Постоянного тока

Процессы, происходящие при разрыве цепи

постоянного тока

Отключить цепь постоянного тока значительно трудней, чем переменного тока то же мощности. Выключатель переменного тока отключает цепь вблизи момента перехода тока через ноль, когда обеспечивается быстрое восстановление электрической прочности межконтактного промежутка.

При отключении цепи постоянного тока необходимо прежде всего каким-либо искусственным образом обеспечить уменьшение тока (растягивать ЭД на как можно большую длину, включать в цепь дуги сопротивления и т.д.).

Кроме этого, если в цепи есть индуктивность, то уменьшение тока до нуля должно происходить относительно плавно, без резких скачков. В противном случае на индуктивности возникнут большие всплески напряжения в виде ЭДС самоиндукции:

,

которые могут вызвать повреждение элементов цепи.

Рисунок 6.21 ¾ Схема замещения при отключении тока КЗ

в цепях постоянного тока

Переходный процесс при КЗ определяется величинами R_K и L_K, напряжением межконтактного промежутка (u_ab) и описывается уравнением

(6.6)

Допустим, что КЗ в схеме по рисунку 6.21 произошло в момент t₀. (рисунок 6.22).

До тех пор, пока в выключателе не началось размыкание контактов u_ab =0. Поэтому переходный процесс определяется только величинами R_K и L_К:

(6.7)

Рисунок 6.22 ¾ Графики изменения тока и напряжения при гашении дуги постоянного тока

Время до начала размыкания контактов выключателя можно разбить на два этапа:

1) t₁ - t₀ = t_УСТ — время достижения током КЗ тока уставки выключателя I_УСТ, то есть тока при котором в выключателе начинается процесс отключения;

2) t₂ - t₁ = t_СВ — собственное время срабатывания выключателя, то есть время срабатывания электромагнитного механизма выключателя.

До момента t₂ ток КЗ будет изменяться по закону (6.7). (Рисуем кривую тока КЗ на рис.6.22 от t₀ до t₂.)

Если бы отключения выключателя не произошло, то ток в цепи достиг бы некоторого установившегося значения I_¥ . (Рисуем кривую тока КЗ на рис.6.22 от t₀ до ¥)

В момент t₂ начинается размыкание контактов выключателя, и между ними возникает ЭД. Процесс гашения дуги можно также разбить на два этапа.

Первый ¾ t₃ - t₂ = t_ОГР — время ограничения тока КЗ.

На этом интервале ток КЗ продолжает возрастать, а переходный процесс описывается уравнением (6.6). Поэтому

. (6.8)

Чтобы быстрее погасить ЭД надо увеличить u_Д. Из (6.8) следует, что это возможно только уменьшением . (Показываем ток КЗ на интервале t₃ - t₂ и напряжение u_ab на интервале t₃ - t₀.)

Второй этап— t₄ - t₃ = t_ГАШ — время гашения дуги.

На этом интервале ток уменьшается от I_{К МАХ} до 0. Переходный процесс здесь также описывается уравнением (6.6). Но так как увеличение тока КЗ сменилось его уменьшением, то у второго слагаемого знак «+» меняется на «-» ¾

. (6.9)

Или

. (6.10)

Из (6.10) следует, что чем больше , тем больше u_ab. Причем u_ab» 3U_С. (изображаем на рис.6.22 ток КЗ и u_ab на интервале t₄ - t₃.)

Таким образом, при гашении дуги постоянного тока в цепи возникают перенапряжения, которые зависят от величины L_K, то есть в основном от индуктивности сглаживающего реактора, и скорости изменения тока КЗ, то есть от величины I_{К МАХ} и длительности интервала t₄ - t₃. (Х_d необходимо не только для слаживания тока, но и для уменьшения скорости возрастания тока КЗ.)

Когда дуга гаснет в момент t₄, к контактам выключателя прикладывается номинальное напряжение сети U_С. (Рисуем u_ab и i_K.)

Полное время отключения составит

(6.11)

Ток КЗ достигает значения 0, 95 I_¥ в течение 0, 02...0, 1 с, в зависимости от R_K и L_K. Поэтому основное требование к выключателям постоянного тока ¾ высокое быстродействие, т.е. уменьшение t_ОТКЛ.

Рассмотрим слагаемые выражения (6.11).

Время t_УСТ зависит от тока нормального режима, I_УСТ и параметров R_K и L_K. Поэтому влиять каким-то образом на t_УСТ, изменяя конструкцию выключателя, мы не можем.

Время t_ГАШ чрезмерно уменьшать нельзя, из-за перенапряжений, возникающих на L_К (6.10).

Поэтому уменьшить t_ОТКЛ можно только за счет t_СВ и t_ОГР.

Время t_СВ зависит от принципа действия электромагнитного механизма и у современных выключателей t_СВ £ 0, 008 с.

Время t_ОРГ зависит от конструкции дугогасительной камеры.

Поэтому уменьшить t_ОТКЛ у выключателя постоянного тока можно в основном за счет усовершенствования конструкций электромагнитного механизма и дугогасительной камеры.