Исследование гашения электрической дуги в вакуумных

УДК 537.6(06) Мощная импульсная электрофизика
Д.Ф. АЛФЕРОВ, В.П. ИВАНОВ, Д.В. ЕВСИН, В.А. СИДОРОВ
Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина, Москва
ИССЛЕДОВАНИЕ ГАШЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ
В ВАКУУМНЫХ ПРОМЕЖУТКАХ
С ПОМОЩЬЮ ВНЕШНЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Приводятся результаты исследования гашения вакуумной дуги постоянного тока в поперечном аксиальносимметричном магнитном поле.
Предложена оригинальная конструкция вакуумной дугогасительной камеры (ВДК), в межконтактном
промежутке которой с помощью постоянных магнитов формируется преимущественно радиальное
аксиально-симметричное магнитное поле [1-3].
Приводятся результаты статистического исследования зависимости длительности горения дуги
постоянного тока и предельных токов отключения в ВДК с аксиально-симметричным магнитным полем от
параметров внешней цепи, индукции магнитного поля и величины межконтактного зазора. Исследования
проводились в диапазоне токов 30 – 350 А при напряжении 4 кВ.
Полученные результаты позволили обобщить основные характеристики вакуумной дуги отключения в
поперечном аксиально-симметричном магнитном поле.
1. Успешное гашение вакуумной дуги постоянного тока в поперечном магнитном поле обеспечивается
при выполнении двух условий: должно произойти нарушение устойчивости горения дуги и вакуумный
промежуток должен выдерживать восстанавливающееся на нем напряжение после отключения тока.
2. Эмпирические функции распределения времени существования устойчивой стадии горения вакуумной
дуги удовлетворительно описываются двухпараметрическим вейбулловским законом с параметром формы b
=5-8, т.е. отличаются от экспоненциального (b = 1), которое описывает распределение времени горения дуги
постоянного тока в вакуумном промежутке без внешнего магнитного поля. Средняя длительность
устойчивой стадии уменьшается с увеличением индукции магнитного поля и увеличивается с ростом тока.
3. Существует критический ток Iin., при котором происходит нарушение устойчивости горения дуги.
Согласно модельным представлениям, критический ток квадратично возрастает с увеличением индукции
магнитного поля и линейно уменьшается с уменьшением длины межконтактного зазора. Эти зависимости
качественно согласуются с результатами экспериментов. Эмпирические функции распределения
длительности устойчивой стадии удовлетворительно аппроксимируются двухпараметрическим
вейбулловским законом с параметром формы b ≈ 7.
4. Отключающая способность ВДК практически линейно возрастает с увеличением радиальной
составляющей индукции магнитного поля и существенно зависит от величины шунтирующей камеру
емкости С1. С увеличением С1 ≥ 0,5 мкФ отключаемый ток Ibr возрастает приближаясь к критическому току
Iin. Эмпирические функции вероятности отключения тока в поперечном магнитном поле также
удовлетворительно аппроксимируется двухпараметрическим вейбулловским законом распределения с
параметром формы b ≈ 10-16. Данные распределения позволили оценить вероятность отключения тока при
фиксированном зазоре и индукции магнитного поля. Так, для вероятности отказов 0,001 предельный
отключаемый ток составляет 80 А при шунтирующей емкости С 1 ≤ 0,025 мкФ и увеличивается до 110 А при
С1 = 0,5 мкФ.
Выполненные исследования продемонстрировали возможность с помощью довольно простой по
конструкции камеры отключать постоянный ток до сотен ампер. На основе данной конструкции ВДК с
поперечным магнитным полем разработаны вакуумные контакторы постоянного тока типа КБВ-3-25 на
номинальное напряжение 3 кВ, номинальный ток 25 А и предельный ток отключения 50 А (С 1 < 1 нФ) для
коммутации вспомогательных цепей на подвижном составе железнодорожного транспорта.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты №08-0600096 и №08-06-01483).
Список литературы
1. Alferov D.F., Ivanov V.P., Sidorov V.A. Characteristics of DC Vacuum Arc in the Transverse Axially Symmetric Magnetic Field. // IEEE
Trans. Plasma Sci. 2003. V. 31. № 5. P. 918.
2. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Сидоров В.А. «Вакуумная дуга постоянного тока в аксиально-симметричном неоднородном
магнитном поле» //ТВТ, 2006, Т. 44, № 3, с. 349-361.
3. Alferov D.F., Yevsin D.V., Londer Y.I. “Studies of the stable stage of the electric arc burning at the contact separation in a vacuum gap
with a transverse magnetic field” // IEEE Trans. Plasma Sci.,Vol. 35, Issue 4, Part 2, Aug. 2007.
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 5
1