Оценка электроэрозионного износа массивных однородных металлических электродов высоковольтных сильноточных искровых воздушных коммутаторов атмосферного давления

Приведены результаты приближенной расчетной количественной оценки массы выброшенного материала за один искровой разряд и удельного электрического износа для массивных стальных электродов-анодов высоковольтных искровых воздушных коммутаторов атмосферного давления, испытывающих воздействие больших имп...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автор:	Баранов, М.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2009
Назва видання:	Електротехніка і електромеханіка
Теми:	Техніка сильних електричних та магнітних полів
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143240
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:	Оценка электроэрозионного износа массивных однородных металлических электродов высоковольтных сильноточных искровых воздушных коммутаторов атмосферного давления / М.И. Баранов // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 5. — С. 44-48. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-143240
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1432402018-10-28T01:23:03Z Оценка электроэрозионного износа массивных однородных металлических электродов высоковольтных сильноточных искровых воздушных коммутаторов атмосферного давления Баранов, М.И. Техніка сильних електричних та магнітних полів Приведены результаты приближенной расчетной количественной оценки массы выброшенного материала за один искровой разряд и удельного электрического износа для массивных стальных электродов-анодов высоковольтных искровых воздушных коммутаторов атмосферного давления, испытывающих воздействие больших импульсных затухающих синусоидальных токов микросекундного временного диапазона. Приведено результати наближеної розрахункової кількісної оцінки маси викинутого матеріалу за один іскровий розряд і питомого електричного зносу для масивних сталевих електродів-анодів високовольтних іскрових повітряних комутаторів атмосферного тиску, що випробують дію великих імпульсних загасаючих синусоїдальних струмів мікросекундного тимчасового діапазону. Results of approximate calculated quantitative estimation of material mass ejected for one spark and specific electric wear are obtained for massive steel electrodes-anodes of high-voltage spark air switchboards of atmospheric pressure under action of heavypulse decaying sine-wave currents of microsecond time span. 2009 Article Оценка электроэрозионного износа массивных однородных металлических электродов высоковольтных сильноточных искровых воздушных коммутаторов атмосферного давления / М.И. Баранов // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 5. — С. 44-48. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143240 621.3:537.3 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів
spellingShingle	Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів Баранов, М.И. Оценка электроэрозионного износа массивных однородных металлических электродов высоковольтных сильноточных искровых воздушных коммутаторов атмосферного давления Електротехніка і електромеханіка
description	Приведены результаты приближенной расчетной количественной оценки массы выброшенного материала за один искровой разряд и удельного электрического износа для массивных стальных электродов-анодов высоковольтных искровых воздушных коммутаторов атмосферного давления, испытывающих воздействие больших импульсных затухающих синусоидальных токов микросекундного временного диапазона.
format	Article
author	Баранов, М.И.
author_facet	Баранов, М.И.
author_sort	Баранов, М.И.
title	Оценка электроэрозионного износа массивных однородных металлических электродов высоковольтных сильноточных искровых воздушных коммутаторов атмосферного давления
title_short	Оценка электроэрозионного износа массивных однородных металлических электродов высоковольтных сильноточных искровых воздушных коммутаторов атмосферного давления
title_full	Оценка электроэрозионного износа массивных однородных металлических электродов высоковольтных сильноточных искровых воздушных коммутаторов атмосферного давления
title_fullStr	Оценка электроэрозионного износа массивных однородных металлических электродов высоковольтных сильноточных искровых воздушных коммутаторов атмосферного давления
title_full_unstemmed	Оценка электроэрозионного износа массивных однородных металлических электродов высоковольтных сильноточных искровых воздушных коммутаторов атмосферного давления
title_sort	оценка электроэрозионного износа массивных однородных металлических электродов высоковольтных сильноточных искровых воздушных коммутаторов атмосферного давления
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Техніка сильних електричних та магнітних полів
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143240
citation_txt	Оценка электроэрозионного износа массивных однородных металлических электродов высоковольтных сильноточных искровых воздушных коммутаторов атмосферного давления / М.И. Баранов // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 5. — С. 44-48. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT baranovmi ocenkaélektroérozionnogoiznosamassivnyhodnorodnyhmetalličeskihélektrodovvysokovolʹtnyhsilʹnotočnyhiskrovyhvozdušnyhkommutatorovatmosfernogodavleniâ
first_indexed	2025-07-10T16:44:37Z
last_indexed	2025-07-10T16:44:37Z
_version_	1837279095473307648
fulltext	Техніка сильних електричних та магнітних полів 44 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №5 УДК 621.3:537.3 М.И. Баранов ОЦЕНКА ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ИЗНОСА МАССИВНЫХ ОДНОРОДНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОДОВ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ СИЛЬНОТОЧНЫХ ИСКРОВЫХ ВОЗДУШНЫХ КОММУТАТОРОВ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ Приведено результати наближеної розрахункової кількісної оцінки маси викинутого матеріалу за один іскровий роз- ряд і питомого електричного зносу для масивних сталевих електродів-анодів високовольтних іскрових повітряних комутаторів атмосферного тиску, що випробують дію великих імпульсних загасаючих синусоїдальних струмів мікро- секундного тимчасового діапазону. Приведены результаты приближенной расчетной количественной оценки массы выброшенного материала за один искровой разряд и удельного электрического износа для массивных стальных электродов-анодов высоковольтных ис- кровых воздушных коммутаторов атмосферного давления, испытывающих воздействие больших импульсных зату- хающих синусоидальных токов микросекундного временного диапазона. ВВЕДЕНИЕ Управляемые (неуправляемые) высоковольтные сильноточные искровые коммутаторы (ВСИК) с газо- вой (воздушной) изоляцией повышенного или атмо- сферного давления в рабочем промежутке между их основными массивными металлическими электрода- ми нашли широкое практическое применение в соста- ве высоковольтных электрофизических установок (ВЭФУ), используемых в технике высоких напряже- ний, больших импульсных токов (БИТ), сильных электрических и магнитных полей для решения мно- гих научных и технологических задач [1-7]. Импульс- ные искровые разряды, происходящие между основ- ными металлическими электродами данных сильно- точных газовых разрядников, многократно коммути- рующих в разрядных цепях ВЭФУ микро- и миллисе- кундные импульсы тока амплитудой от единиц до сотен килоампер, вызывают активную электрическую эрозию электродов ВСИК [8-11]. Данная эрозия раз- рушает рабочие поверхности металлических электро- дов, выполняемых из разных материалов с различны- ми температурами их кипения (например, из туго- плавких металлов, вольфрамово-медных композиций и других материалов), и приводит к ухудшению ком- мутационных характеристик ВСИК (например, к из- менению статического напряжения их срабатывания, изменению времени коммутации и снижению показа- телей надежности их работы в составе ВЭФУ) [1, 2, 12, 14]. Исследованию процессов электрической эрозии металлических электродов ВСИК посвящен многочисленный ряд работ [12-15]. Несмотря на это, слабоосвещенной с расчетных и экспериментальных позиций областью при изучении электрической эро- зии металлических электродов ВСИК остается инже- нерная оценка электроэрозионного износа их рабочих поверхностей при воздействии на электроды БИТ раз- личных амплитудно-временных параметров (АВП) и вытекающие из нее практические рекомендации по продлению срока службы указанных ВСИК. Целью данной статьи является расчетная оценка потери массы и удельного износа для массивных ме- таллических электродов ВСИК, применяемых в раз- рядных цепях мощных ВЭФУ с емкостными накопи- телями энергии (ЕНЭ) в режиме их затухающего си- нусоидального разряда на электрическую нагрузку. 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ Рассмотрим массивные металлические одно- родные электроды ВСИК, через которые при комму- тации сильноточных цепей ВЭФУ с ЕНЭ протекает БИТ с АВП, характерными для колебательного разря- да ЕНЭ на активно-индуктивную нагрузку. Ограни- чимся исследованием случая, когда габаритные раз- меры (наружный радиус Rk или толщина hk) электро- дов ВСИК значительно превышают глубины проник- новения в них электромагнитного и теплового полей, создаваемых каналом искрового разряда в зонах его привязки на их рабочих поверхностях (рис. 1). Счита- ем, что рассматриваемые электроды могут быть вы- полнены из различных материалов, характеризую- щихся соответствующими уровнями приэлектродного падения напряжения Uk, практически не зависящими от АВП протекающего через них БИТ [16]. Полагаем, что значения Uk определяются видом материала элек- трода и полярностью приложенного к нему электри- ческого напряжения (потенциала) от ЕНЭ ВЭФУ [16]. В этой связи принимаем, что исследуемые основные электроды ВСИК, расположенные на расстоянии lk друг от друга при нормальных условиях в окружаю- щей их воздушной среде атмосферного давления (воздушное давление составляет 1,013·105 Па, а тем- пература воздуха равна 0 °С [17]), образуют двух- электродную систему (ДЭС), состоящую из катода (отрицательно заряженного электрода, имеющего из- быток свободных электронов) и анода (положительно заряженного электрода, имеющего недостаток сво- бодных электронов). Пусть при приложении к воз- душной ДЭС исследуемого разрядника электрическо- го напряжения U0k катоду соответствует приэлек- тродное падение напряжения Ukk, а аноду − напряже- ние Uka. Считаем, что после электрического пробоя воздушного промежутка между основными электро- дами ВСИК и воздействия образующейся в искровом канале низкотемпературной плазмы с усредненной в нем по поперечному сечению амплитудной плотно- стью затухающего синусоидального тока δ0m на их рабочие поверхности в воздушной ДЭС коммутатора на атомарном уровне происходит перенос испарив- шейся массы материала с анода на катод. На аноде от воздействия на него интенсивного теплового потока (с усредненной амплитудной плотностью q0m) плаз- ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №5 45 менного канала искрового разряда и последующей локальной сублимации его материала образуются лунки (кратеры) [10], геометрическая форма которых близка к форме шарового сегмента [11, 15]. Рис. 1. Схематическое изображение массивных металлических электродов воздушного ВСИК, испытывающих воздействие БИТ (1,2 – основные электроды коммутатора, являющиеся анодом и катодом ДЭС; 3 – канал искрового сильноточного воздушного разряда радиусом r0m и длиной lk) Количеством испарившегося вещества из лунки анода, которое осело после прохождения искрового разряда на его наружной поверхности, пренебрегаем. В обоснование такого приближенного механизма электрической эрозии электродов ВСИК укажем, что после локального испарения в круговой опорной зоне на аноде радиусом, примерно равным максимальному радиусу r0m канала искрового разряда между электро- дами ВСИК [15], и ионизации выброшенных микро- частиц материала с электрода-анода, интенсивно бом- бардируемого ускоренными электронами в рабочем воздушном промежутке ДЭС с усредненной напря- женностью электрического поля E0k= U0k / lk, испа- рившиеся атомы материала с анода ВСИК из-за про- текания в них активной термоэлектронной эмиссии [18] приобретают положительный потенциал и начи- нают движение в сторону электрода-катода коммута- тора. Достигнув катода, они образуют на его рабочей поверхности "рельефообразные наслоения" (в случае Rk > r0m) или “конусообразные наросты” с вершиной в сторону анода (в случае Rk < r0m), характеризующиеся высокой температурой плавления и механической прочностью. Об этом свидетельствуют многочислен- ные экспериментальные данные, наблюдаемые как автором на действующих ВЭФУ с воздушными ВСИК, так и описанные ранее в научно-технической литературе другими исследователями электрической эрозии металлических электродов ВСИК [1, 13]. Тре- буется с учетом принятых допущений и изложенных положений выполнить расчетную оценку удельного электрического износа Fk однородного металлическо- го электрода-анода ВСИК, равного отношению массы Mk выброшенного из лунки анода материала за один затухающий колебательный разряд ЕНЭ в сильноточ- ной цепи ВЭФУ к количеству Qk протекшего при этом через металлические электроды ВСИК электричества (электрического заряда). 2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ Оценка потери массы Mk электродом коммутато- ра от действия сильноточной искры. Массу Mk сублимируемого металла из электрода-анода ВСИК за один электрический разряд через него мощного ЕНЭ в сильноточной цепи ВЭФУ определим, как и в [15], из следующего приближенного соотношения: kM = kaU kQ kad / cаW , (1) где dka – плотность материала электрода-анода ВСИК; Wca – удельная энергия (теплота) сублимации для ма- териала электрода-анода ВСИК. Численные значения для приэлектродного паде- ния напряжения Uka и вероятных минимальных уров- ней усредненной плотности теплового потока q0m в канале искрового разряда радиусом r0m на основании данных работ [16, 19] применительно к используемо- му на практике ряду материалов электрода-анода ВСИК сведены в табл. 1. Таблица 1 Значения Uka и q0m для ряда металлов и сплавов, используемых при изготовлении электродов-анодов ВСИК [16,19] Наименование материала анода Величина Uka, В Величина q0m, Вт/м2 Сталь 3 6,1 1,8·108 Алюминий 8,2 2,1·108 Латунь Л62 8,0 2,6·108 Медь 8,6 3,3·108 Что касается численных значений для удельной энергии сублимации Wca и вероятных минимальных уровней усредненной плотности импульсного тока δ0m в канале воздушного искрового разряда радиусом r0 для электрода-анода ВСИК, то они с учетом результа- тов работ [3, 15, 16] для некоторых металлов и спла- вов могут быть представлены в виде табл. 2. Таблица 2 Значения Wca и δ0m для ряда металлов и сплавов, используемых при изготовлении электродов-анодов ВСИК [3, 15, 16] Наименование материала анода Величина cаW , Дж/м3 Величина m0δ , А/м2 Сталь 3 5,56·1010 28·106 Алюминий 2,29·1010 25·106 Латунь Л62 2,98·1010 32·106 Медь 4,68·1010 38·106 Указанные в табл. 1 и 2 ориентировочные мини- мальные значения для плотности теплового потока q0m и плотности импульсного тока δ0m в искровом ка- нале ВСИК, характерные для длительной апериодиче- ской составляющей тока молнии амплитудой ImC≤1 кА при ее длительности τuC в сотни миллисекунд [7, 16], с целью своих необходимых уточнений в дальнейшем применительно к рассматриваемому здесь случаю (биполярные токи амплитудой ImA≥100 кА при их длительности τuA в сотни микросекунд, характерные для импульсной составляющей тока молнии [7, 11]) требуют приведения ниже расчетного соотношения для радиуса r0m канала сильноточной искры в разряд- 46 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №5 ном воздушном промежутке длиной lk ВСИК при принятом затухающем синусоидальном разряде мощ- ного ЕНЭ через металлические электроды рассматри- ваемого воздушного коммутатора в цепи ВЭФУ [15]: mr0 =0,093( mAI )1/3( mАt )1/2, (2) где tmA – время, соответствующее амплитуде ImA раз- рядного затухающего синусоидального тока ЕНЭ в сильноточной цепи ВЭФУ. Согласно выражения (2), полученного на основе известной формулы Брагинского для радиуса сильно- точной искры [7, 11], при ImA = 212 кА и tmA = 34 мкс, отвечающим реальным условиям работы ВСИК со стальными основными электродами при натурных испытаниях технических объектов на молниестой- кость [7, 11], величина радиуса r0m искрового канала составляет значение, примерно равное 32,3 мм. Тогда для усредненной амплитудной плотности импульсно- го тока δ0m, воздействующей на стальной электрод- анод ВСИК, из соотношения вида δ0m = ImA / 2 0mrπ по- лучаем величину, численно равную около 64,7·106 А/м2. Видно, что полученное нами численное значение для δ0m более чем в два раза превышает плотность тока, указанную в табл. 2 для рассматри- ваемого электрода ВСИК. Данный результат для δ0m позволяет уточнить и численное значение для усред- ненной плотности теплового потока q0m, воздейст- вующей в исследуемом случае на рабочую поверх- ность стального электрода-анода ВСИК и рассчиты- ваемой по следующему выражению [16, 20]: mq0 = m0δ kaU . (3) Воспользовавшись численными данными табл. 1 для Uka, при δ0m =64,7·106 А/м2 (ImA = 212 кА; tmA = 34 мкс; r0m =32,3 мм) из (3) для q0m находим, что ус- редненная амплитудная плотность теплового потока в опорной зоне канала искрового разряда на рабочей поверхности стального анода ВСИК в нашем случае оказывается равной 3,95·108 Вт/м2. Полученный коли- чественный результат для q0m примерно в 2,2 раза больше соответствующей величины, приведенной в табл. 1 для стального электрода. Определившись с такими важными для анализа процесса электрической эрозии и износа металличе- ских электродов ВСИК параметрами как максималь- ный радиус r0m канала искрового воздушного разряда в опорной зоне на аноде, усредненная амплитудная плотность импульсного тока δ0m в канале разряда, ус- редненная амплитудная плотность теплового потока q0m в канале искрового разряда, приэлектродное паде- ние напряжения вблизи анода Uka и удельная энергия сублимации Wca для материала электрода-анода, оста- новимся на определении для (1) количества электри- чества Qk, протекшего через рассматриваемые элек- троды ВСИК. С этой целью используем классическое выражение для нахождения величины электрического заряда Qk, коммутируемого в импульсном режиме в разрядной цепи мощного ЕНЭ рассматриваемым нами ВСИК, в следующем виде [1]: kQ = ∫ иА dttik τ 0 )( , (4) где )(tik = Ak mAI )sin()exp( tt AA ωδ− − затухающий синусоидальный ток в разрядной цепи ЕНЭ [15, 18]; Ak =[ )arcctgexp( 11 −− ωδωδ− AAAA )sin(arcctg 1−ωδ AA ]-1 − нормирующий коэффициент [18]; δA, ωA − соответст- венно коэффициент затухания и круговая частота то- ка, протекающего через электроды коммутатора; τuA − длительность протекания через электроды коммута- тора импульсного тока; t − текущее время. Пример расчета удаленной искрой массы Mk для стального электрода коммутатора. Остановимся на реальной конструкции управляемого трехэлек- тродного каскадного воздушного разрядника на 50 кВ типа ТКВР-50, созданного сотрудниками НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ" с участием автора в 2007 году и применяемого сейчас при формировании нормиро- ванной импульсной A компоненты тока молнии, АВП которой были ранее указаны в [7, 21]. Внешний вид данного воздушного ВСИК, содержащего аналогично схеме рис. 1 массивные полусферические стальные (Ст. 3) основные электроды, приведен на рис. 2. Рис. 2. Внешний вид ВСИК на 50 кВ типа ТКВР-50, содержащего два полусферических основных Ø 123 мм и один шаровой управляющий Ø 30 мм стальные электроды На рис. 3 показана типичная осциллограмма зату- хающего синусоидального разрядного тока ik(t) в силь- ноточной цепи мощного ЕНЭ (при его зарядном на- пряжении UЗА = -27,4 кВ; емкости CА = 336 мкФ; ин- дуктивности LА = 2,05 мкГн; активном сопротивлении RА = 0,061 Ом [7, 21]), имитирующего с помощью ВСИК типа ТКВР-50 импульсную A составляющую тока молнии на эквиваленте электрической RL- нагрузки (RН = 0,05 Ом; LН =1 мкГн [7, 21]). Измерение АВП приведенного на рис. 3 импульсного тока ik(t) было выполнено при помощи аттестованного шунта типа ШК-300, имеющего при этом на выходе коэффи- циент преобразования, равный 11261 А/В [7, 21]. Расшифровка АВП токовой осциллограммы на рис. 3 и использование соотношения (4) показывают, что в данном конкретном случае колебательного раз- ряда (ωA = 34,15·103 с-1; δA = 1,495·104 с-1; kA = 1,812) модуль величины электрического заряда Qk, протек- ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №5 47 шего через основные электроды ВСИК, при ImA = -212 кА и τuA = 500 мкс оказывается примерно равным 9,21 Кл. Тогда из (1) при Uka = 6,1 В, dka = 7,82·103 кг/м3, kQ =9,21 Кл и Wca = 5,56·1010 Дж/м3 масса металла, выброшенная искрой из стального электрода-анода за один сильноточный искровой раз- ряд в рабочем воздушном промежутке ВСИК соста- вит величину, равную около Mk = 7,9 мг. Рис. 3. Осциллограмма разрядного тока мощного ЕНЭ в сильноточной цепи ВЭФУ, полученная с использованием воздушного ВСИК атмосферного давления типа ТКВР-50 со стальными основными электродами и активно-индуктивной нагрузки (ImA = -212 кА; tmA = 34 мкс; τuA = 500 мкс) [7, 21] На рис. 4 хорошо видны последствия такого суб- лимационного уноса материала со стального электро- да-анода исследуемого ВСИК. При количестве NP сильноточных искровых разрядов в ВСИК с одинако- выми АВП их токов общая потеря массы его электро- дом-анодом будет примерно равной MkP = NP · Mk. Из практики эксплуатации воздушного ВСИК типа ТКВР-50 следует, что для исключения заметного влияния на его работу последствий электрической эрозии собственных электродов и сохранения ста- бильности работы разрядника в сильноточной цепи мощного ЕНЭ, используемого при имитации им- пульсной A компоненты тока искусственной молнии с нормированными АВП [7, 21], основные стальные электроды данного коммутатора после воздействия на них сильноточных искровых разрядов в количестве, равном не более NP = 30, необходимо тщательно за- щищать и полировать [7]. Оценка удельного износа Fk электрода коммутатора. Из (1) для удельного электрического износа Fk электрода-анода рассматриваемого воздушного ВСИК получаем следующее выражение: kF = kaU kad / cаW . (5) Из (5) видно, что чем больше значение удельной энергии сублимации Wca для материала электрода- анода, тем меньше и его удельный износ Fk, обуслов- ленный воздействием на него низкотемпературной плазмы искрового разряда. Рис. 4. Внешний вид электроэрозионных следов на массивных стальных основных электродах наружным радиусом Rk = 61,5 мм (слева − анод, справа − катод, а по центру − управляющий стальной электрод Ø 30 мм) трехэлектродного воздушного разрядника на 50 кВ типа ТКВР-50 после прохождения через них одного затухающего синусоидального импульса тока амплитудой ImA = -212 кА при tmA = 34 мкс с длительностью протекания около τuA = 500 мкс [7, 21] При оценке Fk, безусловно, необходимо прини- мать во внимание согласно (5) не только одну вели- чину Wca (изменяется от 2,29·1010 Дж/м3 – для алюми- ния до 9,28·1010 Дж/м3 – для вольфрама [3,15]), но и ее соотношение с такими величинами как приэлектрод- ное падение напряжения Uka (для сильноточных раз- рядов изменяется незначительно и принимает для различных металлических материалов численные зна- чения от 5 до 10 В [20]) и плотность материала элек- трода-анода dka (изменяется от 2,71·103 кг/м3 – для алюминия до 19,1·103 кг/м3 – для вольфрама [17]). Численная оценка по (5) значений Fk показывает, что для исследуемого массивного стального электрода- анода ВСИК на напряжение 50 кВ типа ТКВР-50, предназначенного для коммутации импульсных мик- росекундных токов с длительностью иА τ ≤500 мкс и амплитудой ImA до 300 кА [7], при Uka = 6,1 В, dka = 7,82·103 кг/м3 и Wca = 5,56·1010 Дж/м3 удельный электроэрозионный износ его основных электродов может принимать значение около 8,58·10-4 г/Кл. От- метим, что согласно опытным данным [22] удельный электрический износ Fk для металлокерамических основных электродов управляемых высоковольтных газоразрядных (воздушных) сильноточных разрядни- ков на напряжение 50 кВ типа РГУ1-50-100 (рассчи- таны на коммутацию импульсных микросекундных токов при τuA ≤ 100 мкс амплитудой ImA до 100 кА), выполненных на основе металлокерамики "вольфрам- медь", составляет около 4,4·10-5 г/Кл. Повышенная электроэрозионная стойкость металлокерамики по сравнению с однородными металлическими электро- дами (например, рассматриваемыми нами массивны- ми стальными электродами в ВСИК типа ТКВР-50) может быть связана с повышенными удельными по- терями энергии на локальное испарение (сублима- цию) в зоне привязки искрового канала на ее наруж- ной поверхности одной из компонент такого компо- 48 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №5 зиционного материала (например, меди) и затруднен- ным выбросом из этой металлокомпозиции жидкой фазы [20]. Этой устоявшейся научной точке зрения в теории электрической эрозии сильноточных электро- дов удовлетворяют и предлагаемые автором простые по структуре расчетные формулы (1) и (5) для при- ближенной оценки соответственно массы Mk эрози- руемого металла за один сильноточный искровой раз- ряд и удельного электроэрозионного износа Fk для массивных однородных металлических электродов воздушных ВСИК атмосферного давления. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Предложены соотношения для приближенной расчетной оценки убыли массы Mk (MkP) и удельного электроэрозионного износа Fk массивных металличе- ских однородных электродов воздушного ВСИК ат- мосферного давления, испытывающих воздействие сильноточных искровых разрядов, АВП импульсных токов которых характеризуются амплитудами ImA в десятки (сотни) килоампер, временем нарастания до токовых амплитуд tmA в десятки микросекунд и дли- тельностями протекания τuA в сотни микросекунд. 2. Полученные количественные результаты для Mk, MkP, и Fk не противоречат известным данным экс- периментальных исследований электрической эрозии сильноточных электродов воздушных коммутаторов мощных ВЭФУ под действием БИТ. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Техника больших импульсных токов и магнитных по- лей/ Под ред. В.С. Комелькова.- М.: Атомиздат, 1970.-472с. 2. Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля.- М.: Мир, 1972.-391 с. 3. Столович Н.Н. Электровзрывные преобразователи энер- гии/ Под ред. В.Н. Карнюшина. Минск: Наука и техника, 1983.-151 с. 4. Гулый Г.А. Научные основы разрядно-импульсных тех- нологий.- Киев: Наукова думка, 1990.-208 с. 5. Бойко Н.И., Евдошенко Л.С., Иванов В.М. и др. Высоко- вольтные искровые разрядники для технологических устано- вок// Приборы и техника эксперимента.-2001.-№2.-С. 79-88. 6. Баранов М.И., Бочаров В.А., Зябко Ю.П. и др. Высоко- вольтные сильноточные искровые коммутаторы для генера- торов импульсных напряжений и токов// Технічна електро- динаміка.-2003.-№3.- С. 41-47. 7. Баранов М.И., Колиушко Г.М., Кравченко В.И. и др. Генератор тока искусственной молнии для натурных испы- таний технических объектов// Приборы и техника экспери- мента.-2008.- №3.- С. 81-85. 8. Намитоков К.К. Электроэрозионные явления.- М.: Энер- гия, 1978. - 456 с. 9. Намитоков К.К. Электронно-микроскопическое и рент- генографическое исследование продуктов электрической эрозии металлов// Украинский физический журнал.-1961.- Т.6.-№4.- С. 556-563. 10. Намитоков К.К. О строении и составе отдельных лунок разрушения поверхности электродов импульсным разря- дом// Украинский физический журнал.-1962.-Т.7.-№10. - С. 1139-1141. 11. Баранов М.И. Расчет кратера электротеплового разру- шения на металлической обшивке летательного аппарата при прямом ударе в нее молнии// Електротехніка і елек- тромеханіка.-2003.- №4.- С. 101-103. 12. Белкин Г.С., Киселев В.Я. Влияние материала электро- дов на эрозию при сильных токах// Журнал технической физики.-1967.-Т.37.-№5.-С. 977-979. 13. Белкин Г.С., Киселев В.Я. Особенности эрозии электро- дов при больших импульсных токах// Журнал технической физики.-1967.-Т.37.-№5.-С. 996-998. 14. Зорин В.Б., Головина У.Ю., Мазурин И.М. и др. Эрозия электродов при сильноточном мегавольтном разряде в элегазе// Журнал технической физики.-1986.-Т.56.-№5. - С. 926-929. 15. Баранов М.И. Приближенный расчет электрической эрозии металлических электродов высоковольтных сильно- точных искровых коммутаторов // Технічна електродинаміка.- 2004.- №5. - С. 11-14. 16. Абрамов Н.Р., Кужекин И.П., Ларионов В.П. Характери- стики проплавления стенок металлических объектов при воздействии на них молнии// Электричество.-1986.-№11. - С. 22-27. 17. Кухлинг Х. Справочник по физике/ Пер. с нем.- М.: Мир, 1982.-520 с. 18. Баранов М.И. Термоэлектронная эмиссия из металла при нагреве и электрическом взрыве проводников под воз- действием больших импульсных токов// Технічна електродинаміка.-2008.-№3.-С. 3-8. 19. Абрамов Н.Р. Расчет теплового воздействия канала молнии на металлические объекты// Известия АН СССР. Энергетика и транспорт.-1986.-№1.-С. 118-126. 20. Буткевич Г.В., Белкин Г.С., Ведешенков Н.А. и др. Электрическая эрозия сильноточных контактов и электро- дов.- М.: Энергия, 1978.- 256 с. 21. Баранов М.И., Колиушко Г.М., Кравченко В.И. и др. Мощная высоковольтная электрофизическая установка для имитации полного тока молнии и ее применение в области молниезащиты технических объектов // Електротехніка і електромеханіка.-2008.-№3.-С. 69-75. 22. Ермилов И.В. Разработка комплекса высоковольтного сильноточного оборудования нового поколения для магнит- но-импульсной обработки материалов// Труды междуна- родной научно-технической конференции МИОМ-2007 (Россия, г. Самара, СГАУ, 18-19 сентября 2007).- С. 88-98. Поступила 14.07.2008 Баранов Михаил Иванович, д.т.н., с.н.с. НИПКИ "Молния" Национального технического университета "Харьковский политехнический институт" Украина, 61013, Харьков, ул. Шевченко, 47, НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ" тел. (057) 707-68-41, факс (057) 707-61-33, e-mail: eft@kpi.kharkov.ua

Репозитарії

Схожі ресурси