6. NADPRĄDOWA, PODNAPIĘCIOWA l NADNAPIĘCIOWA OCHRONA URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH 1

Transkrypt

1 78 Zasady energoelekryki 6. NADPRĄDOWA, PODNAPIĘCIOWA l NADNAPIĘCIOWA OCHRONA URZĄDZEŃ EEKTRYCZNYCH 6.. EEKTRYCZNY ŁUK ŁĄCZENIOWY Wyładowania łukowe zachodzące w lampach wyładowczych, spawarkach elekrycznych czy elekrycznych piecach łukowych mają charaker sacjonarny. Proces wydzielania świała i ciepła jes w ych urządzeniach procesem długorwałym, zachodzącym prakycznie ze sałą inensywnością w długich przedziałach czasu. Inaczej rzecz się ma w przypadku łuku elekrycznego powsającego w łącznikach zesykowych (między rozchodzącymi się sykami) i w bezpiecznikach opikowych (w srefie rozpadu opika) - przy wyłączaniu prądów w obwodach energoelekrycznych. Łuk en musi być szybko zgaszony, gdyż wydziela się w nim duża moc cieplna, kóra po pewnym czasie doprowadziłaby do zniszczenia aparau. Może się o zdarzać przy niewłaściwym doborze aparaów do warunków zwarciowych wysępujących w obwodzie. Warości prądu zwarciowego oraz napięcia międzyzaciskowego (przejściowego napięcia powronego) mogą, przy wyłączaniu zwarcia w akim obwodzie, przekroczyć - właściwe ym wielkościom - warości znamionowe aparau. Rys. 6.. Siły elekrodynamiczne mikropowierzchniowe (a) oraz wynikające ze srukury geomerycznej zesyków (b) - efek zakrzywienia linii (rurek) prądu Łuk elekryczny może wysępować w każdym z rzech rodzajów pracy łączników zesykowych: załączeniowej, przepusowej oraz wyłączeniowej, a w przypadku bezpieczników - jedynie przy pracy wyłączeniowej. Przy pracy załączeniowej łuk elekryczny zapala się na chwilę przed zeknięciem syków (ylko w łącznikach wysokiego napięcia) i w czasie odskoków sprężysych, inaczej pierwonych (pochodzących od zderzeń syków), oraz wórnych (od zderzeń innych części aparau) i elekrodynamicznych (rys. 6.; siła F ed zmienia się ze zmianami warości prądu), naomias przy pracy przepusowej - ylko w czasie ieraura do ego rozdziału: [5, 6, 7, 0,, 5, 8, 9, 0, 4].

2 6. Nadprądowa, podnapięciowa i nadnapięciowa ochrona urządzeń elekrycznych 79 odskoków elekrodynamicznych. Każde zeknięcie się syków powoduje wygaszenie łuku, a sczepianie się syków wskuek mięknięcia maeriału może być spowodowane zarówno zjawiskiem łuku elekrycznego, jak eż wzrosem rezysancji zesykowej pod wpływem zmian siły docisku lub powsania warsw naloowych. Największe problemy w pracy łączników zesykowych oraz bezpieczników opikowych swarza gaszenie łuku przy wyłączaniu prądów i emu zagadnieniu poświęcono dalsze rozważania. Na zapalenie się łuku elekrycznego między rozchodzącymi się sykami łączników składa się ciąg zjawisk, szybko po sobie nasępujących. Osłabienie siły docisku syków (poprzedzające wysąpienie przerwy między nimi) powoduje zwiększenie rezysancji zesykowej, a wraz z nią - ciepła wydzielanego przez prąd w miejscach syczności. W efekcie gwałownego nagrzania powierzchni syków, wydzielają się z nich pary meali i pojawia się emisja elekronów. W chwili rozłączenia się mikropowierzchni syków, między najbliżej położonymi wierzchołkami nierówności wysępuje bardzo silne pole elekryczne. Inicjuje ono jonizację zderzeniową w parach meali, kóre - jak wiadomo - charakeryzuje niski poencjał jonizacyjny. Proces jonizacji przechodzi wne w lawinowy i, obejmując całą przesrzeń międzysykową, doprowadza do zapalenia krókiego łuku między sykami. Zazwyczaj, wraz z oddaleniem się syków (na odległość paru mm), łuk króki przechodzi w łuk długi i wówczas dopiero podlega gaszeniu. Rys. 6.. Schema kanału łukowego, rozkład napięcia i prądu łuku wzdłuż kanału Kanał łukowy składa się ze sref przyelekrodowych (kaodowej i anodowej), kolumny łukowej (inaczej: słupa łukowego) i sref przejściowych między srefami przyelekrodowymi a kolumną łukową (rys. 6.). W srefie przejściowej, przy granicy ze srefą kaodową, można jeszcze wyróżnić srefę jonizacji.

3 80 Zasady energoelekryki Wymienione srefy mają nasępujące grubości: kaodowa rzędu mm, anodowa mm, jonizacji mm, przejściowe - paru mm; pozosałą część kanału zajmuje kolumna łukowa (pojawienie się jej oznacza przejście od łuku krókiego do łuku długiego). Średnica kolumny łukowej jes rzędu kilku mm; w srefach przejściowych kanał ulega przewężeniu, osiągając w pobliżu elekrod średnice rzędu ułamków mm (plamka kaodowa i anodowa). Koncenracja ładunków w kanale łukowym nie jes równomierna. W srefie kaodowej wysępuje przewaga ładunków (jonów) dodanich, a w anodowej - ładunków ujemnych (elekronów). Efekem ego są bardzo silne pola elekryczne w pobliżu elekrod oraz znaczne spadki napięć: kaodowy 8 0 V, anodowy 6 V. Ruch cząsek naładowanych zosaje więc w srefach przyelekrodowych silnie przyspieszony. Duże prędkości, uzyskiwane przez jony bombardujące kaodę, zwiększają zdolność emisji ermicznej elekronów. Duże prędkości, uzyskiwane przez elekrony w srefie anodowej, zwiększają inensywność worzenia jonów, kóre są niezbędne do podrzymania wyładowania w kolumnie łukowej. Podgrzewanie kaody przez padające na nią jony, oraz anody - przez wchodzące w nią elekrony, wywołuje przy ym parowanie maeriału elekrod, dosarczając cząsek obojęnych, podlegających nasępnie jonizacji. Prąd łuku elekrycznego jes sumą prądu elekronowego i prądu jonowego. Prąd jonowy sanowi przy kaodzie 0 50% prądu łuku, naomias w kolumnie łukowej - około l % prądu łuku (przy anodzie jes równy zeru, gdyż ona sama nie może wydzielać jonów; powsają one w zderzeniach elekronów z cząskami obojęnymi lub we wzajemnych zderzeniach cząsek obojęnych w kanale łukowym). Jony docierające do kaody powsają więc głównie w jej pobliżu - w srefie jonizacji. Dochodzi u do zderzeń cząsek obojęnych z wyemiowanymi przez kaodę elekronami i z odbiymi od kaody zneuralizowanymi jonami. Zjawisko powrou zdejonizowanych przy kaodzie cząsek do srefy jonizacji (czyli obieg zamknięy cząsek między kaodą i srefą jonizacji) wysępuje przy dużych mocach wyładowania. Zwiększony, dzięki emu, prąd jonowy w srefie kaodowej zapewnia odpowiednią emisyjność i pokrycie sra cieplnych kaody. W sanach usalonych, emperaura powierzchni kaody osiąga około 00 K, anody - około 500 K, naomias emperaura plazmy w kolumnie łukowej - warości K, zależnie od inensywności odbioru ciepła ( chłodzenia ). Ze wzrosem inensywności odbioru ciepła wzrasa gęsość prądu i emperaura kolumny łukowej, naomias maleje jej średnica. Efek wzrosu emperaury przy zwiększonym chłodzeniu nosi miano paradoksu łuku elekrycznego. Podsawowe znaczenie przy odbiorze ciepła z łuku elekrycznego ma konwekcja. W en sposób, przy wymuszonym przepływie gazu odbierane jes 80%, a nawe więcej, całej mocy łuku. Odbiór ciepła z kolumny łukowej może mieć przy ym charaker powierzchniowy albo wnęrzowy (objęościowy). W pierwszym przypadku srumień zimnego gazu omywa kolumnę wzdłuż powierzchni izoermicznych, zaś w drugim - skierowany jes do jej wnęrza. Sposób odbioru ciepła z łuku rzuuje na przebieg jego charakerysyki saycznej (rys. 6.3). Na przebiegi charakerysyk dynamicznych wpływa poza ym charaker i szybkość zmian prądu łuku (rys. 6.3b), co łumaczy się bezwładnością zjawisk zachodzących w kolumnie łukowej. Dlaego w obwodzie prądu przemiennego z łukiem elekrycznym chłodzonym powierzchniowo, przy przechodzeniu prądu przez zero, napięcie gaśnięcia łuku jes - co do warości bezwzględnej - niższe od napięcia jego zapłonu (rys. 6.4). Z upływem czasu od chwili zgaśnięcia łuku, wzrasa napięcie ponownego zapłonu (dłuższy czas odbudowy wyrzymałości elekrycznej kanału połukowego).

4 6. Nadprądowa, podnapięciowa i nadnapięciowa ochrona urządzeń elekrycznych 8 Rys Prądowo-napięciowe charakerysyki łuku elekrycznego: a) sayczne - przy powierzchniowym () i wnęrzowym () odbiorze ciepła z kolumny łukowej, b) dynamiczne - przy prądzie przemiennym (', ") oraz malejącym od warości usalonej do zera (3), porównane z charakerysyką sayczną () Rys Przebiegi czasowe prądu i napięcia łuku w obwodzie prądu przemiennego przy powierzchniowym odbiorze ciepła z kolumny łukowej W czasie wyłączania prądu przez niekóre wyłączniki zesykowe, jak również przy wyłączaniu prądów o niewielkich warościach przez bezpieczniki opikowe, kanał łukowy wydłuża się, przez co zwiększa się inensywność odbioru ciepła. Przy niskich napięciach korzysnie jes rozbić łuk na kilka łuków krószych, aby polepszyć warunki odbioru ciepła i wykorzysać znaczne, przyelekrodowe spadki napięcia każdego z ych łuków. Im lepsze są własności elekryczne, gaszeniowe i cieplne środowiska, ym odległość rozchodzenia się syków w wyłączniku może być mniejsza. Małymi przerwami międzysykowymi wyróżniają się wyłączniki próżniowe i z SF6 (sześcioluorkiem siarki). Przy wyłączaniu prądu w obwodach zasilanych napięciem przemiennym, najkorzysniejsze warunki gaszenia łuku elekrycznego wysępują w chwilach nauralnego osiągania przez prąd warości zerowych. Kanał połukowy musi wedy zosać szybko zdejonizowany, aby nie nasąpił ponowny zapłon pod wpływem napięcia wysępującego między elekrodami (sykami). Dzieje się o ym prędzej, im mniejsza jes koncenracja ładunków w przesrzeni międzyelekrodowej (zn. im mniejszy był wyłączany prąd) i im szybciej są one

5 8 Zasady energoelekryki odprowadzane z kanału połukowego - przy zachowaniu jego ciągłości, a im szybciej powiększa się odsęp części zjonizowanych kanału - w przypadku jego przerwania przez czynnik chłodzący. Ponowne zapłony łuku mogą mieć charaker cieplny (jonizacja ermiczna) lub elekryczny (jonizacja zderzeniowa). Na rysunkach 6.5 i 6.6 pokazano różne krzywe wzrosu wyrzymałości zapłonowej (napięcia zapłonu) przy zapłonie oparym na mechanizmie cieplnym oraz elekrycznym. Waro dodać, że w chwilę po osiągnięciu przez prąd warości zerowej nasępuje odpływ elekronów z przesrzeni międzyelekrodowej do anody pod wpływem pojawienia się napięcia na zaciskach. Powsały w wyniku ego przyelekrodowy spadek napięcia urudnia ponowny zapłon, szczególnie w obwodach niskiego napięcia. Rys Krzywe wzrosu wyrzymałości zapłonowej, związane z zapłonem o mechanizmie: - cieplnym, - elekrycznym U z Rys Krzywe wzrosu wyrzymałości zapłonowej (związane z zapłonem o mechanizmie elekrycznym) przy różnych warościach skuecznych prądów wyłączanych i sałej długości kanału połukowego Przebieg czasowy napięcia pojawiającego się między zaciskami łącznika lub bezpiecznika, po wyłączeniu prądu łuku, zależy od paramerów obwodu w części zasilającej i odbiorczej. Pojemności elemenów obwodu (przewodów, uzwojeń maszyn i ransformaorów), kóre w normalnych sanach pracy układu nie odgrywają prawie żadnej roli, mogą ładować się oscylacyjnie po wyłączeniu prądu łuku, wywołując w en sposób przepięcia w różnych częściach obwodu, w ym również - na zaciskach wyłącznika (bezpiecznika). Między jego sykami mogą wedy wysępować ponowne zapłony łuku, szczególnie niepożądane przy wyłączaniu zwarć.

6 6. Nadprądowa, podnapięciowa i nadnapięciowa ochrona urządzeń elekrycznych 83 Rys Schema zasępczy obwodu prądu przemiennego ze zwarciem na zaciskach łącznika Na rysunku 6.7 przedsawiono schema zasępczy obwodu prądu przemiennego z elekrycznym łukiem łączeniowym, w przypadku zwarcia na zaciskach łącznika (bezpiecznika). Po przerwaniu prądu łuku, układ przedsawia sobą gałąź szeregową R C zasilaną napięciem przemiennym e(). Jeśli częsoliwość źródła jes aka, że X c > X oraz X c > R, o składowa usalona napięcia u C () równa się w przybliżeniu e(). Jeśli R C, o składowa przejściowa napięcia u C () ma charaker nieokresowy, a jeśli R <, o ma ona charaker zanikających w czasie oscylacji. Pulsacja napięcia drgań C własnych łumionych wynosi gdzie ω = R C = ω α 0, (6.) ω 0 = oznacza pulsację drgań własnych niełumionych, naomias α = C określa szybkość usalania się przebiegów w gałęzi R C, zarówno w przypadku oscylacji, jak i przebiegu aperiodycznego. Zwykle pulsacja drgań własnych ω jes wielokronie wyższa od pulsacji napięcia źródła. Przebiegi napięcia u C () po przerwaniu prądu łuku w obwodzie zwarciowym (napięcia powronego) pokazano na rysunku 6.8. R Rys Oscylacyjny () i nieokresowy () przebieg napięcia u C na zaciskach łącznika po przerwaniu prądu łuku i

7 84 Zasady energoelekryki Jak widać, po wyłączeniu zwarcia w obwodzie prądu przemiennego, na zaciskach łącznika (bezpiecznika) może pojawić się krókorwale napięcie rzędu,5,7 ampliudy napięcia roboczego. Wyższe warości chwilowe napięcia na zaciskach łącznika lub odbiornika, przekraczające nawe 6-kronie ampliudę napięcia roboczego, mogą wysąpić wskuek ucinania prądu przy wyłączaniu małych prądów indukcyjnych (o warościach od kilku do kilkunasu amperów). Przykładem odbiorów pobierających małe prądy indukcyjne są cewki syczników oraz nieobciążone ransformaory. Schema zasępczy obwodu jednofazowego, z zaznaczeniem uproszczeń sosowanych w analizie wyłączania małych prądów o charakerze indukcyjnym, przedsawiono na rys Przebiegi czasowe, wyjaśniające zjawisko ucinania prądu i wysępujących przy ym przepięć, pokazano na rysunku 6.0. Po rozejściu się syków łącznika W w chwili 0 powsaje między nimi łuk elekryczny. Wzros napięcia łuku przy malejącym prądzie wpływa na szybkość zmian prądów i oraz i C, powodując zgaszenie łuku i ucięcie prądu i w w chwili. Obwód rozdziela się odąd na dwa obwody oscylacyjne ze źródłem napięcia i bez źródła. Ponieważ oscylacje w części obwodu połączonej ze źródłem są niewielkie, więc można je w ogóle pominąć (pomija się z i C z ). Analiza doyczy więc przebiegów w drugim obwodzie drgającym (R C). Rys Schema zasępczy obwodu zasilania odbiornika o charakerze indukcyjnym, z zaznaczonymi uproszczeniami, odnoszącymi się do analizy procesu wyłączania małych prądów Jeśli wyrzymałość elekryczna kanału połukowego wzrasa bardzo szybko, o po czasie równym około ¼ okresu drgań własnych obwodu R C napięcie na pojemności C osiągnie najwyższą warość (rys. 6.0a). Można ją ławo obliczyć, pomijając energię raconą w rezysancji R, ze wzoru na bilans energii ( U u ) i = C C m, (6.) gdzie: i - prąd odbiornika w chwili ( ucięcia prądu łuku), u - napięcie na pojemności C w chwili, U - najwyższe napięcie na pojemności C po ucięciu prądu łuku. C m Obliczona w en sposób warość U C, równa napięciu na odbiorniku, jes zwykle bardzo m duża. W rzeczywisych warunkach napięcie na pojemności C osiąga jednak niższe warości, ponieważ wyrzymałość elekryczna kanału połukowego wzrasa wolniej niż o napięcie i wysępują ponowne zapłony łuku. Po każdym z nich pojemność gwałownie się rozładowuje, prąd łuku zosaje ucięy, po czym prąd odbiornika na nowo doładowuje pojemność C (rys. 6.0b). Powolny wzros wyrzymałości elekrycznej przerwy międzysykowej w łącznikach zmniejsza więc narażenie izolacji urządzeń na przebicie (lecz urudnia wyłączanie dużych prądów).

8 6. Nadprądowa, podnapięciowa i nadnapięciowa ochrona urządzeń elekrycznych 85 Rys Przebiegi napięć i prądów w układzie z rys. 6.9 przy ucinaniu małego prądu obciążenia o charakerze indukcyjnym w przypadkach: a) gdy nie ma ponownych zapłonów łuku, b) z ponownymi zapłonami łuku łączeniowego (linie przerywane, nieopisane na wykresach czasowych prądów, obrazują przebiegi odpowiadające sanowi usalonemu obwodu przy zamknięym łączniku W) Na rysunku 6. pokazano uproszczone (bezrezysancyjne) jednofazowe obwody zwarciowe prądu przemiennego z bezpiecznikiem opikowym i z wyłącznikiem. Od chwili = 0 powsania zwarcia, do chwili = pojawienia się napięcia łuku, układ opisany jes równaniem = e = Em sin ( ω +ψ ), d (6.3) gdzie: - indukcyjność obwodu, i - prąd w obwodzie, równy prądowi spodziewanemu i sp, e - napięcie zasilające, E m - warość maksymalna napięcia zasilającego, ω - pulsacja napięcia zasilającego, - ką fazowy napięcia e() w chwili powsania zwarcia. ψ

9 86 Zasady energoelekryki Rys. 6.. Jednofazowe, bezrezysancyjne obwody zwarciowe: a) z bezpiecznikiem B załączanym na zwarcie przez łącznik Ł, b) z wyłącznikiem W Rozwiązaniem równania (6.3) jes wyrażenie i sp Em = [ cos ψ cos( ω + ψ )]. (6.4) ω W chwili pojawia się napięcie łuku u τ, a równanie obwodu zapisane, podobnie do (6.3), w posaci + u τ = e, (6.5) d d określa szybkość zmian prądu w obwodzie. = e, (6.6) u τ Dopóki e > u τ, dopóy prąd rośnie; w chwili, w kórej e = u τ, prąd osiąga największą warość; jeśli wreszcie e < u τ, o prąd maleje. e e i ogr i ogr Rys. 6.. Przebiegi prądu i napięcia luku podczas wyłączania jednofazowego obwodu zwarciowego przez: a) bezpiecznik opikowy, b) wyłącznik ograniczający prądu przemiennego (i sp - spodziewany przebieg czasowy prądu bez wyłączania obwodu) Szybkie wyłączenie prądu zwarciowego ogranicza skuki jego działania cieplnego i dynamicznego w obwodzie zabezpieczanym. W wyłącznikach opikowych i wyłącznikach ograniczających prądu przemiennego zapłon łuku nasępuje w pierwszym półokresie po wysąpieniu zwarcia, w chwili zanim prąd zwarciowy osiągnie warość maksymalną spodziewanego przebiegu w obwodzie bez wyłączania prądu i sp (rys. 6.).

10 6. Nadprądowa, podnapięciowa i nadnapięciowa ochrona urządzeń elekrycznych 87 Narasanie napięcia łuku w czasie może mieć charaker skokowy (rys. 6.a) lub liniowy (rys. 6.b). Ze względu na ograniczenie prądu, korzysniejszy jes wzros skokowy, i o od razu do warości większej od napięcia zasilającego u τ > e. Największa warość chwilowa prądu zwarciowego wysępująca w ym procesie nazywa się prądem ograniczonym i ogr (bezpiecznika lub wyłącznika ograniczającego). W bezpiecznikach w niewielkim sopniu zależy ona od prądu zwarciowego, silnie naomias - od przekroju opika. Przez odpowiednią konsrukcję opika można wpływać na napięcie wysępujące na zaciskach bezpiecznika w czasie wyłączania prądu, od konsrukcji układu gaszeniowosykowego wyłącznika ograniczającego zależy naomias sromość wzrosu napięcia łuku w wyłączniku. Rys Przebiegi czasowe prądu przy różnych warościach i sromościach narasania napięcia łuku (w obwodzie zwarciowym prądu przemiennego) Jeśli napięcie łuku wysępującego w bezpieczniku w rakcie wyłączania prądu zwarciowego ma sałą warość, przykładowo: U τ = U τ I i U τ = U τ III - linie przerywane I i III na rys. 6.3, o rozwiązanie równania (6.6) wyraża się wzorem i = U e d τ τ ( ) = i ( ) sp U W chwili zgaśnięcia łuku ( =, i = 0), orzymuje się zależność. (6.7) U τ ( ) = isp. (6.8) Wynika z niej, że punky przecięcia przebiegów czasowych (rys. 6.3): prosych Uτ ( ) = f ( ) i i sp = i sp () - wg (6.4), wyznaczają chwile zgaszenia łuku: i I, III odpowiadające zadanym przebiegom czasowym I i III napięcia łuku. Na rysunku 6.3 przedsawiono przebiegi prądu zwarciowego i = i() dla napięcia łuku jw. (I i III ) i napięcia łuku o liniowo narasającym czole (II ).

11 88 Zasady energoelekryki Energia, wydzielona w łuku łączeniowym, zależy od przebiegów czasowych prądu i napięcia łuku. Przy sałym napięciu łuku miarą jej jes pole powierzchni pod krzywą prądu. Ilość energii wydzielonej w łuku zależy w dużym sopniu od czasu przedłukowego, kóry maleje ze wzrosem prądu spodziewanego i sp (szybsze nadopienie opika w bezpieczniku, większa siła odrzuu elekrodynamicznego syków w wyłączniku ograniczającym). Przy ym samym prądzie spodziewanym podsawowe znaczenie ma wysokość napięcia łuku (rys. 6.3). Wyłączanie zwarć w obwodach prądu sałego, podobnie jak przy prądzie przemiennym, może przebiegać z ograniczeniem lub bez ograniczenia prądu. Ograniczenie narasania prądu zwarciowego wysępuje w bezpiecznikach opikowych i wyłącznikach ograniczających prądu sałego, zwanych wyłącznikami szybkimi. Przebiegi prądów, przy zwarciu w obwodzie zasilanym napięciem sałym, pokazano na rysunku 6.4. zw u zw u Rys Wyłączanie zwarcia w obwodzie prądu sałego z elekrycznym łukiem łączeniowym, zapalającym się w chwili l : a) zanim prąd osiągnie warość usaloną (zaznaczono różny charaker przebiegu prądu wyłącznika szybkiego i w oraz bezpiecznika opikowego i b ; i ogr - prąd ograniczony), b) gdy prąd osiągnie prakycznie warość usaloną Oczywiście, wyłączanie prądów roboczych przebiega podobnie do wyłączania usalonych prądów zwarciowych (rys. 6.4b), z ą ylko różnicą, że usalony prąd roboczy I u jes dużo mniejszy od usalonego prądu zwarciowego I zw (wyłączanie I u u można realizować za pomocą rozłącznika, zn. łącznika przeznaczonego do częsych łączeń prądów roboczych). Rys Schema zasępczy obwodu prądu sałego z elekrycznym łukiem łączeniowym Schema zasępczy obwodu z łukiem elekrycznym, zasilanego napięciem sałym, przedsawiono na rysunku 6.5. Obwód en opisany jes równaniem gdzie: R - rezysancja zasępcza, - indukcyjność zasępcza, R i + + uτ = E, (6.9) d

12 6. Nadprądowa, podnapięciowa i nadnapięciowa ochrona urządzeń elekrycznych 89 czyli E - napięcie źródłowe zasępcze, i - prąd, u τ - napięcie łuku, zależne nieliniowo od prądu. Przy rosnącym prądzie, na podsawie (6.9), orzymuje się warunek = ( E R i) uτ > 0, d uτ < E R i, (6.0) kóremu odpowiada położenie charakerysyki dynamicznej łuku poniżej prosej E R i = f (i, co pokazano na rysunku 6.6. Prosa a jes charakerysyką zewnęrzną ( ) ) obwodu zasilającego łuk elekryczny. Punk przecięcia jej z osią prądu wyznacza warość E usaloną prądu I u = w obwodzie bez łuku elekrycznego (u τ = 0 ). R czyli Przy malejącym prądzie = ( E R i) uτ < 0, d uτ > E R i, (6.) a więc charakerysyka dynamiczna łuku leży w ym wypadku nad prosą ( E R i) = f (i). Rys Położenie charakerysyk dynamicznych łuku przy rosnącym i malejącym prądzie w obwodzie zasilanym napięciem sałym Spełnienie warunku (6.) zapewnia wyłączenie prądu (zgaszenie łuku). Napięcie gaśnięcia łuku (przy i = 0, < 0 ), zgodnie z (6.9), ma warość d u g = E > E, (6.) d i=0 co oznacza, że w chwili wyłączania prądu wysępuje przepięcie na zaciskach łącznika (bezpiecznika). Przy malejącym prądzie i sałej długości kanału łukowego w wyłączniku, charakerysyka dynamiczna leży poniżej charakerysyki saycznej (rys. 6.3b), naomias wydłużanie kanału łukowego powoduje podnoszenie się charakerysyki saycznej. Można więc uważać, że w wyniku kompensowania się ych efeków, pewne fragmeny charakerysyk dynamicznych

13 90 Zasady energoelekryki i saycznych przebiegają bardzo blisko siebie. Uwidoczniono o na rysunku 6.7, przedsawiającym charakerysyki dynamiczne łuku elekrycznego przy wyłączaniu zwarcia w obwodzie prądu sałego. Wyłączenie prądu (zwarciowego lub roboczego) w obwodzie prądu sałego jes zapewnione, gdy charakerysyka sayczna łuku, przy owarych do końca sykach łącznika, leży nad charakerysyką zewnęrzną obwodu zasilającego łuk elekryczny. Rys Charakerysyki dynamiczne łuku elekrycznego prądu sałego przy wyłączaniu zwarcia: l - z ograniczaniem prądu, - bez ograniczenia prądu (linie przerywane - charakerysyki sayczne przy sałych długościach łuku) Ze względu na konieczność ograniczenia przepięcia na łączniku, charakerysyki łuku wyłączeniowego prądu sałego powinny być możliwie płaskie. Znaczy o, że odbiór ciepła z łuku przy małych prądach musi być mniej inensywny niż przy dużych. Wymagania e spełnia odpowiednio skonsruowany układ gaszeniowy z rożkami i komorami łukowymi. W przypadku wyłączania dużego prądu zwarciowego przez bezpiecznik opikowy, nasępuje gwałowny rozpad opika na wiele części i w pierwszej chwili przepięcie jes znacznie wyższe, niż w chwili zgaśnięcia łuku (większa sromość począkowa prądu łuku na rys. 6.4a). Wykorzysując równanie (6.9), można wyznaczyć energię wydzieloną w łuku prądu sałego w czasie od chwili zapłonu łuku do chwili jego zgaśnięcia W = uτ i d = = E i d ( E i R i ) R i d + d i 0 i i d =, (6.3) Oprócz energii dosarczonej ze źródła, pomniejszonej o energię wydzieloną na rezysancji R, wydziela się więc w łuku cała energia pola magneycznego związana z prądem i płynącym w obwodzie w chwili zapłonu łuku. Indukcyjność obwodu wpływa zwykle na zwiększenie czasu łukowego -. Zwolnienie procesu gaszenia łuku powoduje, że charakerysyka dynamiczna saje się bardziej sroma (bliższa saycznej), wzrasa więc przepięcie w chwili zgaśnięcia łuku. Ważną rzeczą jes eż akie rozwiązanie odbioru ciepła z łuku w łączniku lub bezpieczniku, aby w czasie wyłączania prądów o sosunkowo niewielkich warościach czas palenia się łuku nie był zby długi, gdyż oznaczałoby o cieplne zniszczenie aparau.