Электрическая дуга

нескольких электронов и образование вследствие этого электронов и положительно заряженных

частиц (ионов).

Термическая ионизация - это процесс ионизации под воздействием высоких температур.

Электронная эмиссия – процесс выхода электронов из твердых или жидких тел.

Термоэлектронная эмиссия – электронная эмиссия, обусловленная исключительно тепловым состоянием (температурой) твердого или жидкого тела, испускающего электроны.

Автоэлектронная (электростатическая, холодная) эмиссия – эмиссия электронов, обусловленная исключительно наличием у поверхности тела сильного электрического поля, ускоряющего выходящие электроны.

Рекомбинация - это процесс образования нейтральных частиц газа за счет положительных ионов и электронов.

Диффузия - это процесс выноса заряженных частиц из межэлектродного промежутка в окружающее пространство. Интенсивность гашения дуги будет определяться интенсивностью этих процессов.

требующий для своего поддержания образования в разрядном промежутке заряженных частиц

под действием внешних факторов.
Самостоятельный разряд – электрический разряд, существующий под действием приложенного к электродам напряжения и не требующий для поддержания образования заряженных частиц за счет действия других внешних факторов.

тлеющий разряд
III - аномально тлеющий разряд
IV - переходная область- переход

от тлеющего разряда к дуговому
V - область дугового разряда

I, A

Uc  (Uк+UА) - дуга называется короткой.
Дуга характерна для низковольтных аппаратов.

Uc  (Uк+UА) - дуга называется длинной.
Дуга характерна для высоковольтных аппаратов.

устанавливается тепловой баланс

m - показатель, зависящий от вида (способа) воздействия

окружающей среды на ствол дуги;
Am – постоянная, определяемая интенсивностью теплообмена в зоне ствола дуги при данном (m) способе воздействия окружающей среды;
l – длина дуги.

и 2)
Условие гашения дуги
- дуга горит стабильно

0 называется напряжением гашения дуги.
U = Uд +

iR + Ldi/dt

в момент i = 0: U = Ldi/dt + Uг.д. Uг.д. = U – Ldi/dt
Гашение дуги идёт с уменьшением тока: Ldi/dt < 0 (отрицательная величина) и


Увеличение напряжения на контактах относительно напряжения источника называется перенапряжением. Оно тем больше, чем больше индуктивность электрической цепи и чем больше скорость изменения тока.
Коэффициент перенапряжения:



Напряжение на контактах может в десятки раз превысить напряжение сети, что опасно для изоляции. Поэтому гашение дуги нужно проводить быстро.

газ обладает электрической прочность в десятки раз большей, чем газ

при атмосферном давлении. Используется в вакуумных контакторах и выключателях.

Гашение дуги в газах высокого давления
Воздух при давлении 2 МПа и более обладает высокой электрической прочностью, что позволяет создать компактные гасительные устройства в воздушных выключателях. Эффективно также использование шестифтористой серы SF6 (элегаза) для гашения дуги.

Увеличение длины дуги путём её растяжения
Чем длиннее дуга, тем большее напряжение необходимо для ее горения (кривая U1д). Если напряжение источника окажется меньше ВАХ дуги (кривая U1д), то нет условий для стабильного горения дуги, дуга гаснет. Это самый простой, но самый неэффективный способ. Например, чтобы погасить дугу с I=100 A при U= 220 B требуется растянуть дугу на 25 ÷ 30 см, что в ЭА практически невозможно (увелич-ся габариты). Используется у слаботочных электрических аппаратов (реле, магнитные пускатели, выключатели).
Воздействие на ствол дуги путём охлаждения, при этом увеличивается продольный градиент напряжения.

используется в аппаратах на напряжение до 1000В.
Гашение дуги в масле

Способ используется в аппаратах на напряжение выше 1000В.

короткие (дугогасительная решетка)
Способ используется в аппаратах напряжением выше 1000В
Способ

используется в аппаратах напряжением до и выше 1000В

U < nUкат

является активное сопротивление сильно растянутого ствола дуги. Условия гашения дуги

переменного тока приближаются к условиям гашения дуги постоянного тока и процессы после перехода тока через нуль мало влияют на гашение дуги.
Индуктивная нагрузка.
При индуктивной нагрузке бестоковая пауза очень мала (примерно 0,1мкс), то есть дуга горит практически непрерывно. Отключение индуктивной нагрузки сложнее, чем активной. Здесь нет обрыва тока.
В целом процесс дугогашения на переменном токе легче, чем на постоянном. Рациональным условием гашения дуги переменного тока следует считать такое, когда гашение осуществляется в первый после размыкания контактов переход тока через нуль.

с тем, что необходимо переместить, перевернуть и т.д. Например, с

контактом магнитного пускателя КМП.

2 – сердечник (жёстко закрепленная неподвижная часть ЭММ)

3 - намагничивающая обмотка

4 - воздушный (рабочий) зазор

5 - возвратная пружина, воздействующая на якорь с силой Fп

условия
Fм > Fп.
Электромагнитный поток создаётся обмоткой постоянного тока.

Тяговая статическая

характеристика (усилие притяжения якоря) – это зависимость силы магнитного притяжения от величины зазора


т.е. сила магнитного притяжения обратно пропорциональна величине зазора.

δк - конечный зазор




Fм - сила магнитного притяжения
Fкон -

сила пружин контактов

Fп - сила противодействующих
пружин

на включение
tдвиж - время движения
якоря (от

начала момента трогания до остановки)

tтр + tдвиж – время включения
якоря

время трогания на отключение - время от начала обрыва тока в катушке до момента трогания якоря

время отключения - время трогания на отключение + время движения

Основное отличие в характере силы магнитного притяжения: ток, протекающий

по катушке, изменяется по синусоидальному закону, соответственно, магнитный поток синусоидален и сила магнитного притяжения также изменяется по гармоническому закону.

Чтобы якорь притянулся необходимо, чтобы среднее значение Fм было больше силы противодействующих пружин Fп + Fкп:
Fм > Fп + Fкп

Существуют моменты времени, когда Fм < Fп + Fкп, что приводит к вибрации якоря и шум при работе электромагнита переменного тока.

электромагнитного механизма.
2.Использование короткозамкнутых витков, расщепляющих полюс якоря.
На большую

часть полюса насаживается короткозамкнутый виток. Поток Ф2, проходящий под этой частью полюса будет отставать от Ф1 на 60 ÷65°. Средняя сила Fм становится на всем протяжении больше силы, противодействующей пружины, и вибрация не возникает.

в два раза меньше чем у электромагнитов постоянного тока:
Fм~ =

Fм= / 2

Потребляется (требуется) реактивная мощность.

Электромагнитная сила зависит от частоты
Fм = Ф2 / 2μ0S = U2 / 2 μ0W2ω2

Магнитопровод обязательно выполняется шихтованным, т.е. выполнен из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга.

Возникают дополнительные потери в магнитопроводе и короткозамкнутом витке.

Электромагниты переменного тока менее экономичны.

В связи с этим, часто используют электромагниты постоянного тока.

ток вследствие малого индуктивного сопротивления катушки, следовательно, большое значение МДС.

Поэтому электромагниты переменного тока могут работать при больших зазорах, чем электромагниты постоянного тока.

Достоинство электромагнитов переменного тока

Форсировочная способность электромагнита переменного тока

переменного тока.
2.По способу включения катушки:
с параллельной катушкой.

Ток в катушке определяется параметрами катушки и напряжением, подводимым к ней. Катушка выполняется с большим числом витков из тонкого проводника с большим сопротивлением. Ток, протекающий по ней, незначителен, поэтому применяют кнопку.




- с последовательной катушкой. Ток в катушке определяется сопротивлением устройства, которое включено последовательно в цепь электромагнита .




3. По характеру движения якоря:
поворотные (якорь поворачивается вокруг оси или опоры);
прямоходовые (якорь перемещается поступательно).
4.По способу действия:
- притягивающие (совершая определённую работу притягивают якорь);
- удерживающие (для удержания грузов(защёлка расцепителя)).

магнитной энергии в механическую. Используются как самостоятельный аппарат (для управления

различными устройствами и механизмами; для создания силы при торможении движущихся механизмов; для удержания деталей на шлифовальных станках, при подъеме грузов), так и как элемент привода других аппаратов (электромагнитных реле, пускателей и контакторов).

Электромагнитные муфты – электрические аппараты дистанционного управления, предназначенные для переключения кинематических цепей в передачах вращательного движения металлорежущих станков, а также для пуска, реверса и торможения приводов станков. Подразделяются на фрикционные, ферропорошковые и гистерезисные.

Электромагнитные тормозные устройства – электромагнитные аппараты дистанционного управления, предназначенные для фиксации положения механизма при отключенном электродвигателе. Подразделяются на колодочные, дисковые и ленточные.
 
Электромагнитные реле, пускатели и контакторы

3.Автоматические воздушные выключатели (автоматы).
4.Трансформаторы тока (ТТ).
5.Низковольтные комплектные устройства

(НКУ).

и токов КЗ. Это «пионеры» защиты электроцепей.

Достоинства:
Дешевизна. 2. Простота

конструкции.
Недостатки:
Необходимость замены плавких вставок после перегорания.
Неустойчивость защитных характеристик.
Стареют с течением времени (ложные сгорания).
При однофазном КЗ отключается одна фаза, две фазы остаются в работе.
Не защищают двигатели от перегрузок (необходимость тепловых реле).
Применение некалиброванных вставок (проволоки, другие вставки)
Конструкции:
Пластинчатые. 2. Патронные. 3. Трубчатые. 4. Пробочные.

электродвигателей, трансформаторов, внутрицеховых сетей и других потребителей
Сопутствующие - для

защиты силовых полупроводниковых приборов, работают совместно с автоматическим выключателем (фактически токовый расцепитель выключателя)
Приборные - для защиты измерительных приборов, устройств радиоэлектронной техники и связи
Столбовые - для защиты сельских электросетей
Бытовые - для защиты электропроводок
Для транспортных установок.

цинк, алюминий, свинец, легкоплавкие сплавы.
Корпус плавкой вставки (патрон) -

электроизоляционный материал (стекло, керамика, фарфор).
Наполнение – пустотелый; мелкодисперсный оксид кремния Si02 (кварцевый песок); карбонат кальция СаСО3 (мел).
Типы предохранителей по конструкции держателя:
• разборные - допускают замену плавких вставок после срабатывания на месте эксплуатации;
• неразборные - замене подлежит вся плавкая вставка вместе с патроном.
Предохранители по конструкции контактов держателя плавкой вставки:
• с ножевым (врубным) контактом - плавкая вставка вставляется в губки контактов основания ;
• с болтовым контактом;
• с фланцевым контактом - плавкая вставка устанавливается на токопроводящую поверхность перпендикулярно.
Форма корпуса держателя (патрона) плавкой вставки: полая цилиндрическая или полая призматическая.

назначения с отключающей способностью во все диапазоне (при перегрузках и

КЗ)
gM – плавкие вставки для защиты цепей двигателей с отключающей способностью во всем диапазоне
aM – плавкие вставки для защиты цепей двигателей с отключающей способностью в части диапазона (при КЗ)
gD – плавкие вставки с задержкой времени, с отключающей способностью во всем диапазоне
g - отключающая способность во всем диапазоне
a - отключающая способность в некоторой части диапазона

ножи;
3 – металлические щечки;
4 – флажки для монтажа и

демонтажа

б – держатель предохранителя
1 – клемма (болт) подключения;
2 – губки контактные;
3 – изоляционное основание

в - устройство экстракции (съема) предохранителя

пробочного типа; 3 – изоляционный корпус; 4 –

фиксатор; 5 – двойной разрыв; 6 – держатель

потери мощности

Номинальный ток плавкой вставки In - ток, который плавкая

вставка может длительно проводить без повреждений в установленных условиях.

Преддуговое время - время между появлением тока, достаточного для расплавления плавкого элемента, и моментом возникновения дуги.

Время дуги - время между моментом возникновения дуги и моментом ее окончательного погасания.

Время отключения - сумма преддугового времени и времени дуги.

Времятоковая характеристика (защитная характеристика) - кривая зависимости преддугового времени или времени отключения от ожидаемого тока в установленных условиях срабатывания.

от тока
Imin – наименьший ток начала плавления вставки (в течение

неопределенно продолжительного времени (1-2 ч); при меньших токах вставка не расплавляется)

I10 - ток, при котором плавление вставки и отключение сети происходит через 10с после установления тока;
Iном - номинальный ток вставки, при котором вставка длительно работает, не нагреваясь выше допустимой температуры.
Iном=I10/2,5.

бы включенный в нее плавкий предохранитель был заменен проводником, полным

сопротивлением которого можно пренебречь (Iкз).
Отключающая способность плавкой вставки - действующее значение симметричной составляющей ожидаемого тока (Iкз), который способна отключить плавкая вставка при установленном напряжении в установленных условиях эксплуатации.
Пропускаемый ток - максимальное мгновенное значение, достигаемое током в процессе отключения, когда плавкая вставка своим срабатыванием предотвращает достижение током максимально возможного в других условиях значения. Характеристикой пропускаемого тока является его зависимость от ожидаемого тока в установленных условиях эксплуатации.

Токоограничивающие свойства предохранителей

быстродействующие предохранители.

Быстродействие предохранителя характеризуется его преддуговым временем t при токе

нагрузки, равном пятикратному номинальному 5In.
t = k√In
Время t определяется по времятоковой характеристике.
k ≥ 1 – предохранитель инерционного типа (не применяется);
k = 0,01-1 - предохранитель нормального быстродействия;
k < 0,01 - предохранитель быстродействующий.

вставка способна пропускать в течение установленного (условного) времени, не расплавляясь.
Условный

ток плавления If - установленное значение тока, вызывающего срабатывание плавкой вставки в течение установленного (условного) времени.
Для номинальных токов 16А < In ≤ 630А стандартами определено:
Inf = 1,2In If = 1,6In.

Для предохранителей типа gG

n сужениями
Параллельные элементы плавкой вставки
Применение металлургического эффекта

Температуры

плавления плавкой вставки:
для меди - 1 083 оС, для серебра - 961 °С,
для алюминия – 660 °С, для цинка - 420 °С,
для свинца - 327 оС, для олова - 232 °С.

Применение наполнителей (высокая скорость нарастания напряжения на предохранителе приводит к токоограничивающему эффекту)

плавких вставок с номинальными токами In1, In2, In3

nI – ударный

ток КЗ;
n – множитель, зависящий от cos φ

допустимому току защищаемого кабеля.

Для медной плавкой вставки:

Iном.пв =

(1,6-2,0)Iдоп (без металлургического эффекта )
Iном.пв = 1,45Iдоп (с металлургическим эффектом)

Для плавкой вставки из серебра:

Iном.пв = (1,1 - 1,4)Iдоп.

Металлургический эффект

Iр, Iном.п ≥ Iном.пв
Для одного электроприемника:

а) для двигателя Ip = Iн = Р/√3Uн cosφ η
б) для сварочных машин и аппаратов, преобразовательных установок
Ip = Iн = Sнт/√3Uн
в) для осветительных установок
Ip = Iн = Sосв/√3Uн
2. Для группы электроприемников (не более 3)
Iр = Iн1 + Iн2 + Iн3
3. Для группы электроприемников (более 3)
Iр = Кнм∑Iн
kнм - коэффициент, учитывающий несовпадение максимумов нагрузки электроприемников, kнм = 0,85 – 1 (для промышленных предприятий)

Во избежание чрезмерного перегрева плавких вставок, окисления их поверхностей, быстрого старения:
Iнв ≥ Iпик / α, Iпик = Iпуск = kпIн

а) для группы электроприемников (не более 3) Iпик = Iн1 + Iн2 + Iпуск.max
б) для группы электроприемников (более 3) Iпик = (Iр∑ – kиIн) + Iпуск.max

Iк min / I нв ≥ 3 (или 4)

Iкmin

– минимальный ток замыкания на корпус или на нулевой защитный проводник в конце защищаемого участка (4 – для взрывоопасных зон);
Iнв – номинальный ток плавкой вставки.

– кратность (ПУЭ)
k = 0,8

– для проводников с резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией, проложенных во взрывоопасных производственных помещениях;
k = 1,0 – то же для невзрывоопасных помещений;
k = 1,0 – для кабелей с бумажной изоляцией во всех случаях;
k = 3,0 – для сетей, защищаемых только от КЗ и не требующих защиты от перегрузок.

При наличии в защищаемой предохранителями сети магнитных пускателей или контакторов для исключения их отпускания из-за снижения напряжения при КЗ плавкая вставка предохранителя должна перегореть за t = 0,1…0,2 с при повреждении в наиболее удаленной точке сети. Это условие обеспечивается при выполнении условия чувствительности
Ikmin /Iнв ≥ (10−15)

включения и отключения цепей постоянного и переменного тока до 1000

В с созданием видимого разрыва.
По конструкции различают: одно-, двух- и трехполюсные рубильники.

3 - подвижный контакт–нож; 4 – шарнирная стойка; 5 –

тяга

(до 220 В) и переменного тока (до 380 В) в

качестве вводных выключателей, выключателей цепей управления; для ручного управления АД, для переключения в нескольких электрических цепях одновременно

Пакетные выключатели, переключатели

I, II – пакеты;
1 – вывода к внешней сети;
2 – вал; 3 – кулачок;
4 – герметизированный корпус;
5 – шток; 6 – пружина;
7,8 – контакты; 9 - рукоятка