Автоматы, защита от КЗ/пробоя

[sov8181]

Стоит также помнить о том, что AC дуга намного менее разрушительна, чем DC, потому что АС дуга 50Гц гаснет и снова зажигается 100 раз в секунду, а DC горит постоянно. И если автомат может коммутировать 4500А АС, то не факт что он выдержит хотя бы 500А DC.

Прикольно про переменную дугу написано
Переменная дуга рвётся легче не тем что она гаснет и вновь зажигается, а тем, что если она погасла то больше не зажигается!!! Ну может и есть вероятность повторного зажигания дуги после перехода через 0, но это в случае если контактная группа очень тормозная и время "отщёлкивания" автомата больше 20 мс.

[DIVAS]

Прикольно про переменную дугу написано

Если кратко, то так и есть - переменная дуга разрывается и снова загорается.

А если хочется обсудить эту тему детальнее, то поясню подробнее.
Чтобы не повторять уже многократно написанное, я просто дам ссылку:
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%B4%D1%83%D0%B3%D0%B0
Теперь, после того как понятие дуги прояснилось, продолжим.

Особое внимание нужно обратить на это:

После поджига устойчивое горение дуги обеспечивается термоэлектронной эмиссией с катода, разогреваемого током и ионной бомбардировкой.

Т.е. дуга своим горением обеспечивает разогревание катода, разогрев поверхности катода способствует увеличению термоэлектронной эмиссии, а увеличение термоэлектронной эмиссии способствует увеличению проводимости плазмы и ещё большему разгоранию дуги. Это лавинный процесс, ограниченный лишь протекающим током, т.е. дуга горит "в полную мощность". Есть два способа прервать этот процесс - выключить ток или увеличить длину дуги, например развести контакты ещё дальше или выдернуть дугу из зазора магнитным полем.

Когда мгновенное значение переменного тока становится равно нулю, дуга на мгновение остаётся без питания и гаснет, но плазма из межконтактного зазора никуда не девается и когда напряжение снова возрастает, но уже в обратной полярности, дуга через какое-то время зажигается снова в этой ионизированной среде, при этом катод и анод меняются местами и ни один из контактов не успевает сильно прогреться, термоэлектронная эмиссия холодного катода намного слабее, поэтому ионизированная среда между контактами имеет гораздо меньшую плотность (проводимость), чем при постоянном токе. Поэтому дугу переменного тока намного легче разорвать и она менее разрушительна.

Переменная дуга рвётся легче не тем что она гаснет и вновь зажигается, а тем, что если она погасла то больше не зажигается!!! Ну может и есть вероятность повторного зажигания дуги после перехода через 0, но это в случае если контактная группа очень тормозная и время "отщёлкивания" автомата больше 20 мс.

Уже погашенная дуга постоянного тока тоже больше не зажигается, если для этого нет условий.
Время отщёлкивания тут не причём. Если превысить коммутационную способность автомата (для одного и того же автомата она разная при работе на переменном и постоянном токе), то в нём и в полностью отщёлкнутом дуга будет гореть ещё долго. Да, там большой зазор. Но дуге это не мешает, ибо плазма - хороший проводник.
Вспомните сварочную дугу. Напряжение дуги (не путать с ХХ) всего каких-то 10-15В, ток всего каких-то 200А, а дуга стабильно держится в зазоре 4-5мм.

[sov8181]

Прикольно про переменную дугу написано

Если кратко, то так и есть - переменная дуга разрывается и снова загорается.

А если хочется обсудить эту тему детальнее, то поясню подробнее.
Чтобы не повторять уже многократно написанное, я просто дам ссылку:
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%B4%D1%83%D0%B3%D0%B0
Теперь, после того как понятие дуги прояснилось, продолжим.

Особое внимание нужно обратить на это:

После поджига устойчивое горение дуги обеспечивается термоэлектронной эмиссией с катода, разогреваемого током и ионной бомбардировкой.

Т.е. дуга своим горением обеспечивает разогревание катода, разогрев поверхности катода способствует увеличению термоэлектронной эмиссии, а увеличение термоэлектронной эмиссии способствует увеличению проводимости плазмы и ещё большему разгоранию дуги. Это лавинный процесс, ограниченный лишь протекающим током, т.е. дуга горит "в полную мощность". Есть два способа прервать этот процесс - выключить ток или увеличить длину дуги, например развести контакты ещё дальше или выдернуть дугу из зазора магнитным полем.

Когда мгновенное значение переменного тока становится равно нулю, дуга на мгновение остаётся без питания и гаснет, но плазма из межконтактного зазора никуда не девается и когда напряжение снова возрастает, но уже в обратной полярности, дуга через какое-то время зажигается снова в этой ионизированной среде, при этом катод и анод меняются местами и ни один из контактов не успевает сильно прогреться, термоэлектронная эмиссия холодного катода намного слабее, поэтому ионизированная среда между контактами имеет гораздо меньшую плотность (проводимость), чем при постоянном токе. Поэтому дугу переменного тока намного легче разорвать и она менее разрушительна.

Переменная дуга рвётся легче не тем что она гаснет и вновь зажигается, а тем, что если она погасла то больше не зажигается!!! Ну может и есть вероятность повторного зажигания дуги после перехода через 0, но это в случае если контактная группа очень тормозная и время "отщёлкивания" автомата больше 20 мс.

Уже погашенная дуга постоянного тока тоже больше не зажигается, если для этого нет условий.
Время отщёлкивания тут не причём. Если превысить коммутационную способность автомата (для одного и того же автомата она разная при работе на переменном и постоянном токе), то в нём и в полностью отщёлкнутом дуга будет гореть ещё долго. Да, там большой зазор. Но дуге это не мешает, ибо плазма - хороший проводник.
Вспомните сварочную дугу. Напряжение дуги (не путать с ХХ) всего каких-то 10-15В, ток всего каких-то 200А, а дуга стабильно держится в зазоре 4-5мм.

Приведённая вами ссылка описывает возникновение дуги после пробоя при увеличении напряжения между электродами, а не при размыкании контактной группы при неизменной величине напряжения. Вы как то сами себе противоречите. Ведь в автомате при отключенном положении расстояние такое, при котором после погасания дуги повторно пробиться промежуток между контактами не может иначе бы дуга так и поджигалась постоянно и не погасла бы. Посчитайте период частоты 50 Гц он будет равен 20 мс, так как автомату без разницы, как и дуге, какая там полуволна, то и период перехода через 0 будет 10 мс, отсюда делаем вывод, что если контактная группа расходится на максимальное расстояние за, скажем, 30 мс, то дуга может повторно зажечься максимум два раза пока расстояние между контактами не увеличилось до максимального, соответствующего отключенному состоянию автомата). Приведённый пример "сварочника" уместен, но только вы неправильно его описали: если электрод, после устойчивого дугообразования отвести чуть подальше, то и произойдёт гашение дуги при переходе через 0 без повторного зажигания (вот этот процесс как раз и происходит в автомате, а не тот когда дуга постоянно поджигается в процессе сварки). Если вы хоть раз варили на переменке, то должны это знать. Я не спорю с тем, что дуга зажигается повторно, просто меня повеселила фраза, что дуга зажигается 100 раз в секунду, потому что я ещё ни разу не видел, чтобы автомат отключался так долго. Для примера масляный выключатель на 110 кВ имеет время отключения не более 60 мс, это с учётом массы подвижной системы более 300 кг. Ну и конечно я не рассматриваю вариант с превышением коммутационной способности автомата, ибо надо быть полным дауном, чтобы не проверить этот параметр на соответствие.

[DIVAS]

Спойлер

Прикольно про переменную дугу написано

Если кратко, то так и есть - переменная дуга разрывается и снова загорается.

А если хочется обсудить эту тему детальнее, то поясню подробнее.
Чтобы не повторять уже многократно написанное, я просто дам ссылку:
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%B4%D1%83%D0%B3%D0%B0
Теперь, после того как понятие дуги прояснилось, продолжим.

Особое внимание нужно обратить на это:

После поджига устойчивое горение дуги обеспечивается термоэлектронной эмиссией с катода, разогреваемого током и ионной бомбардировкой.

Т.е. дуга своим горением обеспечивает разогревание катода, разогрев поверхности катода способствует увеличению термоэлектронной эмиссии, а увеличение термоэлектронной эмиссии способствует увеличению проводимости плазмы и ещё большему разгоранию дуги. Это лавинный процесс, ограниченный лишь протекающим током, т.е. дуга горит "в полную мощность". Есть два способа прервать этот процесс - выключить ток или увеличить длину дуги, например развести контакты ещё дальше или выдернуть дугу из зазора магнитным полем.

Когда мгновенное значение переменного тока становится равно нулю, дуга на мгновение остаётся без питания и гаснет, но плазма из межконтактного зазора никуда не девается и когда напряжение снова возрастает, но уже в обратной полярности, дуга через какое-то время зажигается снова в этой ионизированной среде, при этом катод и анод меняются местами и ни один из контактов не успевает сильно прогреться, термоэлектронная эмиссия холодного катода намного слабее, поэтому ионизированная среда между контактами имеет гораздо меньшую плотность (проводимость), чем при постоянном токе. Поэтому дугу переменного тока намного легче разорвать и она менее разрушительна.

Переменная дуга рвётся легче не тем что она гаснет и вновь зажигается, а тем, что если она погасла то больше не зажигается!!! Ну может и есть вероятность повторного зажигания дуги после перехода через 0, но это в случае если контактная группа очень тормозная и время "отщёлкивания" автомата больше 20 мс.

Уже погашенная дуга постоянного тока тоже больше не зажигается, если для этого нет условий.
Время отщёлкивания тут не причём. Если превысить коммутационную способность автомата (для одного и того же автомата она разная при работе на переменном и постоянном токе), то в нём и в полностью отщёлкнутом дуга будет гореть ещё долго. Да, там большой зазор. Но дуге это не мешает, ибо плазма - хороший проводник.
Вспомните сварочную дугу. Напряжение дуги (не путать с ХХ) всего каких-то 10-15В, ток всего каких-то 200А, а дуга стабильно держится в зазоре 4-5мм.

Приведённая вами ссылка описывает возникновение дуги после пробоя при увеличении напряжения между электродами, а не при размыкании контактной группы при неизменной величине напряжения. Вы как то сами себе противоречите. Ведь в автомате при отключенном положении расстояние такое, при котором после погасания дуги повторно пробиться промежуток между контактами не может иначе бы дуга так и поджигалась постоянно и не погасла бы. Посчитайте период частоты 50 Гц он будет равен 20 мс, так как автомату без разницы, как и дуге, какая там полуволна, то и период перехода через 0 будет 10 мс, отсюда делаем вывод, что если контактная группа расходится на максимальное расстояние за, скажем, 30 мс, то дуга может повторно зажечься максимум два раза пока расстояние между контактами не увеличилось до максимального, соответствующего отключенному состоянию автомата). Приведённый пример "сварочника" уместен, но только вы неправильно его описали: если электрод, после устойчивого дугообразования отвести чуть подальше, то и произойдёт гашение дуги при переходе через 0 без повторного зажигания (вот этот процесс как раз и происходит в автомате, а не тот когда дуга постоянно поджигается в процессе сварки). Если вы хоть раз варили на переменке, то должны это знать. Я не спорю с тем, что дуга зажигается повторно, просто меня повеселила фраза, что дуга зажигается 100 раз в секунду, потому что я ещё ни разу не видел, чтобы автомат отключался так долго. Для примера масляный выключатель на 110 кВ имеет время отключения не более 60 мс, это с учётом массы подвижной системы более 300 кг.

А причём тут вообще время отключения автомата? Я описываю ситуацию, когда автомат уже давно полностью отключился, но всё ещё не смог погасить дугу - именно это и происходит, когда ток превышает коммутирующую способность автомата.

Я пишу о дуге и коммутирующей способности, а не о времени отключения.
Если, к примеру, автомат рассчитан на АС 4500А, то это значит, что дуга переменного тока до 4500А уверенно гаснет в его дугогасительной камере и не наносит заметных повреждений автомату.
Если такой автомат воткнуть в цепь с ТКЗ намного более 4500А, то при КЗ автомат отключится, контакты полностью разойдутся, но дуга ещё какое-то время (гораздо большее, чем 20 мс) не разорвётся и останется гореть между полностью разведёнными контактами. Даже переменная дуга в этом случае не погаснет при переходе через ноль, потому что проводимость плазмы остаётся достаточной, чтобы дуга снова зажглась.

К примеру, в старой квартире с алюминиевой проводкой, ТКЗ электросети может не достигать и 1000А.
А в стояковом щите какой-нибудь многоэтажной новостройки, где от 150мм2 стояка ответвляются через автоматы отводы на квартиры, ТКЗ электросети в этом щите запросто может достигать 10000А и в разы более. Если туда воткнуть хилый 4500А автомат и устроить КЗ с помощью нормального медного лома, то это будет последнее срабатывание этого автомата. Может быть даже с красивым фейерверком.

К чему я пишу про многоэтажные новостройки и адские токи по 10000А?
А к тому, что на постоянном токе разрушающая способность дуги во много раз больше. И если автомат рассчитан на гашение дуги АС 4500А, то это совершенно не значит, что он справится с дугой даже DC 500А.

[TRO]

Я уже подумываю а не собрать ли стенд из свежесобранной 7P14S А123 26650, автомата на 30А и "медного лома"..... для устраивания новогоднего феерверка. Надо только окошко в автомате вырезать, и заснять на видео через сварочное стекло. Можно даже ставки принимать на тему погаснет дуга или нет  .
Кстати меня все время удивляло, как кремневые транзисторы в БМС умудряются при КЗ сработать на разрыв и при этом внутри кристалла все не выпалить нафик.

[sov8181]

А к тому, что на постоянном токе разрушающая способность дуги во много раз больше. И если автомат рассчитан на гашение дуги АС 4500А, то это совершенно не значит, что он справится с дугой даже DC 500А.

Может я не уловил суть Вашей мысли с самого начала, просто непонятно тогда зачем вообще обсуждать случаи использования автоматов при изначальном использовании их не по назначению. Если ток КЗ больше коммутационной способности автомата, то нужно просто использовать более мощный автомат. Тем более, что рассчитать ток КЗ не так уж и сложно.

[sov8181]

Кстати меня все время удивляло, как кремневые транзисторы в БМС умудряются при КЗ сработать на разрыв и при этом внутри кристалла все не выпалить нафик.

Время выключения полевого транзистора имеет порядок нано секунды, а не мили секунды и дуга в кристале не горит, поэтому при привышении уставки по току цепь быстро размыкается и ток просто не успевает достичь больших значений.  

[sov8181]

К чему я пишу про многоэтажные новостройки и адские токи по 10000А?
А к тому, что на постоянном токе разрушающая способность дуги во много раз больше. И если автомат рассчитан на гашение дуги АС 4500А, то это совершенно не значит, что он справится с дугой даже DC 500А.

Когда пишите про домовую разводку имейте в виду, что характер нагрузки имеет индуктивный характер, а так же учтите достаточно длинную протяжённость кабелей от ТП до дома и квартирного автомата, в этом случае при КЗ ток будет нарастать не мгновенно и на момент разрывания дуги автоматом может и не достичь своего максимального значения. Так что не всё так плохо как кажется на первый взгляд.

[DIVAS]

А к тому, что на постоянном токе разрушающая способность дуги во много раз больше. И если автомат рассчитан на гашение дуги АС 4500А, то это совершенно не значит, что он справится с дугой даже DC 500А.

Может я не уловил суть Вашей мысли с самого начала, просто непонятно тогда зачем вообще обсуждать случаи использования автоматов при изначальном использовании их не по назначению. Если ток КЗ больше коммутационной способности автомата, то нужно просто использовать более мощный автомат. Тем более, что рассчитать ток КЗ не так уж и сложно.

А потому и обсуждаем, что очень распространена практика использования АС автоматов в DC цепях. А коммутационная способность АС автоматов по DC току во много раз меньше, чем по АС.

Я уже подумываю а не собрать ли стенд из свежесобранной 7P14S А123 26650, автомата на 30А и "медного лома"..... для устраивания новогоднего феерверка. Надо только окошко в автомате вырезать, и заснять на видео через сварочное стекло. Можно даже ставки принимать на тему погаснет дуга или нет  .
Кстати меня все время удивляло, как кремневые транзисторы в БМС умудряются при КЗ сработать на разрыв и при этом внутри кристалла все не выпалить нафик.

Если есть возможность (аккумуляторы на замучивание и скоростная камера), сделайте - будет интересно. Только лучше не 14S, а хотя бы 20s.
Очень желательно также вывести пару тонких проводков из автомата прямо от контактных площадок для измерения (осциллографом) напряжения дуги и также осциллографом как-то ухитриться померить ток (или хотя бы получить график).
Главное запастись автоматами или успеть всё записать с первого раза, т.к. если сопротивление "медных ломов" (которые должны использоваться вместо всех проводов) позволит достичь ТКЗ 500-1000А и напряжения хватит для поддержания такого тока в дуге, то автоматы будут одноразовыми.

Далее можно вынуть дугогасительную камеру и повторить уже без неё - будет веселее.

А потом повторить все тоже самое с обратной полярностью - результат будет отличаться.

Ещё можно поиграться с мощными магнитами - посмотреть, как с их помощью можно управлять дугой. Я пока не изучал магнитное дугогашение, поэтому никаких более конкретных идей не предложу. Но точно знаю, что магнитное дугогашение используется в некоторых мощных реле для коммутации постоянного тока.

[DIVAS]

Когда пишите про домовую разводку имейте в виду, что характер нагрузки имеет индуктивный характер, а так же учтите достаточно длинную протяжённость кабелей от ТП до дома и квартирного автомата, в этом случае при КЗ ток будет нарастать не мгновенно и на момент разрывания дуги автоматом может и не достичь своего максимального значения. Так что не всё так плохо как кажется на первый взгляд.

Характер нагрузки при КЗ никак не зависит от включенных в сеть потребителей, т.к. они замкнуты.
Хотя, если нагрузкой считать обмотки трансформатора в трансформаторной будке и сами провода, то так и есть.

[Андрей СШ]

Ну я не говорил, что напряжения одной банки хватит для поддержания дуги, я сказал только, что ток они такой дадут.

Тем более, что рассчитать ток КЗ не так уж и сложно.

Осталось убедить всех, что ток КЗ надо рассчитывать.

Я уже подумываю а не собрать ли стенд из свежесобранной 7P14S А123 26650, автомата на 30А и "медного лома"

А защита на случай если автомат не сработает?

[sov8181]

Если есть возможность (аккумуляторы на замучивание и скоростная камера), сделайте - будет интересно. Только лучше не 14S, а хотя бы 20s.
Очень желательно также вывести пару тонких проводков из автомата прямо от контактных площадок для измерения (осциллографом) напряжения дуги и также осциллографом как-то ухитриться померить ток (или хотя бы получить график).
Главное запастись автоматами или успеть всё записать с первого раза, т.к. если сопротивление "медных ломов" (которые должны использоваться вместо всех проводов) позволит достичь ТКЗ 500-1000А и напряжения хватит для поддержания такого тока в дуге, то автоматы будут одноразовыми.

Далее можно вынуть дугогасительную камеру и повторить уже без неё - будет веселее.

А потом повторить все тоже самое с обратной полярностью - результат будет отличаться.

Ещё можно поиграться с мощными магнитами - посмотреть, как с их помощью можно управлять дугой. Я пока не изучал магнитное дугогашение, поэтому никаких более конкретных идей не предложу. Но точно знаю, что магнитное дугогашение используется в некоторых мощных реле для коммутации постоянного тока.

Заниматься исследовательской работой можно и бесспорно это очень интересно, приобретённый опыт будет бесценен, но это если много свободного времени. Когда я учился в институте то на подобное у меня было время, сейчас мне интересен электротранспорт, как средство передвижения, а эксперименты ведутся только лишь в направлении увеличения дальности хода и мощности двигателя. Для защиты электроники и АКБ от КЗ есть специализированные автоматы на постоянку, которые можно приобрести поставить и не загонятся. Конечно их стоимость не одна пара тысяч рублей, но это копейки по сравнению со стоимостью "электроагрегата".

[sov8181]

Но точно знаю, что магнитное дугогашение используется в некоторых мощных реле для коммутации постоянного тока.

Ни разу не встречал таких реле. Есть мощные контакторы с магнитным дутьём, представляют из себе мощную контактную группу с дугогасящей камерой и системой электромагнита (в виде сердечника и пары витков медной шины) расположенного в непосредственной близости от контактной группы. Витки включены последовательно с коммутируемой нагрузкой. Особенностью таких контакторов является то, что такой контактор нельзя отключать при токе меньше определённой величины иначе электромагниту не хватит тока, чтобы втянуть дугу в дугогасительную камеру и как следствие дуга горит между контактами и они расплавляются.

[DIVAS]

Ни разу не встречал таких реле. Есть мощные контакторы с магнитным дутьём, представляют из себе мощную контактную группу с дугогасящей камерой и системой электромагнита (в виде сердечника и пары витков медной шины) расположенного в непосредственной близости от контактной группы. Витки включены последовательно с коммутируемой нагрузкой. Особенностью таких контакторов является то, что такой контактор нельзя отключать при токе меньше определённой величины иначе электромагниту не хватит тока, чтобы втянуть дугу в дугогасительную камеру и как следствие дуга горит между контактами и они расплавляются.

Такие реле я видел у производителя Asia Dragon Relays (Asiaon) на выставке в Китае. Ничего не могу сказать о работе этой системы, но тем не менее, магниты рядом с контактной группой там присутствовали. Реле эти были на ток 40-80А.
Про контакторы с магнитным дутьём читал, но живьём с ними не сталкивался. Кстати, у контакторов режим работы гораздо легче чем у автоматов, т.к. им обычно не приходится коммутировать ТКЗ.

[sov8181]

Очень желательно также вывести пару тонких проводков из автомата прямо от контактных площадок для измерения (осциллографом) напряжения дуги и также осциллографом как-то ухитриться померить ток (или хотя бы получить график).

Заосцилографировать ток проще простого, нужно просто подключить осцилограф к началу и концу одного из проводов идущих к автомату. Единственная особенность: сигнальный провод должен быть в экране.

[DIVAS]

Очень желательно также вывести пару тонких проводков из автомата прямо от контактных площадок для измерения (осциллографом) напряжения дуги и также осциллографом как-то ухитриться померить ток (или хотя бы получить график).

Заосцилографировать ток проще простого, нужно просто подключить осцилограф к началу и концу одного из проводов идущих к автомату. Единственная особенность: сигнальный провод должен быть в экране.

Сложно заосциллографировать ток с привязкой к реальному значению... Точное сопротивление провода медного лома не известно...

[sov8181]

Про контакторы с магнитным дутьём читал, но живьём с ними не сталкивался. Кстати, у контакторов режим работы гораздо легче чем у автоматов, т.к. им обычно не приходится коммутировать ТКЗ.

Как правило так и есть. Есть отдельная группа автоматов (АГП), которая используется в цепи коммутации тока возбуждения ротора генератора промышленной частоты вот эти автоматы рассчитаны на отключения тока КЗ в случае его возникновения в цепях возбуждения, правда размеры этих автоматов с маленькую бытовую стиральную машинку и врят ли нам интересны.
Добавлено 03 Дек 2014 в 14:13:00

Сложно заосциллографировать ток с привязкой к реальному значению... Точное сопротивление провода медного лома не известно...

А кто Вам мешает измерить его вольтамперным методом?

[licwn]

Я когда пробовал заряжать через инфинеон через фазные  ...

В чем был смысл в таком способе зарядки ?

Любым (относительно) зарядником заряжать сдвоенную батарею общим напряжением 100в. Вобщем то причины теже, по которым люди заряжают через катушку и адапто адаптер батареи.