Влияние скорости размыкания на электроизнос дугогасящих контактов в аппаратах высокого напряжения
В статье аналитическим и экспериментальным способом исследовалось влияние скорости размыкания на электроизнос дугогасящих контактов. У статті аналітичним та експериментальним способом досліджувався вплив швидкості розмикання на електрознос дугогасійних контактів. In the article, influence of breakin...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143036 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние скорости размыкания на электроизнос дугогасящих контактов в аппаратах высокого напряжения / О.Г. Волкова // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 3. — С. 7-9. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859617718362177536 |
|---|---|
| author | Волкова, О.Г. |
| author_facet | Волкова, О.Г. |
| citation_txt | Влияние скорости размыкания на электроизнос дугогасящих контактов в аппаратах высокого напряжения / О.Г. Волкова // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 3. — С. 7-9. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Електротехніка і електромеханіка |
| description | В статье аналитическим и экспериментальным способом исследовалось влияние скорости размыкания на электроизнос дугогасящих контактов.
У статті аналітичним та експериментальним способом досліджувався вплив швидкості розмикання на електрознос дугогасійних контактів.
In the article, influence of breaking speed on electric wear of arc-suppressing contacts is analytically and experimentally investigated.
|
| first_indexed | 2025-11-28T22:06:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №3 7
УДК 612.315
ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ РАЗМЫКАНИЯ НА ЭЛЕКТРОИЗНОС ДУГОГАСЯЩИХ
КОНТАКТОВ В АППАРАТАХ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Волкова О.Г.
Запорожский национальный технический университет
Украина, 69059, Запорожье, ул. Жуковского, 64, ЗНТУ, кафедра " Электропривод и автоматизация промышлен-
ных установок"
тел. (0612) 34-76-78, E-mail: piramida83@mail.ru
У статті аналітичним та експериментальним способом досліджувався вплив швидкості розмикання на електрознос
дугогасійних контактів.
В статье аналитическим и экспериментальным способом исследовалось влияние скорости размыкания на электро-
износ дугогасящих контактов.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из основных технических характеристик
коммутационных электрических аппаратов является
срок их службы. Срок службы, как и межремонтные
простои в значительной степени определяются стой-
костью контактов к электроизносу и механическим
повреждениям [1-7].
В наиболее жестких условиях работают дугога-
сящие электрические контакты. Большое количество
эксплуатационных факторов создает трудности в мо-
делировании дуговых процессов на контактах пере-
ключающих устройств, а попытки преодолеть подоб-
ные сложности ставят задачу привлечения обобщаю-
щих факторов.
МАТЕРИАЛ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Обобщающим фактором может являться энергия
отключаемой цепи, благодаря которой производиться
сравнительный анализ и расчеты коммутационных
устройств. Основываясь на анализе [2] энергию от-
ключения дуги представим как энергию источника
питания за вычетом потерь в омическом сопротивле-
нии нагрузки плюс энергия электромагнитного поля
нагрузки [3]. Или иначе, в электрической дуге выде-
ляется энергия, запасенная в нагрузке, за вычетом
потерь в омическом сопротивлении нагрузки.
( )∫
τ ⋅
+⋅−⋅=
0
2
ОТНГ
НГ
2
НГНГИД 2
iL
dtRiiUW , (1)
∫∫
ττ
⋅+⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
⋅
=
0
НГИ
0
НГ
2
НГ
2
ОТНГ
Д )(
2
dtiUdtRi
iL
W , (2)
где
2
2
ОТНГ iL ⋅
- электромагнитная энергия в нагрузке
до момента отключения; НГi − ток нагрузки; ОТi −
ток, проходящий в цепи до отключения; ИU − напря-
жение источника питания; НГR − активное сопротив-
ление нагрузки; τ − время действия дуги; НГL − ин-
дуктивность нагрузки.
Для определения вышеперечисленных факторов
используются электрические схемы замещения от-
ключаемой цепи (рис. 1). Элементы электрической
схемы представлены в виде системы уравнений [2].
Рис. 1. Схема замещения отключаемой цепи
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
⋅=
=
++=
=⋅
=
=+⋅+
ДДД
ПР
УТCДНГ
ДШУТ
ДC
ИДНГНГ
НГ
НГ
riu
dt
du
Ci
iiii
uRi
uu
uuRi
dt
diL
C
C
, (3)
где ДU − падение напряжения на дуговом промежут-
ке; CU − напряжение на конденсаторе; ПРC − ем-
кость; УТi − ток утечки; ШR − шунтирующее сопро-
тивление; Сi − ток в конденсаторе; ПРC − емкость
сети, приведенная к контактам коммутационного ап-
парата; Дr – сопротивление дуги.
Из системы уравнений видно, что система не со-
держит аналитического решения, поскольку число
неизвестных в системе превышает число уравнений.
Лучший результат решения данных уравнений дает
подход, где неизвестные определяются эксперимен-
тально, а ДД , rU находят косвенно, в результате ре-
шения интегрально-дифференциальных уравнений
описывающих сходные (тепловые, газодинамические
и др.) процессы.
Столб дуги является накопителем определенного
количества внутренней энергии. Эту энергию харак-
8 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №3
теризуют как геометрические параметры дуги (ее ра-
диус, длина и форма столба), так и энергетические
параметры рабочего пространства (распределение
температуры, степень ионизации и ряд других). Оче-
видно, что при коммутации, эта энергия не может
рассеиваться мгновенно. Следовательно, изменение
тока, сопротивления дуги и отводимая мощность тоже
обладают определенной инерционностью, которую
необходимо максимально сократить. По сравнению с
ними скорость движения дуги обладает низкой инер-
ционностью, что представляет несомненный интерес
для исследований.
Существующие математические зависимости
имеют или слишком общий характер или не могут
считаться вполне достоверными. Однако их несо-
мненная ценность в том, что они дают качественную
картину протекающих процессов и выявляют эффек-
ты взаимодействия между основными факторами.
В большинстве работ напряжение на дуговом
промежутке представляется в виде [2-3]
ЭДД UleU +⋅= , (4)
где ЭД ,, Ule − текущие значения: градиента напря-
жения, длины дуги и приконтактное падение напря-
жения соответственно. Следует отметить, что e яв-
ляются функцией скорости движения дуги.
Учитывая, что геометрическая форма дуги
крайне нестабильна, ее длину Дl привязывают к кон-
кретным условиям проведения эксперимента. Напри-
мер, для пальцевых контактов [3].
22
Д
2
Д τ⋅⋅+β= Vgl , (5)
где β – межконтактное расстояние, ДV – скорость
движения дуги, g – проводимость дуги.
Имеющиеся математические модели зависят от
конструкции коммутационного аппарата, что недос-
таточно для построения обобщающей математической
модели. Плотность тока является параметром опреде-
ляющим энерговыделение. Известны зависимости
плотности тока от скорости движения дуги, тока и
межконтактного расстояния [3, 6]
Д
6
Д 102 Vj ⋅⋅= , (6)
75,0
Д
Д 4744
β
=
i
j . (7)
Скорость движения дуги определяется как:
( )23,0
2
Д2
Д
1076,01
1092.1
H
Hi
V
⋅+
⋅
⋅= − , (8)
где H − энтальпия столба дуги.
В процессе горения дуги ее параметры, а следо-
вательно и ток, напряжение, выделяемая мощность не
постоянны, поэтому при проведении расчетов необ-
ходимо использовать усредненные значения.
Теоретические исследования о влиянии скорости
движения дуги на электроизнос контактов, а так же ее
зависимость от скорости размыкания контактов нахо-
дит подтверждении в экспериментальных работах [4-
6]. Авторы считают, что электроизнос контактов при
больших токах в большей степени зависит от межкон-
тактного расстояния, чем от контактных материалов.
Следовательно, определяющим фактором выступает
скорость изменения межконтактного расстояние за
время коммутации (скорость размыкания).
По результатам экспериментальных исследова-
ний медных контактов при токе 20 кА [6] была по-
строена зависимость их электроизноса от скорости
размыкания (рис. 2), которая способна заменить оцен-
ку влияния двух моделирующих факторов: времени
горения дуги и расстояния между контактами. Экспе-
риментальная кривая близкая к степенной функции,
указывает, что оптимальный скоростной режим раз-
мыкания контактов – менее 1 м/с.
Используя корреляцию яркости излучения с тем-
пературой столба дуги [7], а также связь усредненных
электрических и геометрических параметров запишем
4
ДД
Д9,0
100
SCld
P
T
⋅⋅π⋅
= , (9)
где ДД , ld − диаметр и длина дуги соответственно,
SC − поверхностная плотность излучения дуги, ДР −
мощность дуги.
Рис. 2. Зависимость электроизноса контактов от скорости
размыкания (ток размыкания 20 кА)
Очевидно, что для снижения температурного
воздействия дуги при размыкании, необходимо уве-
личить длину дуги или увеличить диаметр столба ду-
ги за возможно короткий промежуток времени. На-
блюдения за результатами скоростной съемки элек-
тродугового процесса при размыкании контактов
(рис. 3) полученные при проведении эксперимента
[1], можно отметить, что скорость размыкания влияет
на яркость свечения и диаметр дугового столба дуги,
а следовательно и на температуру столба дуги.
Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №3 9
а
б
Рис. 3. Развитие дугового электротермического процесса
дугогасящих контактов в масляной среде: а – скорость
расхождения контактов 1,85 м/с; б – скорость расхождения
контактов 0,45 м/с
Такой характер повреждения контактов экспери-
ментально подтверждает влияние скорости расхожде-
ния контактов на процесс дугогашения. При этом ав-
торы по-разному оценивают роль скорости размыка-
ния контактов. Причиной этому служит различная
оценка процесса дугогашения в коммутационных уст-
ройствах. Одни исследователи, занятые подбором
контактных материалов, оценивают дуговые процес-
сы по электроизносу контактов (изменение веса или
геометрии), других, интересует влияние рабочих ус-
ловий на процесс дугогашения и оценкой при этом
является время существованиния дуги. Рассматривать
процессы электроизноса и время горения дуги в пря-
мой зависимости нельзя. Горение дуги более длитель-
ное время, но при интенсивном перемещении ее по
поверхности контакта не приводит к такой степени
повреждения контактов, как воздействие малопод-
вижной дуги между близкорасположенными контак-
тами за тот же период времени. Важно отметить, что
наиболее эффективна высокая начальная скорость
размыкания, а не средняя скорость, которую часто
приводят исследователи в характеристиках коммута-
ционных устройств.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. В существующих математических моделях
электродуговых процессов влияние скорости размы-
кания на электроизнос контактов сформулирован не-
достаточно ясно и требует дальнейших исследований.
2. В анализе основных факторов описывающих
энерговыделение дуги показана роль скорости движе-
ния дуги.
3. Скорость движения дуги существенно зави-
сит от скорости размыкания контактов.
4. Для снижения электроизноса контактов реко-
мендуется увеличить скорость движения контактов на
начальной стадии размыкания.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Зиновкин В.В., Волкова О.Г., Карпенко В.В. Исследова-
ние электротермических процессов в контактах пере-
ключающих устройств при резкопеременной нагрузке //
Електротехніка та електроенергетика. - 2007. - №1. – С.
52-57.
[2] Мельничук В.Н. Разработка математических моделей
процессов вхождении дуги в дугогасительную решетку.
– В. кн.: Моск. город. конф. Молодых ученных и спе-
циалистов по повышению надежности, экономичности и
мощности энергетического и электротехнического обо-
рудования, посвященная 60-летию ВЛКСМ. Тезисы
докладов конференции. М., 1978, С. 28-30.
[3] Сахаров П.В. Проектирование электрических аппаратов.
- М.: Энергия, 1971. - 560 с.
[4] Игнатко В.П., Кухтиков В.А. Исследование эрозионных
процессов в условиях сильноточной квазистационарной
дуги. – В кн.: Сильноточные электрические контакты и
электроды. Киев, Изд-во АН УССР, 1972, С. 28-36.
[5] Эрозия электродов в квазистационарной дуге атмо-
сферного давления при токах 103 – 105 А. II Междуна-
родный симпозиум. Лодзь, 1973. Авт.: В.П. Игнатенко,
А.П. Кресанова, В. А. Кухтиков и др.
[6] Буткевич Г.В., Белкин Г.С., Ведешенков Н.А., Жаворон-
ков М.А. Электрическая эрозия сильноточных контактов
и электродов. – М.: Энергия, 1978. – 256 с., ил.
[7] Макаров А.Н. Теплообмен в дуговых сталеплавильных
печах.Тверь: ТГТУ, 1998. 184 с.
Поступила 12.10.2007
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143036 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2074-272X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T22:06:14Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Волкова, О.Г. 2018-10-22T18:59:08Z 2018-10-22T18:59:08Z 2008 Влияние скорости размыкания на электроизнос дугогасящих контактов в аппаратах высокого напряжения / О.Г. Волкова // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 3. — С. 7-9. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143036 612.315 В статье аналитическим и экспериментальным способом исследовалось влияние скорости размыкания на электроизнос дугогасящих контактов. У статті аналітичним та експериментальним способом досліджувався вплив швидкості розмикання на електрознос дугогасійних контактів. In the article, influence of breaking speed on electric wear of arc-suppressing contacts is analytically and experimentally investigated. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Влияние скорости размыкания на электроизнос дугогасящих контактов в аппаратах высокого напряжения Influence of breaking speed on electric wear of arc-suppressing contacts in highvoltage apparatus Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние скорости размыкания на электроизнос дугогасящих контактов в аппаратах высокого напряжения Волкова, О.Г. Електричні машини та апарати |
| title | Влияние скорости размыкания на электроизнос дугогасящих контактов в аппаратах высокого напряжения |
| title_alt | Influence of breaking speed on electric wear of arc-suppressing contacts in highvoltage apparatus |
| title_full | Влияние скорости размыкания на электроизнос дугогасящих контактов в аппаратах высокого напряжения |
| title_fullStr | Влияние скорости размыкания на электроизнос дугогасящих контактов в аппаратах высокого напряжения |
| title_full_unstemmed | Влияние скорости размыкания на электроизнос дугогасящих контактов в аппаратах высокого напряжения |
| title_short | Влияние скорости размыкания на электроизнос дугогасящих контактов в аппаратах высокого напряжения |
| title_sort | влияние скорости размыкания на электроизнос дугогасящих контактов в аппаратах высокого напряжения |
| topic | Електричні машини та апарати |
| topic_facet | Електричні машини та апарати |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143036 |
| work_keys_str_mv | AT volkovaog vliânieskorostirazmykaniânaélektroiznosdugogasâŝihkontaktovvapparatahvysokogonaprâženiâ AT volkovaog influenceofbreakingspeedonelectricwearofarcsuppressingcontactsinhighvoltageapparatus |