Дуговое замыкание

Обычно самый тяжелый режим КЗ– возникновение внутренней дуги внутри оборудования с элегазовой изоляцией. Она вызывается КЗ между частями оборудования, находящимися под напряжением, и заземленной оболочкой. Ток КЗ может достигать нескольких десятков кА при длительностях в несколько 100 мсек. Возникновение дуги в оболочке вызывает повышение давления, которое, в конечном счете, ведет к разрыву разрывной мембраны, предусмотренной именно для этой цели, и, в экстремальных случаях, даже к прожигу оболочки.

Прирост давления Dp меняет масштаб в зависимости от энергии дуги ò ui dt введенной в оболочку и деленной на объем оболочки V.

Dp=(g-1) ò uidt/V

Здесь g - адиабатический показатель газа, который составляет 1.4 для азота, 1.07 для SF6 и, соответственно, принимает промежуточные значения в смесях. Напряжение u создаваемое внутренней дугой зависит, среди других параметров, от геометрии оболочки, газа, тока и используемых материалов. Опытным путем найдено, что оно находится в интервале от 0.8 до 1.4 кВ, в зависимости от конструкции оболочки, которая определяет длину дуги. На рис. 4.2 представлен рост давления в соответствии с уравнением 5. Эта зависимость используется при измерении механической прочности оболочки при заданном токе внутренней дуги и времени ее горения.

На самом деле измеренный рост давления меньше, чем прогнозируемого по 5 и рис. 4.2. Основными причинами является тот факт, что часть энергии дуги забирается оболочкой, а при температуре свыше 1600 K удельная теплоемкость элегаза начинает зависеть от температуры. Первый эффект возрастает с увеличением площади поверхности и ростом температур нагреваемого газа. Подробная методика расчета описывается в Л. 25. На рис. 4.3 для справки приведен результат расчета и измеренные значения, а также предельная кривая по уравнению 5. Из рис. видно, что при малой подводимой энергии(мощности) отклонение относительно мало. При больших значениях подводимой энергии (мощности) влияние возрастает и зависимость роста давления от энергии (мощности) больше не является линейной.

Рис. 4.2: Зависимость роста давления от энергии (мощности) дуги на единицу объема (давление заполнения 700 кПа, рассеянием энергии (мощности) можно пренебречь)

0 5 10 15 20 25 W/Vol. in MJ/m³

Рис. 43: Зависимость роста давления от энергии (мощности) дуги на единицу объема, начиная от давления заполнения 700 кПа. Газовая смесь 80% N₂ / 20% SF6. Ток 50 кА, а объем V = 650 л. Пунктирная кривая: без рассеяния энергии (мощности); сплошная кривая: с рассеянием энергии (мощности), крестиками: измеренные величины.