Способы гашения электрической дуги

Как отмечалось ранее, для быстрого и надежного гашения электрической дуги используются специальные дугогасительные устройства (ДУ). Задача ДУ состоит в том, чтобы обеспечить гашение дуги за ма­лое время с допустимым уровнем перенапряжений, при ма­лом износе частей аппарата, при минимальном объеме рас­каленных газов, с минимальным звуковым и световым эф­фектами.

В электрических аппаратах низкого напряжения наибо­лее широко применяются ДУ с узкой щелью. Для увеличения эффективности охлаждения ширина щели де­лается меньше диаметра дуги . Кроме того, по мере втягивания дуги в щель она приобретает форму зигзага. При этом увеличивается не только длина дуги, но и отвод тепла от нее.  Перемещение дуги в такой камере осуществляется с по­мощью магнитного поля.

Наиболее характерные формы щели в керамических пластинах ДУ изображены на рис. 3.3, где 1 и 2 — зоны наибольшего охлаждения дуги; 3 — продольная щель, в          которую направляется дуга; 4— расширение, облегчающее вхождение дуги в камеру;     5 – местные расширения в щели.

Когда дуга под воздействи­ем магнитного поля затягива­ется в зигзагообразную  узкую щель, увеличивается ее длина. При этом возрастает градиент за счет охлаждения благо­даря тесному контакту дуги с керамическими стенками щели. Наиболее эффективна форма, приведенная на рис. 3.3, д, при которой гради­ент дополнительно возрастает за счет местных расширений 5.

Раскаленные газы, выбрасываемые из ДУ после гашения дуги, попадая на токоведущие детали оборудования, могут приводить к возникновению в нем  короткого замыкания.

Поэтому на пути этих газов устанавливают решетку из металлических пластин.

Газы, проходя через эту решетку, деионизируются, охлаждаются, и опасная зона их выброса резко сокращается. Электрическая дуга является своеобразным проводни­ком с током, который может взаимодействовать с магнит­ным полем. Сила взаимодействия между током дуги и маг­нитным полем перемещает дугу, создается так называемое магнитное дутье. ДУ с магнитным дутьем показано на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Дугогасительное устройство с последовательной катушкой.

Магнитное поле, создается катушкой 1, включенной последовательно с коммутируемой цепью. Внутри катушки 1 размещен сердечник 3, соединенный с ферромагнитными полюсами в виде пластин 4. Между катушкой и сердечником размещается изоляционный цилиндр 2. При протекании тока по катушке создается магнитное поле, направление которого указано крестиками. Ток протекает от входного контакта 5 по катушке 1, замкнутым контактам 6 и гибкой связи 7 ко второму выходному контакту аппарата. При размыкании контактов 6 между ними возникает сначала жидкометаллический мостик, а затем электрическая дуга 8.

Под действием магнитного поля катушки возникает сила, которая перемещает дугу в керамическую камеру 9.

Достоинства ДУ с последовательной катушкой:

·   при токах свыше 100 А магнитное поле быстро сдви­гает дугу с рабочих поверхностей контактов, чем обеспе­чивается их малый износ. Система хорошо работает в об­ласти больших токов;

·   при изменении направления тока меняет знак и маг­нитное поле. Сила, действующая на дугу, не изменяет сво­его направления. Система работает при любом направле­нии тока;

·   поскольку через катушку проходит номинальный ток контактора, она выполняется из провода большого сечения. Падение напряжения на катушке составляет доли вольта.

Наряду с достоинствами, такие ДУ имеют и недостатки. Это недостаточно надежное гашение дуги при малых токах (5…7 А), большая затрата меди на катушку, нагрев кон­тактов за счет тепла в дугогасительной катушке.

Несмотря на эти недостатки, благодаря высокой надеж­ности при гашении номинальных и больших токов, ДУ с по­следовательной катушкой получили преимущественное рас­пространение.

ДУ с параллельной катушкой обладают следующими недостатками:

·   направление электродинамической силы, действую­щей на дугу, зависит от полярности тока. При изменении направления тока меняется направление движения дуги, и контактор становится неработоспособным;

·   при КЗ возможно снижение напряжения на источнике, питающем катушку. В результате процесс гашения дуги идет неэффективно.

В связи с указанными недостатками ДУ с параллель­ной катушкой напряжения применяются только при отклю­чении небольших токов (5…10 А).

Воздействовать на дугу можно и магнитным полем по­стоянного магнита. При этом отсутствуют затраты энергии на создание магнитного поля; резко сокращается расход меди на контактор; отсутствует подогрев контактов от ка­тушки, как это имеет место в ДУсистемы с последовательной катушкой. По сравнению с ДУ с параллельной катушкой, ДУ с постоянным магнитом обладает высокой надеж­ностью и может использоваться при любых значениях тока. За счет конструктивных мер ДУ с постоянным магни­том можно сделать работоспособным при любом направле­нии тока. Характеристики такого ДУ аналогичны характе­ристикам ДУ с параллельной катушкой.

Дугогасительные устройства с магнитным дутьем и ке­рамической дугогасительной камерой применяются также в аппаратах переменного тока.

В ДУ с последовательной катушкой сила, действующая на дугу, пропорциональна квадрату тока. Поэтому и при переменном токе на дугу действует сила, неизменная по на­правлению.

Среднее значение силы получается таким же, как  при постоянном токе, при условии, что постоянный ток равен действующему значению переменного тока. Ука­занные соотношения справедливы, когда потери в магнит­ной системе катушки дутья отсутствуют, и поток по фазе совпадает с током. Несмотря на эффективность устройства, оно применяется только в контакторах с тяжелым режи­мом работы при числе включений в час более 600.

Недостатком этих устройств является наличие потерь в стали магнитной системы дугогашения, что ведет к повы­шению температуры контактов, и возможность возникнове­ния больших перенапряжений при принудительном обрыве тока (до естественного нуля).

Параллельные катушки в ДУ переменного тока не при­меняются из-за того, что сила, действующая на дугу, меня­ет свой знак, так как поток, создаваемый магнитной систе­мой дугогашения, сдвинут по фазе относительно отключае­мого тока. ДУ переменного тока с последовательной катушкой и ке­рамической дугогасительной камерой применяются в вы­соковольтных выключателях напряжением не выше 10 кВ.