«Элек.ру» — специализированная интернет-площадка, посвященная исключительно вопросам, касающимся электротехнического рынка в целом и отдельных его отраслей в частности.

Новый метод оценки эрозии контактов под воздействием дугового разряда при отключении выключателем токов короткого замыкания

Опубликовано: 19 марта 2009 г. в 15:03, 304 просмотраКомментировать

Эксплуатационный ресурс выключателей определяет главным образом электрическая эрозия их контактов, которой они подвергаются при коммутировании токов в электротехнических сетях. Наиболее существенной эрозии контакты подвергаются при отключении выключателем токов короткого замыкания (КЗ). Физические процессы на поверхности электродов зависят от потока мощности (q), приходящего на поверхность опорного пятна дуги, их геометрии и материала контактов, способа возбуждения дуги и длительности ее воздействия на электроды. Поэтому в о многих опубликованных работах результаты экспериментальных исследований эрозии электродов и построения методик по ее количественной оценке весьма разнообразны. Однако по наблюдениям многих исследователей размыкание контактов при отключении токов в широком диапазоне их значений сопровождается разбрызгиванием капель их металла. Свои особенности имеет и механизм эрозии контактов низковольтных выключателей при отключении токов КЗ [1,2].

Известно, что дуга на размыкаемых контактах в течении нескольких миллисекунд остается неподвижной и подвергает их эрозии. В таком случае дуговой разряд представляет собой короткую контрагированную дугу, горящую в парах металла контактов с характерным геометрическим параметром ℓg/Ron ≤ 1.0 (ℓg — длина и Ron — радиус опорного пятна дуги).

Поток мощности, приходящий на опорное пятно дуги, определяется формулой:

где Ig и ug — мгновенное значение тока напряжения дуги, Sou — площадь опорного пятна и ζ = (uк + ua)/ug — коэффициент, учитывающий долю энергии выделенной дугой на контактах и поглощенную ими за счет приэлектродных явлений [3].

Поток мощности qon при отключении токов КЗ на опорное пятно достигает значений единиц (105 ÷ 104) Вт/см2 и не распределяется равномерно по его поверхности. Из-за сложности рельефа поверхности опорного пятна (См. рис.1, а) на его микронеровностях электрическое поле концентрируются и дискретные потоки мощности qk, которые определяются по формуле:

 
Рис.1, а. Рельеф опорного пятна дуги после отключения тока КЗ

где достигают значений единиц 108 Вт/см2 . Под воздействием дискретных потоков мощности qк на поверхности опорного пятна дуги возникают микропузырьки, внутреннее давление которых приводит их к взрыву, истечению микроструек плазмы, проводящик ток ik, и образованию кратеров. На опорном пятне одновременно функционирует nk=ig/ik кратеров, имеющих площадь sk. Ток в микроструйках плазмы ik может составить значение ~ 102А, а плотность тока ~ 108А/см2. Поэтому давление в микроструйке плазмы достигает ~ 103 атм. Под воздействием реактивного давления микроструек плазмы кратер взрывается и образуются конусы эрозии. (См. рис.1, б) и происходит разлет капель жидкого металла и твердых частиц. Угол разлета капель жидкого металла и твердых частиц (См. рис.1, в) составляет ~ 100 к поверхности контактов [4].


Рис.2, б. Кратеры и конусы эрозии

Расчеты эрозии серебросодержащих контактов по экспериментальным данным исследования процессов гашения дуги большой мощности в низковольтных выключателях с помощью осцилографирования тока и напряжения дуги и скоростной киносъемки показали, что при максимальном мгновенном значении тока дуги ig.max = 8,5кА эрозия контакта составляла 0,59 г , а при ig.max = 24,5кА-0,89г [1,2]. Эрозия контакта, приведенная в [5], при токе Im = 10кА равна 0,75 г. По экспериментальным данным [2] при токе в испытательном контуре равном 65 кА действующего значения эрозия контакта превысила 1,0 г.


Рис.3, в. Твердые частицы, отколовшиеся от контактов

Таким образом, результаты расчета эрозии контактов с использованием модели конуса эрозии можно признать вполне совпадающими с экспериментальными данными. Более того, модель конуса эрозии объясняет и разлет капель жидкого металла и образование твердых частиц из металла контактов при отключении токов КЗ.

Литература

  1. В.П. Мещеряков. Электрическая дуга большой мощности в выключателях. Часть 1. Ульяновск, 2006. С.344.
  2. В.П. Мещеряков. Электрическая дуга большой мощности в выключателях. Часть 2. Ульяновск, 2008. С.429.
  3. Г.Н. Лесков. Электрическая сварочная дуга. М.. Машиностроение. 1970. С.335.
  4. Г.А.Месяц. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М., Наука, 2000. С.424.
  5. А.М.Залесский. Электрическая дуга отключения. М.-Л. Госэнергоиздат. 1963. С.266.

Мещеряков  В. П.
Ведущий научный сотрудник ОАО «Контактор»

Рекомендуем почитать

5 июля 2017 г. в 16:20
Традиционно защитными приборами от сверхтоков (OPC) были предохранители и механические прерыватели цепи, быстродействующие и используемые в общих целях. Кроме того, каждый раз, когда измерение и тестирование электрических параметров достигали новых этапов и способствовали выдвижению новых проблем в отключении токов КЗ, в ответ на это появлялись решения, включающие предохранители и/или прерыватели цепи. Так ли по-прежнему обстоят дела сегодня?
13 января 2011 г. в 17:49
Установка вакуумных силовых выключателей в КРУ среднего напряжения — наилучшее решение для защиты присоединений. однако не все существующие выключатели имеют оптимальную конструкцию. Рассмотрим на примере аппарата VF12 основные решения, которые гарантируют надежную и безопасную работу КРУ.
24 июня 2016 г. в 12:58
Кабельные сети системы электропередачи служат длительное время. При этом замена кабельной сети обходится очень дорого. Что уж говорить о мощных потребителях электрической энергии. Мало того, что это дорогостоящее оборудование, зачастую, авария на них может привести к ухудшению жизни многих людей или остановке производственного цикла, что может обернуться убытками и даже создаст угрозу безопасности.
28 декабря 2010 г. в 11:10
Трехпозиционные коммутационные аппараты с элегазовой изоляцией — современное решение в развитии коммутационной техники на среднее напряжение. ОАО «ПО Элтехника» представляет трехпозиционные коммутационные аппараты ВНТЭ и РТЭ номинальным напряжением 10, 20 и 35 кВ с элегазовой изоляцией.
17 января 2014 г. в 10:59
Постоянный ток (. DC-от англ DirectCurrent) — один из главных способов передачи и распределения электрической энергии. Сети постоянного тока довольно специфичны, поэтому для того, чтобы грамотно выбрать коммутационное оборудование, необходимо следовать определённой последовательности действий.

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.