 Категория размещения (2,3,4)
60. схема включения пускателя черз кнопку управления
61. Схема включения пускателя через блок-контакт
62. Автоматический воздушный выключатель
Автоматический воздушный выключатель – это аппарат, предназначенный для нечастых
включений
и отключений
электрической цепи при нормальной нагрузке, а также для
автоматического отключения цепи при возникновении ненормальных режимов (перегрузки,
короткого замыкания) и исчезновении или снижении напряжения. Название «воздушный»
выключатель получил потому, чтоэлектрическая дуга, возникающая между его контактами при отключении цепи, гасится в среде окружающего воздуха. Все автоматические выключатели по их
быстродействию, которое характеризуется собственным временем срабатывания, т.е. временем с
момента появления условия для отключения до начала расхождения контактов, разделяют на три
группы.



К первой группе относятся автоматы, к которым не предъявляют специальных требований к
быстродействию. Автоматы этой группы имеют собственное время срабатывания около 0,020,1 с. Более того, в эту группу включают так называемые селективные автоматы, которые
имеют реле времени с целью получения значительных выдержек времени.
Ко второй группе относят быстродействующие автоматы,имеющие собственное время
срабатывания около 0,005 с. Быстродействующие автоматы обычно применяют для защиты.
Третья группа включает в себя автоматы гашения поля, которые отключают обмотки
возбуждения асинхронных генераторов при появлении коротких замыканий в их главной
силовой цепи.
63. Универсальные выключатели.
Универсальными называют включатели, имеющие комбинированную защиту – максимальную
по току и минимальную по напряжению.
Автоматы общепромышленного и бытового
применения обычно имеют лишь максимально-токовую защиту, отрегулированную на заводе.
Для уменьшения возможности соприкосновения персонала с деталями, находящимися под
напряжением, эти автоматы закрыты пластмассовыми кожухами и практически не выбрасывают
дугу из
кожуха.
Такие
автоматы
называются
установочными.
Контакты К производят замыкание и размыкание
электрической цепи. Они заключены в дугогасительную
камеру ДК, предназначенную для быстрого гашения дуги
и предотвращения выброса ионизированных газов из
дугового промежутка. Контакты К связаны с приводом П
через механизм свободного расцепления МСР, на который
могут воздействовать также установленные в автомате
различные
расцепители:
электромагнитный
(РЭ),
независимый
(РН), полупроводниковый
(РП) и
отключающая катушка (ОК). Благодаря наличию МСР
происходит отключение автомата при аварийном режиме
независимо от по-ложения рукоятки привода.
64. Расцепитель.
Расцепители выполняют роль защитных элементов, реагирующих на отклонение той или
иной величины от своего нормального значения. Они представляют собой электромагнитные и
термобиметаллические реле, измерительные органы которых включены в электрическую
цепь, а исполнительные воздействуют непосредственно на отключение автомата. Таким
образом, по общепринятой классификации они являются первичными реле прямого действия.
В автоматах могут быть установлены следующие расцепители: 1) максимального тока,
срабатывающие при токе в цепи больше определенной величины (больше тока уставки
расцепителя). Они могут быть мгновенного действия и с выдержкой времени, независимой от
тока в цепи или зависимой; 2) минимального напряжения, срабатывающие при понижении или
исчезновении напряжения; 3) обратного тока, которые срабатывают в случае изменения
направления тока в цепи; 4) независимые, срабатывающие при замыкании цепи их катушки.
Эти расцепители пзволяют выполнять дистанционное отключение автомата. Автоматы
снабжаются блок-контактами БК.
К автоматическим выключателям предъявляются следующие требования:
1. Токоведущая цепь автомата должна пропускать номинальный ток в течение сколько
угодно длительного времени. Режим продолжительного включения автомата является
нормальным. С другой стороны, токоведущая система автомата подвергается воздействию
больших токов короткого замыкания как при замкнутом положении контактов, так и при
включении на существующее короткое замыкание.
2. Автомат должен обеспечивать многократное отключение предельных токов короткого
замыкания, которые могут достигать десятков и даже сотен килоампер, с дальнейшим
пропуском номинальных рабочих токов.
3. Для повышения электродинамической и термической стойкости энергоустановок,
уменьшения разрушений, вызываемых токами короткого замыкания, автоматы должны иметь
малое время отключения.
65. Автоматический выключатель
Выключатель состоит из следующих основных сборочных узлов: оболочки, коммутирующего
устройства (контактной системы), механизма управления, максимальных расцепителей тока,
дугогасительных камер, искрогасителя, зажимов для присоединения внешних проводников к главной
цепи выключателя и допонительных
сборочных узлов.
0болочка
выключателя
изготовлена
из
пластмассы и состоит из корпуса 15
(рис. 3), на котором смонтированы
детали и сбо-рочные узлы, и
крышки 2, закрывающей детали
выключателя
(кроме зажимов). Крышка крепится к
корпусу
четырьмя
винтами.
Коммутирующее устройство состоит
из подвижных 8 и малоподвижных 22
контактов
с одним контактным
промежутком, но с двумя парами
параллельных контактов на полюс для
выключателей величины 3 и 4 и одной
парой для выключателей величи- .
Главные
контакты
8
и
22
(коммутирующие) изготовлены из
металлокерамической композиции на
основе серебра. Подвижные контакты
8 припаяны к контактодержателям 7.
Контактодержатели
отдельных
полюсов выключателя укреплены на
общей изоляционной траверсе и связаны с механизмом управления. Контактодержатели 7
электрически соединены гибким соединением 17 с максимальными расцепителями и выводами
14 для присоединения внешних проводников со стороны подвижных контактов. Малоподвижные
контакты 22 припаяны к малоподвижным контактодержателям 23, которые электрически
соединены с неподвижными скобами и имеют вывод 3 для подсоединения внешних проводников
со стороны неподвижных контактов.
Контактодержатели 23 опираются на пружины 20. Защита от перегрузки по току монтируется по
одному из двух вариантов: на расцепителях полупроводниковых и биметаллических (расцепителях
тепловых – РТ). Расцепитель полупроводниковый состоит из измерительных
элементов 12 (рис. 3), встраиваемых в каждый полюс выключателя, блока управления 13, и
независимого расцепителя 18. В качестве измерительных элементов 12 у выключателей
переменного тока применены трансформаторы тока, а у выключателей постоянного тока –
магнитные усилители. Блок управления 13 представляет собой самостоятельный сменный блок,
имеющий свою пластмассовую оболочку, в которой размещены все его элементы. На лицевой
стороне блока управления расцепителя полупроводникового расположены съемные прозрачные
крышки, под которыми находятся ручки для регулирования параметров расцепителя и гнезда для
проверки работоспособности устройства.
Питание блока управления 13 расцепителя
выключателей переменного тока осуществляется от трансформаторов тока, а выключателей
постоянного тока – через блок гасящих резисторов, который встраивается в свободном полюсе
корпуса выклю-чателя. Блок управления 13 крепится к корпус выключателя
двумя винтами.
66. Электромагнитный расцепитель.
Максимальные электромагнитные расцепители тока (РЭ)
устанавливаются в каждом полюсе выключателя и
представляют собой электромагнит, состоящий из сердечника
I (рис. 4), якоря 2, удерживающей пружины 3, спусковой
скобы 4 и токовой катушки одного витка в виде транзитной
шины 5. Уставка по току срабатывания
расцепителя
электромагнитного регулируется на заводе-изготовителе.При
возникновении в защищаемой цепи тока КЗ, превышающего уставку по току срабатывания расцепителя, якорь
2, притягиваясь к сердечнику I, воздействует на рейку 11
(рис. 3)механизма
управления,
вызывая
отключение
выключателя
без специально предусмотренной выдержки
времени.
67. расцепитель нулевого напряжения.
Расцепитель нулевого напряжения 1 (рис. 6)
предназначен для отключения
автомата при
недопустимом снижении либо исчезновении
питающего напряжения. Защита смонтирована на
электромагнитном реле и состоит из якоря 1 (рис. 6),
противодей-ствующей пружины 3, ярма 4, катушки
намагничивания 5 и сердечника 6. В рабочем
положении (при наличии достаточного напряжения) якорь притянут к сердечнику. При
исчезновении напряжения на катушке якорь 1
под действием пружины 3 через толкатель 2
проворачивает отключающую рейку 11 (рис. 3) привода автоматического выключателя.
68. Недостатки твердометаллических контактов.
Наиболее характерные недостатки твердометаллических контактов следующие:
1. С ростом длительного номинального тока возрастают необходимое значение контактного
нажатия, габариты и масса контактов. При токах 10 кА и выше резко увеличиваются габариты и
масса аппарата в целом.
2. Эрозия контактов ограничивает износостойкость аппарата.
3. Окисление поверхности и возможность приваривания контактов понижают надежность
аппарата. При больших токах КЗ контактные нажатия достигают больших значений, что
увеличивает необходимую мощность привода, габариты и массу аппарата.
По сравнению с твердометаллическими ЖМК обладают следующими преимуществами:
1. Малое переходное сопротивление и высокие допустимые плотности тока на поверхности
раздела жидкий металл — электрод (до 120 А/мм2), что позволяет резко сократить габаритные
размеры контактного узла и контактное нажатие, особенно при больших токах.
2. Отсутствие вибрации, приваривания, залипания и окисления контактов 'при их коммутации.
3. Высокая механическая и электрическая износостойкость ЖМК, что позволяет создавать
аппараты с большим сроком службы.
4. Возможность разработки коммутационных аппаратов на новом принципе [автоматический
восстанавливающийся предохранитель благодаря свойствам текучести жидкого металла.
5. Возможность работы ЖМК при высоких внешних давлениях, высоких температурах, в
глубоком вакууме.
Необходимо отметить и недостатки ЖМК:
1. Обычно применяемые контактные материалы галий и его сплавы с другими металлами
требуют подогрева контактов до момента включения, так как температура окружающей среды
может быть ниже температуры затвердевания этих материалов.
2. Большинство аппаратов с ЖМК требуют определенного положения в пространстве и
подвержены влиянию сторонних механических воздействий (ударов, вибраций), что затрудняет
их применение.
69. контактор с ЖМК. Коммутационное устройство режущего типа.
70.
Самовостанавливающийся
предохранитель,
устройство
пережимного
типа.
71. Реостат с плавным изменением сопративления, разъединитель многоамперный.
72. Функциональная схема террист пускателя нереверс.
73. функциональная схема террист реверс. Пускателя.