Межконтактном промежутке

Дальнейшая ионизация межконтактного промежутка и возрастание в нем числа свободных электронов происходят разными путями. Наиболее существенным для ионизации пространства между контактами является воздействие следующих факторов:

Напряжение, обозначенное на 7-29 через ?/г (при / = 0), называется напряжением гашения. По величине оно меньше напряжения зажигания за счет повышения температуры контактов и пространства между ними, а также вследствие увеличения проводимости межконтактного промежутка, в силу чего для поддержания одной и той же величины тока требуется меньшее напряжение. Величина напряжения гашения, а следовательно, и разность между напряжениями U3 и ?/г зависят от теплоемкости и теплопроводности контактов и промежутка между ними.

Вольт-амперной .характеристике на 7-30 соответ--ствует диаграмма на 7-31 изменения тока и напряжения дуги во времени. Кривая напряжения дуги имеет форму срезанной синусоиды. В начале каждого полупериода напряжение на дуге повышается до определенного значения Ua, при котором происходит пробой промежутка между контактами; это влечет за собой интенсивную ионизацию межконтактного промежутка и уменьшение падения напряжения на контактах аппарата. Во второй половине полупериода начинаются деионизация и рост падения напряжения на контактах, а при переходе тока через нулевое значение температура в промежутке между контактами падает, усиливая деионизацию заряженных частиц вплоть до гашения дуги естественным путем.

Дуга перемещается под действием усилия, обусловленного взаимодействием тока дуги и магнитного поля дуго-гасительной катушки. Ток дуги также создает вокруг нее магнитное поле. Магнитные поля дуги и катушки направлены противоположно, поле над дугой ослаблено и дуга выталкивается за пределы межконтактного промежутка,

Во включенном состоянии аппарата сопротивление его коммутирующего органа Дн.; мало (например, сопротивление контактов мкОм). При отключенном агпараге соответствующее сопротивление А.,ТХ.., -- большо.; в контактных аппаратах оно равно сопротивлению изолкдгн межконтактного промежутка (МОм). Назовем отношение гга.с сопротивлений, определяющее хомш]т;щиончцю возможность аппарата, глубиной коммутации

Процессу переход;- межконтактного промежутка аппарата из проводника электрического тока з диэлектрик свойственны следу-щие этапы:

3) взрыв металлического мостика под действием большой концентрации в нем тепловой энергии. Пары «взорвавшегося» металла могут обладать изоляционными свойствами. Тогда возможен обрыв цепи тока, сопровождающийся перенапряжениями, которые вызовут электрический пробой межконтактного промежутка, заполненного парами металла; протекание тока возобновится;

6) превращение межконтактного промежутка в диэлектрик: в конце процесса все ионизированные частицы из промежутка рассеиваются и он приобретает свойства изолятора.

В первой стадии, охват ы в а ю щ е и первые четыре этапа, происходит снижение отключаемого тока до очень малых значений (менее —- 1 А). Этэ осуществляется за счет роста электрического сопротивления межконтактного промежутка. Обычно эта стадия называется стадиен гашения дуги и основные закономерности процесса определяются вольт-амперной характеристикой дугогаснтельного устройства.

В о второй с т а д и и, о ;: в а т ы в а ю щ е и п оследине два этапа, восстанавливаются диэлектрические свойства межконтактного промежутка. Когда ток в иепк уже сведен к малым значениям и сопротивление межконтактного промежутка велико, требуется некоторое время для рассеяния нагретых газов остаточного столба электрической дуги. Эта стадия при переменном токе протекает непосредственно за пароходом, тока через нулевое значение. Восстанавливающаяся прочность является основной характеристикой отключающего аппарата в этой стадии.

Общая в о л ь т - а м п с р пая х л р а к т е р и с т и к а стадий газового разряда, наиболее вероятных для межконтактного промежутка при отключении п-ни, дани на 4.16. При несамостоятельном разряде (зона О В • ток поддерлошается за счет внешних ионизаторов (космические лучи, рентгеновские лучи и пр.), при самостоятельном разряде (зона BF) носители электричества воз-

Кроме подразделения по роду тока, электрические дуги разделяются на короткие и длинные. При значительном пространстве между электродами падение напряжения по длине дуги наиболее существенно сказывается на процессе дугообразования и поддержания дуги (длинная дуга). Короткие дуги поддерживаются главным образом напряжением непосредственно около контактов. Длина дуги между контактами называется столбом дуги. Условия гашения дуги постоянного тока определяются тем, что скорость нейтрализуемых частиц в межконтактном промежутке значительно превышает скорость образования новых ионизированных частиц. При этом сопротивление дуги в цепи с неизменным напряжением источника тока U возрастает, ток дуги постепенно уменьшается, и через некоторый промежуток времени дуга гаснет. Для гашения дуги переменного тока также необходимо, чтобы скорость протекания процесса деионизации преобладала над скоростью процесса ионизации в промежутке между контактами. При прохождении тока через нуль возрастание напряжения между контактами может происходить быстрее повышения напряжения зажигания дуги. В этом случае и произойдет повторное возникновение дуги.

§ 4,6. Основные стадии газового разряда в межконтактном промежутке

Между двумя крайними состояниями -- состоянием металлического проводника тока (контакты замкнуты) и состоянием диэлектрика (контакты разомкнуты), когда ионизированных частиц а межконтактном промежутке практически нет, — межконтактный промежуток аппарата проходит несколько стадий газового раз-рчда.

Кроме двух указанных состояний работоспособность коммутирующих контактов характеризуется еще процессами замы-кания и размыкания (включением и отключением). В процессе замыкания расстояние между контактными поверхностями уменьшается. При достижении некоторого расстояния создаются условия для электрического пробоя и в результате между электродами загорается дуга замыкания, под действием которой происходит износ контактов. При большой силе тока в дуге металл контактов испаряется весьма быстро и в межконтактном промежутке

Помимо абсолютных оценок износа в цепях постоянного тока важной характеристикой является знак износа или знак переноса. Если больше изнашивается положительный электрод (анод), то переносу (износу) приписывается знак плюс, и наоборот. Заметим еще, что если в межконтактном промежутке при размыкании зажигается дуга, то износ под действием дуги обычно превосходит все другие виды износа. Поэтому отдельно рассмотрим износ (эрозию) при малых токах (когда дуга отсутствует) и при больших токах (дуговой износ).

рактер протекания дуговых и эрозионных процессов. Сложность заключается в том, что изучаемые процессы протекают в крайне короткие промежутки времени, измеряемые милли- и даже микросекундами, зависят от конкретных условий гашения дуги (способа гашения, вида дугогасящей среды, давления, в дугогасителыюм устройстве, состава и структуры контактного материала и др.), от того, какие из указанных процессов превалируют в каждом рассматриваемом случае. Кроме того, эрозионные процессы на контактах зависят от сложных газодинамических процессов, происходящих в межконтактном промежутке, определяются условиями выброса материала с контактной поверхности, термическими напряжениями, воздействием потоков плазмы в электрической дуге и конструктивными параметрами контактной системы и ду-гогасительного устройства.

Следующим условием возникновения потоков плазмы является наличие определенного расстояния, между электродами. Установлено (О.Б. Б р о ь, Л. К. С у ш к о в), что они возникают при межконтактном промежутке, равном 1 мм и более. Потоки плазмы, обладая высокой скоростью, достигающей 103 — 104 м/с, выносят значительное количество испарившихся частиц контактного материала, что увеличивает эрозию, а также влияет на восстанавливающуюся прочность дугового промежутка. Кроме того, потоки плазмы обладают более высокой температурой, чем окружающие их области ствола дуги, и имеют более высокую электрическую проводимость.

Так, в масляных выключателях при взаимодействии продуктов разложения масла с медными контактами на их поверхности образуется рыхлый карбид меди, в результате чего контакты быстро выходят из строя. Кроме химического разрушения контактов продукты разложения масла в совокупности с парами контактного материала, находясь во взвешенном состоянии в межконтактном промежутке, а также оседая на элементах дугогасительного устройства, могут привести к затяжному горению дуги и снижению электрической прочности.

где vz — скорость потока в точке z; /(z) ;= и2/аав — функция, определяемая аналитическим или графическим методом исходя из заданной формы потенциального поля потока в межконтактном промежутке (гг — — z2); k Т0 — коэффициент теплоотдачи в сечении z == zx остаточного ствола дуги.

включение осуществляется путем пробоя промежутка между контактами в момент, когда мгновенное значение напряжения на межконтактном промежутке делается равным его пробивному напряжению;

Следует отметить, что для максимального использования высокой электрической прочности элегаза электрическое поле в межконтактном промежутке должно быть однородным. При резком местном его усилении, в частности у электродов, может возникнуть корона, вызывающая разложение элегаза. Продукты разложения обладают коррозионными и токсическими свойствами. В конструкциях контактной и дугогасительной систем должны приниматься меры, исключающие местные усиления электрического поля.