Законы коммутации электрических цепей

По типу исполнения и использования

По исполнению: 1. IРОО – открытое исполнение (отсутствует защита от соприкосновения персонала я с токоведущими или подвижными частями, от попадания инородных тел). 2. IР2О – защищенное исполнение (обеспечена защита в отличие от IРОО. 3. IР22 – в дополнение к IР2О, оболочка защищает от капель жидкости падающих под углом 15⁰. 4. IР4О – защита от попадания мелких предметов, менее 1 мм. 5. IР5О – защищает от вредного воздействия пыли. 6. IР65 – пылеводозащищенное исполнение. 7. IР66 – пылеводонепроницаемость. 8. IР67 – герметические. Эксплуатация по воздействию климатических условий: (буквенное или цифровое) (0) У – в районах с умеренным климатом; (1) УХЛ – с умеренным и холодным климатом; (2) ТВ – с влажным тропическим климатом; (3) ТС – с сухим тропическим климатом; (4) Т – с сухим и влажным тропическим климатом; (5) 0 – общеклиматическое исполнение, кроме районов крайнего Севера. Категория размещения для эксплуатации: 1 – на открытом воздухе 2 – под навесом 3 – в закрытых помещениях 4 – в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими усло виями 5 – в помещениях с повышенной влажностью

Пример обозначения: ВЭ – 10 – 1250 – 20 – У3 означает – выключатель электромагнитный на номинальное напряжение 10 кВ, номинальный ток 1250 А, номинальный ток отключения 20 кА, для умеренного климата (У) и для эксплуатации в закрытых помещениях (категория размещения 3).

2.Электрическая дуга и процессы в дуговом промежутке

Большую группу электрических аппаратов составляют устройства, предназначенные для замыкания и размыкания электрической цепи. Вместе с тем, все коммутируемые цепи обладают конечным значением мгновенной мощности Р=ΔW/Δt, где ΔW - изменение энергии, запасенной в индуктивных и емкостных потребителях сети. Из выраже­ния ΔW=Р∙Δt, следует, что если Р=const, то при стремлении Δt→0 изменение энергии, запасенной в реактивных элементах цепи, не может произойти скачком и будет так - же стремиться к нулю ΔW→0. при Δt→0. Так как энергия электрического поля конденса­тора и энергия магнитного поля индуктивной катушки равны:

то равенство ΔW = 0. означает, что в момент коммутации имеются два условия, которые в теоретических основах электротехники принято называть законами коммутации:

- в индуктивном элементе ток (магнитный поток) в момент вре­мени непосредственно перед коммутацией i_L(o-) равен току (маг­нитному потоку) в момент времени сразу после коммутации i_L(o+);

- на емкостном элементе напряжение (заряд) в момент времени непосредственно перед коммутацией Uс(o-) равен напряжению (заря­ду) в момент времени сразу после коммутации Uс(o+). Вместе с тем, стремление запасенной в реактивных элементах цепи электромагнит­ной энергии поддержать эти величины неизменными, приводит к обра­зованию электрического разряда между расходящимися контактами электрического аппарата. Этот разряд приводит к износу электри­ческих контактов и в значительной степени определяет их надеж­ность и долговечность.

2.2. Физические процессы в дуговом промежутке

Рассмотрим, какие процессы влияют на возникновение элект­рической дуги между расходящимися контактами и устойчивое ее го­рение.

Место разрыва электрической цепи можно представить как конденсатор переменной емкости, которая по мере расхождения контак­тов убывает (С→0., Xс→∞). Через сопротивление цепи этот кон­денсатор заряжается и напряжение на нем возрастает от нуля до напряжения сети. Напряженность электрического поля между контак­тами по мере нарастания напряжения достигает значений, достаточ­ных для вырывания электронов из металла. Этот процесс называют автоэлектронной эмиссией.

Вместе с тем при расхождении контактов возрастает переходное сопротивление контакта и плотность тока, что обусловлено уменьше­нием площади соприкосновения контактов аппарата. Эта площадка ра­зогревается и происходит испарение материала контактов. На отри­цательном электроде образуется так называемое катодное пятно, ко­торое служит источником излучения электронов в первый момент рас­хождения контактов. Этот процесс называют термоэлектронной эмис­сией.

Таким образом, за счет автоэлектронной и термоэлектронной эмиссий в промежутке между расходящимися контактами в достаточной степени имеются заряженные частицы, способствующие переносу заря­да между контактами и поддержанию тока в разрываемой цепи, а следовательно, между контактами возникает электрическая дуга.

Преобладание того или иного фактора (автоэлектронной или тер­моэлектронной эмиссий) зависит от значения отключаемого тока, ма­териала и чистоты поверхности контактов, скорости их расхождения, а так же ряда других факторов. Дуговой разряд имеет место при от­носительно больших токах. Для металлов минимальный ток цепи, при котором возникает электрический разряд, составляет в среднем 0.5 А, а напряжение в разрываемой цепи в среднем 15 В.

Однако, несмотря на то, что автоэлектронная и термоэлектрон­ная эмиссии достаточны для возникновения электрической дуги, под­держать ее горение они не могут.

Образовавшееся, в результате выше описанных процессов свобод­ные электроны при столкновении с нейтральными атомами газового промежутка могут выбить из них электроны. В результате образуются новые положительно и отрицательно заряженные частицы. Вновь полу­ченные электроны могут ионизировать другие атомы. Такая ионизация носит название ионизации толчком или ударной ионизацией. Она за­висит от потенциала ионизации - разности потенциалов, при которой электрон приобретает на длине свободного пробега скорость, достаточную для ионизации атома. Увеличение числа ионизирующих частиц, движущихся с большими скоростями, приводит к росту температуры в газовом промежутке, что в свою очередь влечет за собой увеличение кинетической энергии заряженных частиц и дальнейшую ионизацию. Процесс ионизации, вызванный высокой температурой, называется термической ионизацией.

Этот вид ионизации является основным в процессе поддержания устойчивого горения электрической дуги после ее возникновения, так как температура в стволе дуги достигает 6000 – 25000 ⁰К.

Таким образом, условиями, способствующими возникновению электрической дуги между контактами аппарата являются, автоэлектронная и термоэлектронная эмиссия, а условиями, способствующими поддержанию устойчивого горения дуги, являются ударная и терми­ческая ионизация газов межконтактного промежутка.

Одновременно с процессами ионизации в стволе дуги происходят обратные процессы воссоединения заряженных частиц в нейтральные атомы. Эти процессы называются деионизацией.

В устойчиво горящей дуге процессы ионизации и деионизации имеют одинаковую интенсивность.

Деионизация происходит за счет рекомбинации и диффузии ионов.

Рекомбинация - процесс, при котором разноименно заряженные частицы, приходя во взаимное соприкосновение, образуют нейтраль­ные частицы.

Диффузия - процесс выброса заряженных частиц из ствола дуги в окружающее пространство. Диффузия обусловлена как электрическими так и тепловыми процессами в стволе дуги.

3.Способы гашения электрической дуги

Дата добавления: 2014-01-20